DE102007036456B4

DE102007036456B4 - Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße

Info

Publication number: DE102007036456B4
Application number: DE102007036456.5A
Authority: DE
Inventors: Dr. Lopatin Sergej; Peter Sitte
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2021-12-16
Anticipated expiration: 2027-08-04
Also published as: DE102007036456A1

Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße,mit mindestens einem Gehäuse (1),welches mindestens einen Innenraum (2) aufweist,wobei der Innenraum (2) zumindest teilweise mit einer Vergussmasse (11) gefüllt ist,wobei mindestens eine Hemmeinheit (15) vorgesehen ist,welche derartig ausgestaltet und in dem Innenraum (2) des Gehäuses (1) angeordnet ist, dass die Hemmeinheit (15) eine Bewegung der Vergussmasse (11) in zumindest einer Richtung verhindert und/oder hemmt,dadurch gekennzeichnet,dass die Hemmeinheit (15) mindestens eine Innenkammer (20) aufweist,und dass die Hemmeinheit (14) derartig ausgestaltet ist, dass mindestens ein Zugang zu der Innenkammer (20) in Abhängigkeit von der herrschenden Temperatur geöffnet oder geschlossen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße, mit mindestens einem Gehäuse, welches mindestens einen Innenraum aufweist, wobei der Innenraum zumindest teilweise mit einer Vergussmasse gefüllt ist. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um den Füllstand, die Dichte, die Viskosität, den Druck, den Durchfluss oder den pH-Wert eines Mediums. Bei dem Medium handelt es sich beispielsweise um Flüssigkeit oder um ein Schuttgut oder allgemein Fluid.
In der modernen Prozess- und Automatisierungstechnik gibt es eine Vielzahl von Messgeräten, welche der Bestimmung und/oder Überwachung von Prozessgrößen dienen. Solche Messgeräte weisen meist eine Sensoreinheit und eine Elektronikeinheit auf. Die Elektronikeinheit findet sich üblicherweise in einem Gehäuse, welches gegenüber der Außenwelt bzw. auch gegenüber dem Medium abgedichtet ist. Um die Elektronik im Gehäuseinneren besonders zu schützen, wird der Innenraum meist mit einer Vergussmasse verfüllt. Die Vergussmasse isoliert dabei die empfindlichen elektronischen Bauteile und Sensoren gegen Wasserkondensat, weiterhin schützt sie das Messgerät vor Fremdvibration und Korrosion. Die Vergussmassen sind meist sehr elastisch und üben nur eine geringe mechanische Belastung auf die empfindlichen Bauteile aus.
Eine solche Vergussmasse kann jedoch üblicherweise nicht im Bereich von Steckern angebracht werden, da es möglich sein kann, dass die Vergussmasse sonst in die Steckkontakte eindringt und somit eine elektrische Verbindung aufhebt. Daher sind im Bereich der Stecker üblicherweise Hohlräume vorgesehen, welche frei von der Vergussmasse sind. Solche Hohlräume sind auch dafür erforderlich, die Ausdehnung der Vergussmasse aufgrund von Temperatureinwirkungen aufzunehmen. In Abhängigkeit von den Eigenschaften der Vergussmasse kann es auch durch unterschiedliche Temperaturzyklen dazu kommen, dass Pumpeffekte auftreten. Somit ist der Fall möglich, dass auf elektrische Verbindungen wie beispielsweise Drähte oder auch flexible Leiterplatten abwechselnd Zug und Druck einwirkt, wodurch es möglicherweise auch zu Bruchstellen kommen kann.
Das Gebrauchsmuster DE 297 24 696 U1 beschreibt den Aufbau eines vergossenen Sensors. Zur Vereinfachung der Herstellung und insbesondere zur Reduktion des Aufwands des Vergießens werden die elektronischen Bauteile mit einer Kunststoffmasse umspritzt, wodurch sich ein fester Formkörper ergibt. Dieser Formkörper wird anschließend in dem Sensorgehäuse vergossen,d.h. aus den einzelnen Bauteilen wird eine kompakte Einheit erzeugt.
