CN117813922A - 现场设备发射器壳体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动化现场设备的发射器壳体(1)，其中所述发射器壳体(1)是具有孔(3)的单腔室壳体。该现场设备包括布置在所述发射器壳体(1)中的印刷电路板(2)，该印刷电路板包括：‑平坦的第一刚性部段(21)和平坦的第二刚性部段(22)；‑至少一个柔性弯曲部段(20a、…)；其中两个刚性部段(21、22)仅通过所述至少一个柔性弯曲部段(20a、…)彼此连接，其中所述第一刚性部段(21)能够从所述孔(3)接近并形成连接区域，该连接区域包括用于连接至少一根电缆的至少一个连接元件(4)，并且其中所述第一刚性部段(21)和所述第二刚性部段(22)相对于彼此以在60°和120°之间、特别是在80°和100°之间的第一角度(α)布置。

Description

现场设备发射器壳体

技术领域

本发明涉及一种自动化现场设备的发射器壳体。

背景技术

在自动化工程中，尤其是在过程自动化工程中，现场设备经常用于确定、监测、优化并且/或者影响过程变量。对诸如填充水平、流速、压力、温度或电导率之类的过程变量进行检测的传感器用于检测过程变量。为了影响过程变量，使用诸如例如阀或泵之类的致动器，经由该致动器，可以通过该致动器改变管线区段中的流体的流速或容器中的填充水平。原则上，所有面向过程并提供或处理过程相关信息的设备都被称为现场设备。结合本发明，现场设备也被理解为远程I/O、无线电适配器和在现场级上布置的通用设备。本申请人制造并分销了多种此类现场设备。

现场设备通常具有传感器单元，该传感器单元特别是至少暂时地并且/或者至少部分地与过程介质接触，并且用于生成取决于过程变量的信号。此外，现场设备通常具有布置在发射器壳体中的连接/电子单元。发射器壳体例如固定地连接到传感器单元。连接/电子单元用于处理并且/或者转发特别是由传感器单元生成的电子信号。通常，连接/电子单元包括其上布置有部件的至少一个印刷电路板。电缆可以连接到连接/电子单元，以将转发的信号传输到上级单元并且/或者向现场设备提供其操作所需的电能。

通常，需要将连接/电子单元的不同区域空间分离成可接近的连接区域和不可接近的电子区域。这样，在对该连接区域进行工作期间，该电子区域受到保护。

在现有技术中，例如通过使用多腔室壳体来实现所述空间分离，在该多腔室壳体中，电子区域和连接区域被容纳在具有单独的孔的腔室中，这些腔室在空间上彼此分离。对于其中的一些现场设备，这并不总是可能的，或者在某些情况下，使用单腔室壳体是优选的。单腔室壳体更具成本效益，并且可能只需使用一个带盖的孔。例如，这对于在卫生要求严格的区域中使用是有利的。

发明内容

因此，本发明基于的目的是指定一种简单的可选方案，用于单腔室壳体中的连接/电子单元的不同区域的空间分离。

该目的通过一种自动化现场设备的发射器壳体来实现，其中该发射器壳体是具有一个孔的单腔室壳体，

其中，所述现场设备包括布置在发射器壳体中的印刷电路板，该印刷电路板具有：

平坦的第一刚性部段和平坦的第二刚性部段；

至少一个柔性弯曲部段；

其中，两个刚性部段仅通过所述至少一个柔性弯曲部段彼此连接，

其中，第一刚性部段能够从所述孔接近并形成连接区域，所述连接区域具有用于连接至少一根电缆的至少一个连接元件，

并且其中，所述第一刚性部段和所述第二刚性部段以60°至120°之间、特别是80°至100°之间的第一角度布置。

在80°和100°之间的角度下，两个刚性部段布置成或多或少彼此垂直，或者甚至基本上彼此垂直。

自动化现场设备包括布置在现场设备的发射器壳体中的印刷电路板。印刷电路板的第二部段形成电子区域。由于相对于第一部段的成角度的布置，第二部段无法从所述孔接近，并且当孔打开时受到保护而无法接近。

