-
Die
Erfindung betrifft einen Messumformer zum Betrieb in einer verfahrenstechnischen
Anlage.
-
Derartige
Messumformer dienen der Umsetzung einer prozessualen physikalischen
Größe in eine
elektrische Größe und sind
demnach prozessnah und dezentral im Feldbereich angeordnet.
-
Bekannte
Messumformer sind mittels einer Verbindungsleitung mit einer zentralen
Einrichtung verbunden, wobei jeder Messumformer über die Verbindungsleitung
mit elektrischer Energie zu seinem Betrieb versorgt wird und mit
der zentralen Einrichtung Daten austauscht. Zum Anschluss von Messumformern
im explosionsgefährdeten
Bereich einer verfahrenstechnischen Anlage sind an elektrische Betriebsmittel
besondere Anforderungen gestellt, um einen möglichen Explosionsunfall auszuschließen. Bei
der Installation und Inbetriebnahme von elektrotechnischen Einrichtungen
und Ausrüstungen
sowie bei Wartungsarbeiten an elektrotechnischen Einrichtungen und
Ausrüstungen
in verfahrenstechnischen Anlagen, die sich aufgrund ihrer Zweckbestimmung in
einer explosionsgefährdeten
Atmosphäre
befinden, ist die Beachtung einschlägiger Rechtsvorschriften wie
die "Verordnung über elektrische
Anlagen in explosionsgefährdeten
Bereichen-ElexV" und
die europäischen
Normen zum Explosionsschutz EN 50 014 ff verbindlich.
-
Aus
der
US 6,457,367 B1 sowie
der Gebrauchsanweisung „Contrans
P Messumformer ARK 200 für
Differenzdruck, Durchfluss, Füllstand" der Schoppe & Faeser GmbH,
Dokumentnummer 42/15-190-3, sind Messumformer bekannt, deren Gehäuse im wesentlichen
aus zwei voneinander getrennten Gefäßen besteht, wobei in dem einen
Gefäß der Wandler
zur Umsetzung der prozessualen physikalischen Größe in eine adäquate elektrische
Größe untergebracht
ist und in dem anderen Gefäß eine elektronische
Schaltung angeordnet ist, die mindestens Schaltmittel zur Messsignalverarbeitung
und zur Kommunikation umfasst.
-
Die
beiden Gefäße weisen
zueinander komplementäre
Schraubgewinde auf und sind unmittelbar, direkt miteinander verschraubt.
Durch die Verschraubung hindurch sind elektrische Leitungen zur Verbindung
des Wandlers mit der elektronischen Schaltung geführt. Die
elektrischen Leitungen sind Bestandteil eines mehradrigen Kabels
zur Übertragung
von Energie und Information.
-
Es
ist bekannt, das Kabel an einem Ende fest anzuschließen und
an dem anderen Ende steckbar auszuführen. Soweit das Kabel vor
der Verschraubung der Gefäße gesteckt
wird, wird es während
der Verschraubung entsprechend der Anzahl der Gewindegänge verdrillt
und anschließend
im verdrillten Zustand gehalten. Alternativ kann das Kabel nach
Art der
EP 489 848 B1 in
einer offenen Wickelhülse
aufgewickelt sein. Dabei besteht die Gefahr der Beschädigung des
Kabels oder seiner Anschlüsse
an der Steckvorrichtung oder an den Anschlusspunkten am der Steckvorrichtung
abgewandten Kabelende. Die Anzahl der Gewindegänge hängt unter Berücksichtigung
der eingangs genannten Rechtsvorschriften von der Art des Gewindes
und den zulässigen
Toleranzen ab, wobei eine Mindestspaltlänge im Verhältnis zu einer Spaltweite einzuhalten
ist. Insbesondere bei der Schutzart „druckfeste Kapselung" muss das Kabel mehrfach
verdreht werden, da eine größere Anzahl
von Gewindegängen
benötigt
wird. Diese Bauweise ist fehlerträchtig, aufwändig und beschwerlich in der
Handhabung.
-
Die
Alternative ist das Stecken nach dem Verschrauben der Baugruppen.
Dafür muss
sichergestellt werden, dass das Kabel während des Verschraubens nicht
gequetscht wird. Außerdem
muss das Ende des Kabels unter sehr beengten Platzverhältnissen
mit der Auswerteelektronik verbunden werden und der Elektronikraum
muss geöffnet
werden.