Das Gebrauchsmuster DE 93 05 312 U1 beschreibt einen Lösung, um einen elektrischen Anschluss an das Gehäuse eines Sensors möglichst einfach herzustellen. Dies wird dadurch erreicht, dass als ein Anschlusselement ein als Konstruktionselement bekannter handelsüblicher Sicherungsring oder eine gezahnte Scheibe verwendet wird. Dieses mit einem Leiter elektrisch verbundene Anschlusselement kann mit seinem Außenumfang klemmend in das Gehäuse eingesetzt werden.
Das Gebrauchsmuster DE 93 02 714 U1 beschreibt einen Sensor mit einem Gehäuse, dessen Montage möglichst einfach ist. Eine Baueinheit, die eine Leiterplatte mit elektronischen Bauelementen, einen Kontaktträger sowie eine ein sensitives Element des Sensors aufnehmende Schutzkappe aufweist, wird in das Gehäuse eingesetzt. Die vereinfachte Montage wird dadurch erreicht, dass die Baueinheit fest miteinander verbunden und außerhalb des Gehäuses vormontiert wird, und erst nach dem Einsetzen der Baueinheit die Leiterplatte durch Einfüllen von Vergussmasse in das Gehäuse eingebettet wird.
Im Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, die Belastung auf elektronische Bauteile durch eine elastische Vergussmasse zu minimieren, indem Schaumstoffe verwendet werden. Solche Schaumstoffe dämpfen die mechanische Spannung im Innenraum der Sensoren und elektronischen Geräte. Ist die Vergussmasse jedoch sehr elastisch und weich (z.B. weicher Silikon-Compound), so helfen Schaumstoffe nicht. Daher sind für solche Fälle andere technische Lösungen erforderlich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Messgerät vorzuschlagen, welches zumindest teilweise mit einer Vergussmasse ausgefüllt ist und bei welchem die mechanische Belastung wegen der großen thermischen Ausdehnung der Vergussmasse insbesondere auf ausgesuchte elektrische Verbindungen verhindert bzw. minimiert wird.
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass mindestens eine Hemmeinheit vorgesehen ist, welche derartig ausgestaltet und in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist, dass die Hemmeinheit eine Bewegung der Vergussmasse in zumindest einer Richtung verhindert und/oder hemmt. Erfindungsgemäß wird somit durch die Hemmeinheit der Ausdehnung bzw. auch dem Zug der Vergussmasse eine Beschränkung oder zumindest eine teilweise Verhinderung entgegengestellt.
Die Erfindung sieht vor, dass die Hemmeinheit mindestens eine Innenkammer aufweist, und dass die Hemmeinheit derartig ausgestaltet ist, dass mindestens ein Zugang zu der Innenkammer in Abhängigkeit von der herrschenden Temperatur geöffnet oder geschlossen ist. Die Hemmeinheit weist somit einen Expansionsraum auf, in welchen vorzugsweise die Vergussmasse bei einer temperaturbedingten Ausdehnung eindringen kann. Für die Fertigung, d.h. insbesondere für das Vergießen des Gehäuses ist die Innenkammer verschlossen, so dass sie für den Normalfall leer ist.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Hemmeinheit eine Bewegung der Vergussmasse aufgrund der thermischen Ausdehnung der Vergussmasse in zumindest einer Richtung verhindert und/oder hemmt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Hemmeinheit eine geringere thermische Ausdehnung als die Vergussmasse aufweist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Hemmeinheit derartig ausgestaltet und in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist, dass die Hemmeinheit sich zumindest teilweise auf einem Ausdehnungsweg der Vergussmasse befindet. Je nach der Geometrie des Innenraums und der Art und Weise, wie die Vergussmasse eingebracht wird, bzw. wo sich Ausdehnungsmöglichkeiten für die Vergussmasse befinden, stellen sich Wege ein, auf welchen die Vergussmasse beispielsweise durch die Auswirkung einer Temperaturerhöhung sich ausdehnen kann. In dieser Ausgestaltung wird die Hemmeinheit auf einem solchen bestehenden Ausdehnungsweg angebracht und versperrt ihn somit.