该至少一根电缆例如用于向现场设备供应电能，并且/或者在现场设备和/或与其连接的上级单元之间传输信息。

从现有技术中已知具有多个刚性印刷电路板区域的印刷电路板，所述多个刚性印刷电路板区域经由柔性印刷电路板区域连接。这里，刚性-柔性印刷电路板和半柔性印刷电路板之间存在区别。刚性-柔性印刷电路板具有刚性部段，这些刚性部段经由柔性部段相互连接，所述刚性部段基本上可以相对于彼此任意布置。

另一方面，在半柔性印刷电路板的情况下，半柔性区域是通过从均匀的初始印刷电路板对中间区域进行限定的深度铣削而产生的。然后，通过弯曲所述半柔性区域，位于初始印刷电路板的平面中的刚性部段可以相对于彼此以几乎任意的角度布置。与传统的刚性-柔性聚酰亚胺基印刷电路板相比，半柔性印刷电路板在制造方面具有显着的成本优势。例如，由于半柔性印刷电路板通常不含聚酰亚胺的结构，因此对于半柔性印刷电路板而言，在钎焊期间不再需要进行特殊的热预处理。

半柔性技术特别适合于其中弯曲的柔性部段不发生动态负载的应用。此处的情况就是这样，因为该印刷电路板的弯曲的柔性部段的弯曲通常仅发生一次，即在印刷电路板安装到发射器壳体中之前。优选地是，印刷电路板因此是这种类型的半柔性印刷电路板。

在本发明的一个实施例中，发射器壳体具有可移除的盖，通过该可移除的盖可以封闭所述孔。特别是，所述盖可以拧到对应于所述盖的壳体部分上。

在本发明的一个实施例中，单腔室壳体具有恰好一个孔。

在本发明的一个实施例中，所述孔的平面基本上平行于第一刚性部段的平面。因此，第一部段可通过所述孔最佳地接近。

在本发明的一实施例中，发射器壳体具有至少两个柔性弯曲部段。

具体地是，所述至少两个弯曲柔性部段布置成基本上彼此平行。

在本发明的一个实施例中，在横向方向上，柔性部段的宽度小于第一刚性部段和/或第二刚性部段的宽度，并且特别是，在所述横向方向上，柔性部段的宽度是第一刚性部段和/或第二刚性部段的宽度的至多0.5倍宽，并且优选为至多0.3倍宽，所述横向方向基本上垂直于连接方向延伸，印刷电路板的部段(即第一刚性部段、柔性部段和第二刚性部段)沿着该连接方向彼此连接。

在最后提到的两个实施例之一的改进中，印刷电路板具有恰好两个柔性部段，所述两个柔性部段各自均将两个刚性部段的两个外边缘区域彼此连接。

在本发明的一实施例中，印刷电路板具有凹部，

所述凹部在所述至少一个柔性部段和所述第二部段之间延伸，并且，

-在印刷电路板具有至少两个柔性部段的情况下，所述凹部在第一刚性部段和第二刚性部段的彼此不连接的区域之间延伸。

所述凹部例如被铣削到印刷电路板中。在前述的半柔性印刷电路板的情况下，优选地是在用于产生产生柔性部段的深铣削期间执行将凹部铣削到印刷电路板中。

在印刷电路板具有恰好一个柔性部段的情况下，凹部仅在柔性部段和第二部段之间延伸。

在最后提到的实施例的改进中，第二刚性部段具有由所述凹部限定的突出部，其中

-在所述突出部的第一端，所述突出部具有面向第一部段的前边缘，所述前边缘终止所述突出部，

-在所述突出部的与第一端相反的第二端处，所述突出部具有基部，所述突出部在该基部上邻接第二刚性部段的没有突出部的剩余区域，

其中，所述基部抵接第二刚性部段和所述至少一个柔性部段之间的连接部，并且其中，所述前边缘位于柔性部段的轮廓之外并且面向所述孔，使得能够从所述孔接近所述突出部。

在本申请的上下文中，术语“前边缘”仅表示突出部的面向第一部段的前端。这并不意味着该终止部必须必然是直的；例如，所述前边缘也可以是弯曲的。

该突出部位于柔性终止部的轮廓之外，并且因此延伸到弯曲柔性部段的具有正曲率的弯曲表面上方的空间中。所述突出部伸出，使得所述突出部能够从所述孔接近。因此，从那里可接近的附加部件也可以布置在第二部段的突出部上，诸如另外的连接元件。