-
Aus
der
DE 197 19 730
C1 ist eine Steckverbindung bekannt, bei der die Steckvorrichtung
und die komplementäre
Steckgegenvorrichtung mit zusammengehörigen Teilen eines Magnetkreises
ausgestattet sind, die über
einen Luftspalt beabstandet sind. Nachteiligerweise treten dabei
Verluste bei der Energieübertragung
auf.
-
Aus
der
DE 40 33 052 C2 ist
eine kontaktlose Verbindungseinrichtung zur Übertragung von Messwertsignalen
und Energie bekannt, bei der die Verbindungsteile mit zusammengehörigen Teilen
eines Magnetkreises ausgestattet sind, die jeweils in die beherbergenden
Verbindungsteile starr eingegossen sind. Im Ergebnis von Fertigungstoleranzen
sind Luftspalte zwischen den Teilen eines Magnetkreises unvermeidbar
und führen
zu Verlusten bei der Energieübertragung.
-
Weiterhin
ist aus der
DE 25 09
002 A1 eine Messanordnung bekannt, die für eine Maschine
mit mindestens einem umlaufenden Maschinenteil ausgebildet ist.
Zur Übertragung
von Messwerten von dem umlaufenden Maschinenteil zum stationären Teil der
Maschine ist ein Drehübertrager
vorgesehen, der aus zwei ineinandergreifenden Teilen eines Magnetkreises
besteht und der prinzipbedingt einen Luftspalt zwischen den Teilen
dieses Magnetkreises aufweist. Im Ergebnis der Wirkung von Fliehkräften, Abweichungen
von der Rotationssysmmetrie der Magnetkreisteile und/oder Unwuchten
ist dieser Luftspalt über
seinen Umfang variabel und quantitativ undeterminiert.
-
Darüber hinaus
sind Einrichtungen zur Drehwinkelmessung,
DE 198 59 557 A1 , zur Wegmessung,
DT-OS 18 00 745 und
EP
1 688 710 A1 und zur Kraftmessung,
US 4,627,292 , bekannt, die sich magnetischer
Kreise zur Messwerterfassung bedienen.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsbildenden
Messumformer derart weiterzuentwickeln, dass beim Zusammenfügen der
Gefäße die erforderliche
elektrische Verbindung zwischen den beiden Gefäßen ohne weiteres Zutun hergestellt
wird.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
-
Die
Erfindung geht von einem Messumformer aus, dessen Gehäuse im wesentlichen
aus zwei voneinander getrennten Gefäßen besteht, wobei in dem einen
Gefäß der Wandler
zur Umsetzung der prozessualen physikalischen Größe in eine adäquate elektrische
Größe untergebracht
ist und in dem anderen Gefäß eine elektronische
Schaltung angeordnet ist, die mindestens Schaltmittel zur Messsignalverarbeitung
und zur Kommunikation umfasst. Die beiden Gefäße weisen zueinander komplementäre Schraubgewinde
auf und sind unmittelbar, direkt miteinander verschraubt.
-
Erfindungsgemäß weist
die Verschraubung der beiden Gefäße einen
aus zwei Teilen bestehenden Übertrager
auf, dessen Teile jeweils eine Wicklung aufweisen, die mit den Schaltmitteln
des jeweiligen Gefäßes verbunden
ist.
-
Während des
bestimmungsgemäßen Gebrauchs
des Messumformers sind die beiden Gefäße miteinander verschraubt.
Dabei sind die beiden Teile des Übertragers
zusammengefügt
und bilden so einen elektrischen Übertrager. In diesem Zustand
sind die Wicklungen des Übertragers
induktiv gekoppelt und zur Übertragung
sowohl von Energie als auch von Kommunikationssignalen zwischen
den Schaltmitteln der jeweiligen Gefäße geeignet.
-
Bei
der Trennung der beiden Gefäße außerhalb
des bestimmungsgemäßen Gebrauchs
des Messumformers werden ohne besonderes Zutun die beiden Teile
des Übertragers
voneinander getrennt. Dabei wird die induktive Kopplung der beiden
Teile des Übertragers
aufgehoben. Nach dem Verlassen des letzen Gewindeganges der Verschraubung
liegen die beiden Gefäße mechanisch
und elektrisch voneinander getrennt vor.
-
Bei
Zusammenfügen
der beiden Gefäße des Messumformers
werden ohne weiteres Zutun die beiden Teile des Übertragers zueinander geführt. Mit dem
Erreichen des letzten Gewindeganges werden die beiden Teile des Übertragers
zu einem elektrischen Übertrager
vereinigt.