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass der Innenraum des Gehäuses mindestens einen von der Vergussmasse freien Hohlraum aufweist. Ein solcher Hohlraum ist beispielsweise erforderlich, da sich in ihm Steckkontakte befinden, welche üblicherweise nicht mit Verguss in Kontakt kommen dürfen. Ein Hohlraum dient beispielsweise auch dazu, der temperaturbedingten Ausdehnung der Vergussmasse Rechnung zu tragen, so dass keine hohen Expansionskräfte auf das Gehäuse selbst einwirken.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens eine elektrische Leitung vorgesehen ist, welche im Innenraum des Gehäuses und zumindest teilweise in dem von der Vergussmasse freien Hohlraum angeordnet ist. In einer Ausgestaltung befindet sich insbesondere zumindest ein Anschluss- bzw. Kontaktbereich der elektrischen Leitung in dem Hohlraum. Durch den Hohlraum wird insbesondere verhindert, dass Vergussmasse an die Kontaktstellen oder gar in die Kontakte hinein gelangt. Weiterhin ist ggf. auch mindestens ein elektronisches Bauteil vorgesehen, welches sich zumindest teilweise im von der Vergussmasse freien Hohlraum befindet.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die mindestens eine elektrische Leitung um die Hemmeinheit herum angeordnet ist. Die elektrische Leitung wird also um die Hemmeinheit herum geführt, insbesondere besteht keine Verbindung zwischen der Leitung und der Hemmeinheit.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Hemmeinheit derartig ausgestaltet und im Innenraum des Gehäuses angeordnet ist, dass die Hemmeinheit verhindert, dass eine Bewegung der Vergussmasse in den von der Vergussmasse freien Hohlraum eine Kraft auf die mindestens eine elektrische Leitung ausübt. Die Bewegung ist dabei insbesondere durch die thermische Ausdehnung der Vergussmasse bedingt. Entsprechend verhindert die Hemmeinheit ggf. auch die Kraft auf das mindestens eine elektronische Bauteil.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Hemmeinheit sich zumindest teilweise in der Richtung des Übergangs zwischen dem Hohlraum und der Vergussmasse befindet. In dieser Ausgestaltung befindet sich somit die Hemmeinheit quasi vor dem Hohlraum und blockiert zumindest teilweise den Weg der Vergussmasse in Richtung des Hohlraums.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass in dem Innenraum mindestens eine Anschlusseinheit vorgesehen ist. Eine solche Anschlusseinheit weist beispielsweise einen Steckkontakt oder sonstige elektrische Verbindungen auf.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sich die Anschlusseinheit zumindest teilweise und/oder ein Bereich um die Anschlusseinheit in dem von der Vergussmasse freien Hohlraum befinden/befindet. Um die elektrischen Anschlussbereiche der Anschlusseinheit vor dem Verguss zu schützen, wird der Verguss derartig eingebracht bzw. ist die Geometrie des Innenraumes derartig, dass die Anschlusseinheit zumindest teilweise in dem Hohlraum befindlich ist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Hemmeinheit eine Bewegung der Vergussmasse in Richtung der Anschlusseinheit verhindert und/oder hemmt. Da an der Anschlusseinheit zumeist Drähte oder Flexleiterplatten oder ähnliche elektrische Verbindungseinheiten münden, wird somit verhindert, dass Kräfte durch eine Expansion der Vergussmasse auf diese Drähte bzw. Kabel einwirken bzw. die Kräfte werden deutlich reduziert. Auch hier resultiert die Bewegung vorzugsweise aus der thermischen Ausdehnung der Vergussmasse.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Hemmeinheit eine Ausdehnung der Vergussmasse in Richtung der Anschlusseinheit und/oder eine Schrumpfung von der Anschlusseinheit fort verhindert und/oder hemmt. In der Anwendung kann sich im fertigen Messgerät die Vergussmasse durch eine Temperatureinwirkung ausdehnen oder von der Anschlusseinheit entfernen, wobei beides ggf. zu Kräften auf mögliche elektrische Verbindungseinheiten führen kann. Die Schrumpfung ergibt sich dabei aus dem Zusammenziehen der Vergussmasse.