在本发明的一个实施例中，所述至少一个柔性弯曲部分基本上以恒定曲率弯曲，所述恒定曲率可通过曲率半径限定，使得其是关于假想的圆心的圆弓形。

由圆弓形的柔性弯曲部段覆盖的角度对应于前述的在第一刚性部段和第二刚性部段之间的第一角度。因此，该第一角度也在60°和120°之间，并且特别是在80°和100°之间。

在最后提到的实施例的改进中，突出部的长度被从基部到前边缘设定为曲率半径的函数，使得从所述圆心指向所述基部的矢量与从所述圆心指向所述前边缘的矢量之间的第二角度在10°和80°之间，特别是在15°和50°之间。

在本发明的一个实施例中，连接元件布置在突出部上。

在本发明的一个实施例中，至少一个可操作的开关元件布置在第一部段和/或第二部段的突出部上。

在本发明的一个实施例中，发射器壳体是至少部分地导电的，并且具有延伸到壳体的内部的导电腹板，其中包括导电的紧固装置的连接元件布置在第一部段上，以用于将印刷电路板紧固到腹板，其中，接地电缆可以在连接元件处连接到发射器壳体，使得在紧固装置被紧固到腹板时，接地电缆借助紧固装置被导电地连接到该腹板，以用于屏蔽所述发射器壳体。

所述紧固装置被设计为例如金属螺钉或夹具。它的作用是将印刷电路板同时紧固到发射器壳体的腹板及电屏蔽；后者通过借助紧固装置连接的接地电缆实现。

在本发明的一实施例中，印刷电路板的至少一个区域被基本上完全封装，该被完全封装的区域包括印刷电路板的没有突出部的第二刚性部段。

例如，借助壳体主体并且可选地是还利用附加的灌封来封装所述被封装的区域。

在本发明的一个实施例中，除了连接元件之外，并且除开关元件(如果存在开关元件的话)之外，印刷电路板被基本上完全封装。

附图说明

将参考附图进一步解释本发明，这些附图不是按真实比例绘制的，其中相同的附图标记表示相同的特征。出于清楚的原因，或者如果由于其它原因看起来是合理的话，则在下面的附图中将不再重复先前提到的附图标记。

在图中：

图1a、1b、1c示出了在印刷电路板的不同实施例中的各情况下的在弯曲柔性弯曲部段之前的印刷电路板的平面图。

图2示出了本发明的一个实施例中的其中布置有印刷电路板的发射器壳体的透视图。

图3a、3b示出了本发明的一个实施例中的印刷电路板的透视图和印刷电路板的侧视图；以及

图4示出了本发明的一个实施例中的被封装在壳体中的印刷电路板的透视图。

具体实施方式

图1a至图1c示出了在根据本发明的解决方案中使用的不同实施例中的印刷电路板2的平面图。

为了清楚起见，印刷电路板2在图1a至图1c的平面图中示出为具有尚未弯曲的柔性部段20a；20b，使得印刷电路板2的所有的部段21、22、20a；20b位于一个平面内。如上所述，印刷电路板2优选地是被设计为半柔性印刷电路板，其具有所述至少一个柔性可弯曲的(或者，在本发明的上下文中，弯曲的)部段20a；20b。在后一情况中，柔性部段20a；20b，…是通过对均匀的初始印刷电路板的部段20a；20b进行深铣削而获得的。两个刚性部段21、22仅通过柔性部段20a；20b，...彼此连接。

在图1a中，印刷电路板2包括恰好一个柔性部段20a。

在图1b中，印刷电路板2包括恰好两个柔性部段20a、20b，所述两个柔性部段将两个刚性部段21、22的边缘区域彼此连接。凹部6布置在两个刚性部段21、22之间。凹部6分别在两个刚性部段21、22的未连接区域之间以及在柔性部段20a、20b之间延伸。

