-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Temperaturfühler für eine prozesstechnische industrielle Anlage
mit einem innerhalb eines Schutzrohres untergebrachten Messwiderstand,
welcher mit seinem proximalen Ende an einem Fühlerkopf angeschlossen ist,
der einen Messeinsatz zur elektrischen Verbindung des Messwiderstandes
sowie einen diesem nachgeschalteten Messumformer zur Messsignalaufbereitung
beinhaltet.
-
Das
Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auf solche
prozesstechnische industriellen Anlagen, bei denen die Temperatur
eine wesentliche Prozessgröße darstellt,
welche messtechnisch zu erfassen ist und einer elektronischen Steuerung
zur Signalverarbeitung zuzuführen
ist. Solche prozesstechnischen industriellen Anlagen werden beispielsweise
in der Petrochemie, der Energie- und Dampferzeugung, der Nahrungs-
und Genussmittelindustrie sowie der allgemeinen Verfahrenstechnik
eingesetzt.
-
Die
Temperaturfühler
für derartige
industrielle Anlagen umfassen meist einen Befestigungsflansch, mit
welchem der Temperaturfühler
seitens eines Messwiderstandes innerhalb eines Behälters oder
einer Rohrleitung ragt, um hier die Temperatur des im Behälter bzw.
Rohr befindlichen Mediums zu erfassen. Außerhalb dessen befindet sich
der Fühlerkopf
des Temperaturfühlers,
welcher elektronische Bauteile, wie einen Messumformer zur Messsignalaufbereitung,
eine optische Anzeigeeinheit und dergleichen, geschützt in einem
Gehäuse
untergebracht enthält.
-
Ein
derartiger Temperaturfühler
ist aus der
DE 40 20
167 C1 bekannt, wobei der Thermo-Sensor in dem Schutzrohr
durch einen Silikonverguss fixiert ist und mit seinen Anschlußdrähten an
einen Klemmenblock angeschlossen ist.
-
In
der
EP 0957 348 A1 ist
ein Sensor beschrieben, der am geschlossenen Ende eines teleskopartigen
Schutzrohr fixiert ist und mittels flexibler Anschlußdrähte mit
einer Steuerelektronik im Anschlußkopf verbunden ist.
-
Aus
dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 82 09 964 U1 ist ein Maschinenthermometer
bekannt, bei dem ein Messfühler
und eine Glaskapillare gemeinsam in demselben Schutzrohr untergebracht sind.
An der Oberseite des gehäuses
ist eine Tragplatte zur Halterung der Anschlüsse für zu dem Messeinsatz führende Kabel
angeordnet.
-
In
dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 82 33 961 U1 ist eine Vorrichtung zur
Befestigung von elektrischen Bauteilen im Anschlußkopf elektrischer Thermometer
offenbart, die auf einer Trägerplatte
befestigt ist, die mindestens zwei über Spannschrauben an die Innenwand
des Anschlußkopfes
anpressbare Krallen trägt.
-
Aus
dem Prospekt „Die
neue Generation der Temperaturfühler
für die
Prozessindustrie” (ABB
Automation Products GmbH, Auflage 04.2006, Drucknummer PB/TSP 100/300-DE)
geht ein gattungsgemäßer Temperaturfühler hervor.
Durch einen modularen Aufbau aus Standardbauteilen wird eine hohe Varianz
an abdeckbaren Einsatzfällen
erzielt. Das Baukastensystem beinhaltet im Wesentlichen einen Fühlerkopf
mit integrierten Messeinsatz, dessen elektrische Kontaktierung seitens
des Messwiderstandes über
Andrückfedern
sichergestellt wird. Optional kann ein Messumformer in den Fühlerkopf
integriert und mit dem Messeinsatz verbunden werden. Zum Schutz
dieser elektrischen und elektronischen Bauteile vor äußeren Umwelteinflüssen umschließt ein abgedichtetes
Gehäuse
den Fühlerkopf.
Um den Temperaturfühler
vor den Prozessbedingungen zu schützen und um einen Austausch
ohne Unterbrechung des laufenden Prozesses zu ermöglichen, wird
ein Schutzrohr mit flansch- oder gewindeförmigen Prozessanschlüssen vorgesehen,
in dessen Fortsetzung ein außenliegendes
Halsrohr die Verbindung zwischen dem Schutzrohr und dem Fühlerkopf sicherstellt. Über den
Fühlerkopf
erfolgt der notwendige Anschluss externer Kabel mit dem vorzugsweise
hierin integrierten Messumformer zur Messsignalaufbereitung.