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse zumindest abschnittsweise rohrförmig ausgestaltet ist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Hemmeinheit zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgestaltet ist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens eine Längsachse der Hemmeinheit parallel zu einer Längsachse des Gehäuses verläuft.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass der Hohlraum sich entlang der Mittelachse des Gehäuses befindet.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Längsachse der Hemmeinheit auf der Längsachse des Gehäuses angeordnet ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens ein Sensorfühlelement vorgesehen ist, welches zumindest eine von der Prozessgröße und/oder von einer Änderung der Prozessgröße abhängige Messgröße erzeugt und welche mit mindestens einer Elektronikeinheit über elektrische Leitungen kontaktiert ist. Bei der Prozessgröße handelt es sich dabei beispielsweise um Füllstand, Dichte, Viskosität, Durchfluss, Druck oder pH-Wert. Die Messgröße ist beispielsweise die Frequenz einer Schwingung, ein elektrisches Signal, ein Kapazitäts- oder Widerstandswert.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass mindestens eine Verbindung zwischen den elektrischen Leitungen und der Elektronikeinheit in dem von der Vergussmasse freien Hohlraum angeordnet ist. Die Kontakt- bzw. Verbindungsstellen zwischen elektrischen Leitungen und Elektronikeinheit sind insbesondere frei von der Vergussmasse.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Hemmeinheit derartig ausgestaltet und im Innenraum des Gehäuses angeordnet ist, dass die Hemmeinheit verhindert, dass eine Bewegung der Vergussmasse in Richtung der Verbindung zwischen den elektrischen Leitungen und der Elektronikeinheit die elektrischen Leitungen knickt, biegt oder zieht. In einer Ausgestaltung ist die elektrische Leitung bzw. sind die elektrischen Leitungen Teil einer flexiblen Leiterplatte oder sog. Flexleiterplatte. Durch die Hemmeinheit wird dabei insbesondere verhindert, dass die Leiterplatte geknickt oder verformt wird, wodurch die elektrischen Leitungen Schaden nehmen könnten.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass als das mindestens eine Sensorfühlelement mechanisch schwingfähige Einheit vorgesehen ist, dass mindestens eine Antriebs-/Empfangseinheit vorgesehen ist, welche die mechanisch schwingfähige Einheit zu mechanischen Schwingungen anregt und welche von der mechanisch schwingfähigen Einheit mechanische Schwingungen empfängt. Die mechanisch schwingfähige Einheit ist somit eine besondere Ausgestaltung des Sensorfühlelements.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Hemmeinheit derartig ausgestaltet ist, dass mindestens ein Zugang zu der Innenkammer beim Überschreiten einer vorgebbaren Temperatur geöffnet ist. Die Vergussmasse dehnt sich üblicherweise mit zunehmender Temperatur aus. Um somit zu verhindern, dass sie sich in Richtung auf die Kontakte der elektrischen Leitungen ausdehnt, wird ab einer gewissen Temperatur der Innenraum geöffnet und die Vergussmasse kann in den Innenraum eindringen. Die Innenkammer der Hemmeinheit ist somit ein wohldefinierter Ausdehnungsbereich für die temperaturbedingt sich ausdehnende Vergussmasse.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

1 und 1a: Querschnitte durch eine schematische Darstellung eines Messgerätes gemäß dem Stand der Technik,
2: ein Querschnitt durch eine schematische Darstellung eines Teiles eines erfindungsgemäßen Messgerätes,
3: eine Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Messgerätes,
4: ein Querschnitt durch eine schematische Darstellung einer zweiten Variante eines erfindungsgemäßen Messgerätes, und
5: ein Querschnitt durch eine dritte Variante.