优选地是，柔性部段20a、20b在横向方向QR上比刚性部段21、22窄，该横向方向QR垂直于印刷电路板2的部段21、20a、20b、22的连接方向VR。例如，该柔性部段在横向方向QR上的宽度为每个刚性部段21、22的宽度的仅仅0.3倍宽。这里，刚性部段21、22在横向方向QR上各自均具有相同的宽度。在多个柔性部段20a、20b、...的情况下，柔性部段20a、20b、...优选地是布置成基本上彼此平行。

在图1c中，印刷电路板2基本上对应于图1b中所示的印刷电路板的实施例，差异在于凹部6界定出第二刚性部段22的突出部7。因此，在图1c中，凹部6在第二刚性部段22和两个柔性部段20a、20b之间延伸。该突出部在基部72处与第二刚性部段22的剩余区域融合，并且终止于面向第一刚性部段21的、具有前边缘71的端部。前边缘71不一定必须是直的，如此处所示。这里，凹部6是基本上C形的。

图3a以透视图示出了这样的的印刷电路板2，其具有第二刚性部段22的突出部71，该突出部由凹部6界定，并且柔性部段20a、20b在该突出部中弯曲。第一刚性部段21和第二刚性部段22布置为基本上彼此垂直，即具有90°的第一角度α。不同的连接元件4、42、43、44布置在第一部段21上，包括例如四极连接元件43。

连接元件42中的一个连接元件包括用于连接接地电缆的紧固装置9(这里为金属螺钉)。另一个连接元件41布置在突出部7上。

图2示出了根据本发明的印刷电路板2的实施例在单腔室发射器壳体1内的布置。在图2所示的印刷电路板的变型中，为了清楚起见，印刷电路板2不包括突出部7。印刷电路板2布置在发射器壳体1中，使得从发射器壳体1的孔3可容易地接近具有连接元件4、42、43、44的第一刚性部段21——例如，通过使孔3的平面平行于第一刚性部段21的平面。如果发射器壳体1的盖5被拧开，则可以对连接元件4、42、43、44进行连接工作，其中由于所述基本上直角的布置，布置在第二刚性部段22上的部件被保护以免接近。

图2还示出了连接元件42的紧固装置9到发射器壳体1的导电腹板12的紧固，该导电腹板延伸到壳体的内部。当接地电缆连接到连接元件42和至少部分地导电的发射器壳体1时，产生对发射器壳体1的屏蔽。因此，优选地是，可以同时实现印刷电路板2到腹板12的屏蔽和附加紧固——其中，当然，出于安全目的，可以提供仅用于将印刷电路板2机械地紧固在发射器壳体1中的另外的紧固装置。

如果第二刚性部段22还包括突出部7，如图3a所示，则布置在其上的部件仍然是可接近的。由于前边缘71位于柔性部段20a的轮廓之外，因此可以最佳地利用这一空间。在图3a中，例如，自身成角度的附加的连接插头元件41布置在突出部7上。这种连接插头元件可以很好地布置在突出部7上。无论具体实施例如何，在根据本发明的解决方案中，在对连接区域进行连接工作的情况下，布置在第二部段22的所述另一区域(即，突出部7之外)上的所有部件仍然受到保护而不被接近。

图3b再次示出了具有弯曲柔性部段20a、20b的印刷电路板2的侧视图。这里，该柔性部段是圆弓形的，其中该柔性部段的形状可以借助相对于假想的圆心MP具有恒定曲率的曲率半径KR来限定。该圆弓覆盖的角度对应于前述的第一角度α。突出部7的前边缘71可以从这个轮廓突伸，使得其穿过第一刚性部段21的平面，如图3a中的情况那样。较短的突出部7也可以在第二刚性部段21的平面的前方以该突出部7的前边缘71终止。