-
Vorteilhafterweise
wird die Trennung und Verbindung der Schaltmittel der zusammengehörigen Gefäße ohne
weiteres Zutun durch die Trennung und Verbindung der Gefäße als solche
bewirkt. Die Montage beziehungsweise Demontage ist dabei sehr einfach
und kann auch in der verfahrenstechnischen Anlage mit dicken Handschuhen
vorgenommen werden.
-
Darüber hinaus
wird durch die Erfindung der Ersatz des Messwerks unter Prozessbedingungen möglich. Bei
entsprechender Ausgestaltung kann die Anbindung an den Elektronikraum
gas- und staubdicht gekapselt werden. Damit muss zur Montage nur noch
der Anschlussraum zum Kabelanschluss an einem der Gefäße geöffnet werden.
Die empfindliche Elektronik der Schaltmittel ist gegen das Eindringen von
Feuchtigkeit und Schmutz geschützt.
-
Bei
einer Demontage von Messwerk und Elektronik werden Beschädigungen
der elektrischen Verbindung oder der Elektronik der Schaltmittel
vermieden, die durch Verbindungskabel der vorbekannten Ausführungsform
verursacht sind.
-
Durch
den erfindungsgemäßen Aufbau
erfolgt bauartbedingt eine galvanische Trennung zwischen den beiden
Gefäßen, in
denen die elektronischen Schaltmittel und das Messwerk untergebracht sind.
Diese kann vorteilhaft zur Verbesserung der EMV-Festigkeit oder zur Erreichung der Isolationsfestigkeit
zwischen Eingangsklemmen und Gehäuse verwendet
werden.
-
Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eines der Übertragerteile
in seinem Gefäß fest gelagert
und das zugehörige
zweite Übertragerteil
in seinem Gefäß federnd
angeordnet. Vorteilhafterweise werden dadurch die magnetischen Eigenschaften des Übertragers
unabhängig
von Toleranzen in der mechanischen Bearbeitung der Gefäße.
-
Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Übertragerteil im Gefäß des Maßwerks federnd
gelagert. Dementsprechend ist der Übertragerteil im Gefäß mit den
Schaltmitteln zur Messsignalverarbeitung und zur Kommunikation fest
gelagert. Dabei ist das Gefäß mit den
Schaltmitteln zur Messsignalverarbeitung und zur Kommunikation gemäß den Vorschriften
für die
Schutzart „druckfeste
Kapselung" ausführbar. Vorteilhafterweise
dürfen
unter diesen Bedingungen die beiden Gefäße im Feld der verfahrenstechnischen
Anlage in explosionsgefährdeten Atmosphäre gefahrlos
getrennt werden.
-
Darüber hinaus
kommt die Verschraubung vorteilhafterweise mit einer kürzeren Gewindelänge aus,
da das Gewinde der Verschraubung für den Explosionsschutz nicht
mehr von Bedeutung ist.
-
Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dazu
ist ein erfindungsgemäßer Messumformer,
dessen Gehäuse
in zwei Gefäße aufgeteilt
ist, im Umfang der erfindungswesentlichen Bestandteile in 1 mit
separaten Gefäßen und
unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel in 2 mit
zusammengesetzten Gefäßen jeweils
geschnitten dargestellt.
-
In
dem ersten Gefäß 11 sind
Schaltmittel 21 untergebracht, die einen Wandler zur Umsetzung
der prozessualen physikalischen Größe in eine adäquate elektrische
Größe und eine
Anpasselektronik umfassen. Diese Baugruppe wird im Weiteren als
Messeinheit bezeichnet.
-
In
dem zweiten Gefäß 12 sind
Schaltmittel 22 zur Messsignalverarbeitung und zur Kommunikation untergebracht.
Diese Baugruppe wird im Weiteren als Verarbeitungseinheit bezeichnet.
-
Die
beiden Gefäße 11 und 12 weisen
zueinander komplementäre
Schraubgewinde auf. Gemäß der Darstellung
in 1 ist das Gefäß 11 der
Messeinheit mit einem Außengewinde 51 ausgestattet
und das Gefäß 12 der
Verarbeitungseinheit mit einem Innengewinde 52 versehen.
Während
des bestimmungsgemäßen Gebrauchs
sind die beiden Gefäße 11 und 12 gemäß der Darstellung
in 2 miteinander verschraubt.
-
Dabei
bilden das Außengewinde 51 der Messeinheit
und das Innengewinde 52 der Verarbeitungseinheit eine Verschraubung.