In den 1 und 1a ist ein Querschnitt durch ein Messgerät gemäß dem Stand der Technik dargestellt. In der 1 ist ein Querschnitt durch das Gehäuse 1 mit dem Innenraum 2 zu sehen. An dem hier unteren Ende des Gehäuses 1 ist hier ansatzweise die mechanisch schwingfähige Einheit 3 dargestellt, über welche die Messung der Prozessgrößen vorgenommen wird. Dabei handelt es sich hier als Beispiel um eine so genannte Schwinggabel. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, die Erfindung lässt sich auch an anderen Messgeräten für unterschiedliche Prozessgröße und Messprinzipien einsetzen. So lässt sich dies auch bei der kapazitiven Füllstandsmessung oder bei Drucksensoren anwenden. Im Allgemeinen bezieht sich die Erfindung insbesondere auf Messgeräte, welche für die Anwendung unter hohen Temperaturen, z.B. über 100°C eingesetzt werden. Die mechanisch schwingfähige Einheit 3 wird hier über eine Antriebs-/Empfangseinheit 4 zu mechanischen Schwingungen angeregt. Diese Antriebs-/Empfangseinheit 4, bei welcher es sich beispielsweise um ein piezoelektrisches Element handelt, empfängt umgekehrt auch über die Membran 5, welche das Gehäuse 1 in Richtung des Prozesses abschließt, die Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit 3. Die Antriebs-/Empfangseinheit 4 ist hier über zwei Drähte 6 mit der Anschlusseinheit 7 verbunden. Eine weitere Verbindung besteht über Steckkontakte zwischen der Anschlusseinheit 7 und einer Elektronikeinheit 8. Diese Elektronikeinheit 8 wertet beispielsweise die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit 3 aus und bestimmt dabei die Prozessgröße. Bei einer solchen Schwinggabel ist dies beispielsweise Füllstand, Dichte oder Viskosität. Umgekehrt ist beispielsweise in der Elektronikeinheit 8 eine Rückkoppelelektronik vorgesehen, welche das Empfangssignal von der Antriebs-/Empfangseinheit 4 empfängt, glättet, verstärkt, gegebenenfalls passend phasenverschiebt und wieder der Antriebs-/Empfangseinheit 4 zuführt. Dadurch ist es somit möglich, über die positive Rückkopplung eine ständige Schwingung der mechanisch schwingfähigen Einheit 3 aufrechtzuerhalten.
Die Antriebs-/Empfangseinheit 4, die beiden Drähte 6 und die Anschlusseinheit 7 sind hier voll umfänglich von einer Hülse 10 umfasst. Diese Ausgestaltung erlaubt es beispielsweise, diesen Bestandteil des Messgerätes als fertige Baugruppe herzustellen und ggf. zu lagern. Wie durch die Schraffur angedeutet, ist der Innenraum 2 weitgehend durch eine Vergussmasse 11 ausgefüllt. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Silikonvergussmasse, um Polyurethan oder eine andere elastische oder geleeartige Vergussmasse, die als Klimaschutz dient. Der Innenraum 2 weist dabei in diesem Beispiel zwei Hohlräume 12 auf. Der eine Hohlraum 12 befindet sich in Richtung des oberen Endes des Gehäuses 1 und zwar in Richtung des das Messgerät abschließenden Deckels 13. Der andere Hohlraum 12 befindet sich um die Anschlusseinheit 7 herum. Somit ist sichergestellt, dass der Bereich des elektrischen Kontaktes zwischen der Anschlusseinheit 7 und der Antriebs-/Empfangseinheit 4 bzw. zur Elektronikeinheit 8 jeweils frei von der Vergussmasse 11 gehalten wird. Dieser zweite Hohlraum 12 wird dadurch verursacht, dass die Anschlusseinheit 7 von einer Glocke 14 umfasst wird. Durch die spezielle Art des Einbringens der Vergussmasse 11 bildet sich somit in der Glocke 14 ein Hohlraum 12 aus. Das entsprechende Verfahren lässt sich beispielsweise der Patentanmeldung WO 03/071636 A1 entnehmen.
In der Anwendung kann es sein, dass das Messgerät und somit auch die Vergussmasse 11 eine erhöhte Temperatur erfahren. Die erhöhte Temperatur führt in den meisten Fällen dazu, dass die Vergussmasse 11 sich ausdehnt. Eine Expansion ist jedoch nur in die Hohlräume 12 hinein möglich, da die nicht aufgeschäumte Vergussmasse fast in-kompressibel ist. Hierdurch können sich sehr große Kräfte auf empfindliche Bauteile ergeben.
In der 1a ist ein Ausschnitt des Querschnitts der 1 dargestellt, wobei hier der Effekt auftritt, dass eine erhöhte Temperatur zu einer Ausdehnung der Vergussmasse 11 führt. Hier ist der Fall dargestellt, dass die Vergussmasse 11 gegen die Drähte 6 drückt. Sinkt die Temperatur wieder, so kontrahiert die Vergussmasse 11 und zieht sich wieder aus dem Hohlraum 12 zurück. Finden mehrere Temperaturzyklen hintereinander statt, so ist es möglich, dass die Drähte 6 knicken oder gar abbrechen. Dies ist hier deutlich zu erkennen eine Folge des Ansteigens und wieder Abfallens des Niveaus der Vergussmasse 11 in dem Hohlraum 12 des Innenraums 2 des Gehäuses 1.