由此，突出部7的从基部72到前边缘71的长度可以借助第二角度β来限定，该第二角度β位于从中心MP到前边缘71的矢量与从中心MP到基部72的矢量之间。第二角度β优选地是在15°和50°之间，并且例如为30°。矢量中心MP基部72的长度对应于柔性部段20a、20b的具有预定的恒定曲率的曲率半径KR，其中，在彼此平行的多个柔性部段20a、20b的情况下，该曲率始终相同。因此，在给定的曲率半径KR和中心MP的情况下，可以基于第二角度β来限定突出部7的长度。

在本发明的上下文中，图2、图3a、图3b所示的两个刚性部分21、22的基本上直角的布置尤其适合于图2所示的类型的发射器壳体1。根据现场设备的使用情况(例如，由于卫生要求)，也使用本身成角度的发射器壳体1，在该发射器壳体1中，例如，孔3的平面相对于原本为圆柱形的发射器壳体1稍微倾斜地延伸。在这种情况下，两个刚性部段21、22的布置也适合于发射器壳体1的形状，并且第一角度α对应地更大，例如为100°。

最后，图4示出了印刷电路板2封装在壳体13中。在该实施例中，同样为清楚起见，第二刚性部段22没有突出部7，其中本发明还包括具有突出部7的实施例与壳体主体13的组合。第一壳体部段21进一步包括开关元件8。当然，当使用突出部7时，开关元件也可以布置在突出部上。

印刷电路板2基本上完全被壳体主体13封装。仅第一部段21上的连接元件4、42、43、44和开关元件8保持不被封装。附加地是，可以将灌封化合物填充到壳体主体13中。然后，将壳体主体13完全布置在单腔室发射器壳体1中，使得可从发射器壳体1的所述孔3接近印刷电路板2的第一部段21。

参考标记和符号

1 发射器壳体

2 印刷电路板

21、22 第一、第二刚性部段

20a、20b、… 柔性部段

3 孔

4、41、42、43、44、… 连接元件

5 盖

6 凹部

7 突出部

71 前边缘

72 基部

8 开关元件

9 紧固装置

12 腹板

13 壳体主体

α 第一角度

β 第二角度

KR 曲率半径

MP 中心点

Claims (16)

1.自动化现场设备的发射器壳体(1)，其中所述发射器壳体(1)是具有孔(3)的单腔室壳体，

其中，所述现场设备包括布置在所述发射器壳体(1)中的印刷电路板(2)，所述印刷电路板具有：

-平坦的第一刚性部段(21)和平坦的第二刚性部段(22)；

-至少一个柔性弯曲部段(20a、...)；

其中，所述两个刚性部段(21、22)仅通过所述至少一个柔性弯曲部段(20a、...)彼此连接，

其中，所述第一刚性部段(21)能够从所述孔(3)接近并形成连接区域，所述连接区域具有用于连接至少一根电缆的至少一个连接元件(4)，

并且其中，所述第一刚性部段(21)和第二刚性部段(22)以60°至120°之间、特别是80°至100°之间的第一角度(α)布置。

2.根据权利要求1所述的发射器壳体(1)，所述发射器壳体(1)具有可移除的盖(5)，通过所述可移除的盖(5)能够封闭所述孔(3)。

3.根据权利要求1或2所述的发射器壳体(1)，其中，所述单腔室壳体具有恰好一个孔。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的发射器壳体(1)，其中，所述孔(3)的平面基本上平行于所述第一刚性部段(21)的平面。

5.根据前述权利要求中至少一项所述的发射器壳体(1)，所述发射器壳体(1)具有至少两个柔性弯曲部段(20a、20b)。

6.根据前述权利要求中至少一项所述的发射器壳体(1)，其中，

所述柔性部段(20a、20b)的横向方向(QR)基本上垂直于连接方向(VR)延伸，所述印刷电路板(2)的所述部段21、22、20a、...，即所述第一刚性部段(21)、所述柔性部段(20a、20b)和所述第二刚性部段(22)沿着所述连接方向(VR)彼此连接，