Insbesondere ist diese Verschraubung gas- und staubdicht.
-
Im
Inneren weist die Verschraubung der beiden Gefäße 11 und 12 einen
aus zwei Teilen 31 und 32 bestehenden Übertrager
auf. In einfachster Ausführung
der Erfindung besteht der Übertrager
aus einem handelsüblichen,
im wesentlichen rotationssymmetrischen Schalenkern bestehend aus
Ferritmaterial, der aus zwei gleichförmigen Hälften zusammengesetzt ist.
-
Dabei
ist eine Kernhälfte 31 in
dem Gefäß 11 der
Messeinheit konzentrisch zum Außengewinde 51 untergebracht.
Die Kernhälfte 31 ist
mit einer Wicklung 41 ausgestattet, die mit den Schaltmitteln 21 verbunden
ist. Die Wicklung 41 ist mit einer Vergussmasse 71 in
der Kernhälfte 31 vergossen.
-
Darüber hinaus
ist die Kernhälfte 31 federnd in
dem Gefäß 11 der
Messeinheit gelagert. Dazu ist mindestens eine Druckfeder 61 vorgesehen,
deren Federkraft die Kernhälfte 31 aus
dem Gefäß 11 heraus
in Richtung des korrespondierenden Gefäßes 12 der Verarbeitungseinheit
schiebt.
-
Die
zweite Kernhälfte 32 ist
dem Gefäß 12 der
Verarbeitungseinheit zugeordnet. Die Kernhälfte 32 ist mit einer
Wicklung 42 ausgestattet, die mit den Schaltmitteln 22 verbunden
ist. Die Wicklung 42 ist mit einer Vergussmasse 72 in
der Kernhälfte 32 vergossen.
Die Kernhälfte 32 ist
im Bereich der Verschraubung konzentrisch zum Innengewinde 52 angeordnet
und fest mit dem Gefäß 12 der
Verarbeitungseinheit verbunden.
-
In
besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kernhälfte 32 druckfest
in das Gefäß 12 der Verarbeitungseinheit
eingebaut. Vorteilhafterweise dürfen
unter diesen Bedingungen die beiden Gefäße 11 und 12 im
Feld der verfahrenstechnischen Anlage in explosionsgefährdeten
Atmosphäre
gefahrlos getrennt werden.
-
Während des
bestimmungsgemäßen Gebrauchs
des Messumformers sind die beiden Gefäße 11 und 12 miteinander
verschraubt. Dabei sind die beiden Kernhälften 31 und 32 des Übertragers
zusammengefügt
und bilden so einen elektrischen Übertrager. In diesem Zustand
sind die Wicklungen 41 und 42 des Übertragers
induktiv gekoppelt und zur Übertragung
sowohl von Energie als auch von Kommunikationssignalen zwischen
den Schaltmitteln 21 und 22 der Messeinheit und
der Verarbeitungseinheit geeignet.
-
Die
Verarbeitungseinheit ist an einen Feldbus angeschlossen und wird über die
Feldbusleitung mit Energie versorgt. Aus der Verarbeitungseinheit wird
die Messeinheit gespeist. Dazu wird die Speiseleistung induktiv über den Übertrager
in die Messeinheit übertragen.
Bekannterweise ist eine Wechselspannung zur induktiven Übertragung
geeignet. Die Schaltmittel 21 in der Messeinheit umfassen
daher zumindest eine Gleichrichterschaltung zur Umformung der empfangenen
Wechselspannung in eine Speisegleichspannung für den Wandler zur Umsetzung
der prozessualen physikalischen Größe in eine adäquate elektrische
Größe und die
Anpasselektronik.
-
In
einer einfachen Ausführungsform
der Erfindung kann der Wechselspannung zur Speisung der Messeinheit
ein Kommunikationssignal zur Datenaustausch zwischen der Messeinheit
und der Verarbeitungseinheit überlagert
sein.
-
In
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung kann vorgesehen sein, den Datenaustausch zwischen
der Messeinheit und der Verarbeitungseinheit unabhängig von
den induktiven Übertragungsweg über den Übertrager
auszuführen.
Hierzu sind die für
sich bekannten Verfahren der Funkübertragung und der Infrarotübertragung
anwendbar.
-
- 11,
12
- Gefäß
- 21,
22
- Schaltmittel
- 31,
32
- Übertragerteil
- 41,
42
- Wicklung
- 51
- Außengewinde
- 52
- Innengewinde
- 61
- Druckfeder
- 71,
72
- Vergussmasse