In der 2 ist ein stark schematisierter Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Messgerät dargestellt. Zu sehen ist das Gehäuse 1 mit dem unteren Ende, welches hier durch die Membran 5 abgeschlossen wird. In dem Gehäuse 1 befindet sich die Hülse 10, welche beispielsweise aus einem Kunststoff geschaffen ist und als Montagehilfe dient. Alternativen sind Hüllen aus Metall, Glas oder aus einer Keramik. Am oberen Ende der Hülse 10 befindet sich ein Hohlraum 12, welcher frei von der Vergussmasse 11 ist. Die obere Verbindung zur Elektronikeinheit 8, wie sie in 1 dargestellt ist, ist hier nicht mehr dargestellt. Ebenso fehlt auch die Anschlusseinheit 7, welche sich entsprechend zur 1 sonst in dem hier dargestellten Hohlraum 12 befinden würde. Entsprechendes gilt für die Drähte 6 bzw. für die flexible Leiterplatte, welche ebenfalls eine Verbindung zur Anschlusseinheit 7 herstellen könnte.
Erfindungsgemäß befindet sich unterhalb des Hohlraums 12 die Hemmeinheit 15. Diese Hemmeinheit 15 ist dabei derartig auf die Vergussmasse 11 abgestellt, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der Hemmeinheit 15 deutlich kleiner als der Ausdehnungskoeffizient der Vergussmasse 11 ist. Der Faktor zwischen den beiden Koeffizienten liegt beispielsweise zwischen 5 und 100. Die Hemmeinheit 15 besteht beispielsweise aus dem gleichen Kunststoff wie die Hülse 10. Alternativ besteht die Hemmeinheit 15 aus einem Kunststoff mit einem großen Anteil der Glasphase und mit geringem Ausdehnungskoeffizient.
Wie wirkt nun die Hemmeinheit 15, welche hier als Zapfen ausgestaltet ist? Bei einer erhöhten Temperatur steigt die Vergussmasse 11 langsam in Richtung des Hohlraumes 12 nach oben. Hier würde sie im Stand der Technik vollständig auf die Anschlusseinheit 7 drücken. Erfindungsgemäß wird jedoch diese Expansionskraft durch die Hemmeinheit 15 gehemmt, so dass nur noch ein Ausweichen der Vergussmasse 11 um die Anschlusseinheit 7 herum in den Hohlraum 12 hinein stattfinden kann. Durch die Hemmeinheit 15 wird also die direkte Bewegung der Vergussmasse 11 in den Hohlraum 12 hinein unterdrückt, so dass auch die Kraft der Expansion der Vergussmasse 12 nicht vollständig auf die Anschlusseinheit bzw. auf die Drähte oder welche Einheit sich je nach Ausgestaltung in dem Hohlraum 12 befindet einwirken kann.
In dem in der 2 dargestellten Fall ist die Längsachse der Hemmeinheit 15 parallel zur Längsachse des Gehäuses 1, wobei der Hohlraum 12 sich ebenfalls auf der Längsachse des Gehäuses 1 befindet.
In der Fertigung wird somit die Hemmeinheit 15 passend in dem Innenraum 2 , hier insbesondere vor den Hohlraum 12 platziert und anschließend wird die Vergussmasse 11 eingebracht. Ihre schützende Wirkung zeigt die Hemmeinheit 15 dann beispielsweise in der Anwendung unter den herrschenden und auf das Messgerät einwirkenden Prozessbedingungen.