所述柔性部段(20a、20b)在所述横向方向(QR)上的宽度小于所述第一刚性部段(21)和/或所述第二刚性部段(22)的宽度，

并且特别是，所述柔性部段(20a、20b)在所述横向方向(QR)上的宽度是所述第一刚性部段(21)和/或所述第二刚性部段(22)的宽度的至多0.5倍宽，优选地是至多0.3倍宽。

7.根据权利要求5或6所述的发射器壳体(1)，其中，所述印刷电路板具有恰好两个柔性部段(20a、20b)，所述两个柔性部段各自均将所述两个刚性部段(21、22)的两个外边缘区域彼此连接。

8.根据前述权利要求中至少一项所述的发射器壳体(1)，

其中，所述印刷电路板(2)具有凹部(6)，

-所述凹部(6)在所述至少一个柔性部段(20a、...)和所述第二部段(22)之间延伸，并且，

-在所述印刷电路板具有至少两个柔性部段的情况下，所述凹部(6)在所述第一刚性部段(21)和所述第二刚性部段(21)的彼此不连接的区域之间延伸。

9.根据权利要求8所述的发射器壳体(1)，

其中，所述第二刚性部段(22)具有由所述凹部(6)界定的突出部(7)，

其中，

-在所述突出部(7)的第一端，所述突出部(7)具有面向所述第一部段(21)的前边缘(71)，所述前边缘终止所述突出部(7)，

-在所述突出部(7)的与第一端相反的第二端处，所述突出部(7)具有基部(72)，所述突出部(7)在所述基部(72)上邻接所述第二刚性部段(22)的没有突出部(7)的剩余区域，

其中，所述所述基部(72)抵接所述第二刚性部段(22)和所述至少一个柔性部段(20a、...)之间的连接部，

并且其中，所述前边缘(71)位于所述柔性部段(20a)的轮廓之外并且面向所述孔(2)，使得能够从所述孔(3)接近所述突出部(7)。

10.根据前述权利要求中至少一项所述的发射器壳体，

其中，所述至少一个柔性弯曲部段(20a、...)基本上以恒定曲率弯曲，所述恒定曲率能够通过曲率半径(KR)限定，使得所述至少一个柔性弯曲部段(20a、...)是关于假想的圆心(MP)的圆弓形。

11.根据权利要求10所述的发射器壳体，

其中，所述突出部(7)的从所述基部(72)到所述前边缘(71)的长度被设定为所述曲率半径(KR)的函数，使得

从所述圆心(MP)指向所述基部(72)的矢量与从所述圆心(MP)指向所述前边缘(71)的矢量之间的第二角度(β)在10°和80°之间，并且特别是在15°和50°之间。

12.根据权利要求9至11中的一项所述的发射器壳体，

其中，在所述突出部(7)上布置有连接元件(41)。

13.根据权利要求9至12中的一项所述的发射器壳体(1)，

其中，在所述第一部段(21)和/或所述第二部段(22)的所述突出部(7)上布置有至少一个可操作的开关元件(8)。

14.根据前述权利要求中至少一项所述的发射器壳体(1)，

其中，所述发射器壳体(1)是至少部分导电的，并且具有延伸到所述壳体的内部的导电腹板(12)，

其中，包括导电的紧固装置(9)的连接元件(42)布置在所述第一部段(21)上，以用于将所述印刷电路板(2)紧固到所述腹板(12)，

并且其中，接地电缆能够在所述连接元件(42)处连接到所述发射器壳体(1)，使得当所述紧固装置(9)附接到所述腹板(12)时，所述接地电缆借助所述紧固装置(9)与所述腹板(12)导电连接，以用于屏蔽所述发射器壳体(1)。

15.根据前述权利要求中至少一项所述的发射器壳体(1)，其中，所述印刷电路板(2)的至少一个区域被基本上完全封装，该被完全封装的区域包括所述印刷电路板的没有所述突出部(7)的所述第二刚性部段(22)。

16.根据前述权利要求中至少一项所述的发射器壳体(1)，其中，除了所述连接元件(4、41、42、43、44)以外，并且如果存在所述开关元件(8)，则还除了所述开关元件(8)以外，所述印刷电路板(2)被基本上完全封装。