In der 3 ist ein Schnitt durch die Hülse 10 mit der Hemmeinheit 15 dargestellt. Die Hülse 10 besteht beispielsweise aus vier Einzelteilen, wobei die Antriebs-/Empfangseinheit 4 hier das untere Ende der Hülse 10 bildet. Am oberen Ende der Hülse ist hier ein Steckkontakt 17 für die Verbindung mit der Elektronikeinheit vorgesehen. Von der Antriebs-/Empfangseinheit 4 erstreckt sich hier ein Flexleiterplatte 16 nach oben in Richtung der Anschlusseinheit 7. In der Hülse 10 ist hier die Hemmeinheit 15 vorgesehen, welche sich hier als nach unten verjüngender Zapfen darstellt. Die Hülse 10, sowie der Zapfen 15 bestehen beispielsweise aus dem gleichen Kunststoff. Wie zu sehen, wird die Anschlusseinheit 7 durch das obere breitere Ende der Hemmeinheit 15 teilweise durch die noch einzubringende Vergussmasse abgeschirmt. Durch ein breites oberes Ende des Zapfens 15 kann beispielsweise auch erreicht werden, dass die Hemmeinheit 15 auf einem Vorsprung der Hülse 10 ruht und nicht auf das untere Ende der Hülse 10 in Richtung der Antriebs-/Empfangseinheit 4 drückt.
Um einen Klimaschutz der empfindlichen elektronischen Bauteile in Sensoren oder allgemein Messgeräten insbesondere der Prozess- und Automatisierungstechnik zu erreichen, wird üblicherweise eine elastische Vergussmasse in den Sensor eingebracht. Diese Masse dehnt sich bei erhöhen Temperaturen stark aus, wodurch die Bauteile beschädigt werden können.
Um die Beschädigung zu vermeiden, ist - wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt - ein Expander als Hemmeinheit 15 im Innenraum 2 des Gehäuses 1 vorgesehen. Der Expander 15 ist dabei Kisten- oder Rohrförmig und weist eine Innenkammer 20 auf. Die Innenkammer 20 ist in der Variante der 4 mit einem Deckel 21 und in der Variante der 5 mit zwei Deckeln 21 verschlossen. Bei dem Deckel handelt es sich beispielsweise um einen Film aus einem elastischen Material.
Die Hemmeinheit 15 der 4 ist nach unten geöffnet. Bei der Verfüllung des Innenraums 2 mit der Vergussmasse ist das Gehäuse 1 wie dargestellt orientiert, d.h. die Innenkammer 20 der Hemmeinheit 15 bildet eine Luftglocke oberhalb der Kontakte der Antriebs-/Empfangseinheit 4.
Der Deckel 21 ist in einer Variante derartig ausgestaltet, dass er ab einer gewissen Temperatur durchlässig für den Verguss wird, also beispielsweise schrumpft oder schmilzt. In einer weiteren Variante ist der Deckel 20 so elastisch, dass ein sich aufgrund der Temperatur ausdehnender Verguss ihn in die Innenkammer 20 der Hemmeinheit 15 hineindrängen kann.
Beiden Varianten sind gemein, dass die Innenkammer 20 ab einer gewissen Temperatur, die vorzugsweise ausgehend vom Temperaturverhalten des Vergusses vorgegeben wird, dem sich ausdehnenden Verguss für dessen Expansion zur Verfügung steht. Im Gegensatz zu den in den vorhergehenden Figuren gezeigten Varianten wird somit die Ausdehnung der Vergussmasse in eine wohldefinierte Richtung gelenkt. Der Verguss kann somit expandieren, ohne dass er empfindliche elektronische Bauteile beschädigen könnte.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Innenraum
3: Mechanisch schwingfähige Einheit
4: Antriebs-/Empfangseinheit
5: Membran
6: Draht
7: Anschlusseinheit
8: Elektronikeinheit
10: Hülse
11: Vergussmasse
12: Hohlraum
13: Deckel
14: Glocke
15: Hemmeinheit
16: Flexleiterplatte
17: Steckkontakt
20: Innenkammer
21: Deckel

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße, mit mindestens einem Gehäuse (1), welches mindestens einen Innenraum (2) aufweist, wobei der Innenraum (2) zumindest teilweise mit einer Vergussmasse (11) gefüllt ist, wobei mindestens eine Hemmeinheit (15) vorgesehen ist, welche derartig ausgestaltet und in dem Innenraum (2) des Gehäuses (1) angeordnet ist, dass die Hemmeinheit (15) eine Bewegung der Vergussmasse (11) in zumindest einer Richtung verhindert und/oder hemmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Hemmeinheit (15) mindestens eine Innenkammer (20) aufweist, und dass die Hemmeinheit (14) derartig ausgestaltet ist, dass mindestens ein Zugang zu der Innenkammer (20) in Abhängigkeit von der herrschenden Temperatur geöffnet oder geschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hemmeinheit (15) eine Bewegung der Vergussmasse (11) aufgrund der thermischen Ausdehnung der Vergussmasse (11) in zumindest einer Richtung verhindert und/oder hemmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hemmeinheit (15) eine geringere thermische Ausdehnung als die Vergussmasse (11) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hemmeinheit (15) derartig ausgestaltet und in dem Innenraum (2) des Gehäuses (1) angeordnet ist, dass die Hemmeinheit (15) sich zumindest teilweise auf einem Ausdehnungsweg der Vergussmasse (11) befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (2) des Gehäuses (1) mindestens einen von der Vergussmasse (11) freien Hohlraum (12) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine elektrische Leitung (6, 16) vorgesehen ist, welche im Innenraum (2) des Gehäuses (1) und zumindest teilweise in dem von der Vergussmasse (11) freien Hohlraum (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrische Leitung (6, 16) um die Hemmeinheit (15) herum angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hemmeinheit (15) derartig ausgestaltet und im Innenraum (2) des Gehäuses (1) angeordnet ist, dass die Hemmeinheit (15) verhindert, dass eine Bewegung der Vergussmasse (11) in den von der Vergussmasse (11) freien Hohlraum (12) eine Kraft auf die mindestens eine elektrische Leitung (6, 16) ausübt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hemmeinheit (15) sich zumindest teilweise in der Richtung des Übergangs zwischen dem Hohlraum (12) und der Vergussmasse (11) befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Innenraum (2) mindestens eine Anschlusseinheit (7) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anschlusseinheit (7) zumindest teilweise und/oder ein Bereich um die Anschlusseinheit (7) in dem von der Vergussmasse (11) freien Hohlraum (12) befinden/befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hemmeinheit (15) eine Bewegung der Vergussmasse (11) in Richtung der Anschlusseinheit (7) und/oder von der Anschlusseinheit (7) fort verhindert und/oder hemmt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hemmeinheit (15) eine Ausdehnung der Vergussmasse (11) in Richtung der Anschlusseinheit (7) und/oder eine Schrumpfung von der Anschlusseinheit (7) fort verhindert und/oder hemmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) zumindest abschnittsweise rohrförmig ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hemmeinheit (15) zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Längsachse der Hemmeinheit (15) parallel zu einer Längsachse des Gehäuses (1) verläuft.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (12) sich entlang der Mittelachse des Gehäuses (1) befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse der Hemmeinheit (15) auf der Längsachse des Gehäuses (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensorfühlelement (3) vorgesehen ist, welches zumindest eine von der Prozessgröße und/oder von einer Änderung der Prozessgröße abhängige Messgröße erzeugt und welche mit mindestens einer Elektronikeinheit (8) über elektrische Leitungen (6, 16) kontaktiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Verbindung zwischen den elektrischen Leitungen (6, 16) und der Elektronikeinheit (8) in dem von der Vergussmasse (11) freien Hohlraum (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Hemmeinheit (15) derartig ausgestaltet und im Innenraum (2) des Gehäuses (1) angeordnet ist, dass die Hemmeinheit (15) verhindert, dass eine Bewegung der Vergussmasse (11) in Richtung der Verbindung zwischen den elektrischen Leitungen (6, 16) und der Elektronikeinheit (8) die elektrischen Leitungen (6, 16) knickt, biegt oder zieht.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als das mindestens eine Sensorfühlelement (3) eine mechanisch schwingfähige Einheit (3) vorgesehen ist, dass mindestens eine Antriebs-/Empfangseinheit (4) vorgesehen ist, welche die mechanisch schwingfähige Einheit (3) zu mechanischen Schwingungen anregt und welche von der mechanisch schwingfähigen Einheit (3) mechanische Schwingungen empfängt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hemmeinheit (15) derartig ausgestaltet ist, dass mindestens ein Zugang zu der Innenkammer (20) beim Überschreiten einer vorgebbaren Temperatur geöffnet ist.