-
Da
beim Betrieb des Temperaturfühlers,
insbesondere bei hohen oder häufig
wechselnden Temperaturen mit einer Alterung der Bauteile zu rechnen ist,
sind industrielle Temperaturfühler
mit einem auswechselbaren Messeinsatz ausgeführt. Damit jedoch bei einem
Wechsel des Messeinsatzes nicht gleichzeitig auch der Messumformer,
auch Transmitter genannt, getauscht werden muss, wird ein meist
klappbarer Deckel am Fühlerkopf
montiert und mit kurzen Anschlussleitungen mit dem Messeinsatz verbunden.
Die von einer übergeordneten
Steuerung kommenden Signal- oder
Busleitungsanschlüsse
werden direkt auf dem Messumformer aufgelegt. Somit ist nach einseitigem
Lösen der
Anschlussleitungen zwar ein Austausch des Messeinsatzes ohne Demontage des
Messumformers möglich;
jedoch erfordert diese Lösung
einen relativ hochbauenden Klappdeckel, was insbesondere bei vibrationsstarken
Einsatzbedingungen nachteilhaft ist. Für einen alternativ zum Klappdeckel
denkbaren Schraubdeckel ist diese Montageart allerdings ungeeignet,
da sich beim Schließen
eines Schraubdeckels die elektrischen Verbindungsleitungen aufwickeln
würden.
-
Eine
andere allgemein bekannte Bauform für Temperaturfühler, welche
für prozesstechnische
industrielle Anlagen vorgesehen sind, sieht vor, den Messumformer
fest mit dem federnd gelagerten Messeinsatz zu verschrauben. Durch
die feste Verbindung ist der vorstehend beschriebene Austausch eines
Messeinsatzes nicht mehr möglich.
Sollte darüber
hinaus auch eine optische Anzeigeeinheit zur Anzeige von Betriebszuständen und/oder
der aktuelle gemessenen Temperatur mit in den Fühlerkopf integriert werden,
so ist dies in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Montage
des Messumformers in einen Klappdeckel nicht möglich, da der Messumformer
den einzige benötigten
Bauraum im Klappdeckel einnimmt. Grundsätzlich können Anzeigeeinheit und Messumformer
zwar eine gemeinsame Baueinheit bilden, die dann gemeinsam innerhalb des
Fühlerkopfes
montiert werden kann, allerdings ist dies für die Bedienbarkeit einer meist
vorgesehenen Tastatur der Anzeigeeinheit ungünstig.
-
Allgemein
bekannt ist, in Verbindung mit schraubbaren Deckeln eine direkte
Montage der Anzeigeeinheit auf einem mit dem Messeinsatz verbundenen
Messübertrager.
Bei dieser Bauform ist eine Bedienung nach Abschrauben des Deckels
möglich. Durch
die federnde Lagerung ergibt sich jedoch eine undefinierte Lage
der Anzeige, was hinsichtlich der Ablesbarkeit der Anzeige innerhalb
des den Fühlerkopfes
umgebenden Gehäuses
mit Schauglas unvorteilhaft ist.
-
Eine
andere allgemein bekannte Bauform sieht vor, eine Anzeigeeinheit
ortsfest an einer Art Montagegalgen über der Bauteilkombination
von Messeinsatz und Messübertrager
zu befestigen. Die Anzeigeeinheit ist dadurch zwar ortsfest unmittelbar hinter
dem Schauglas eines schraubbaren Deckels angeordnet, es wird zur
Umsetzung hier jedoch eine technisch recht aufwendige, elektrisch
flexible Verbindungstechnik zum Messumformer hin benötigt, da dieser
auf dem federnd gelagerten Messeinsatz befestigt ist. Diese Anordnung
von Messeinsatz mit direkt hieran montiertem Messumformer mit hiervon abgesetzter
Anzeigeeinheit hat darüber
hinaus eine ebenfalls recht hohe Bauform zur Folge, was im Hinblick
auf Vibrationsempfindlichkeit von Nachteil ist. Ferner ist ein Tausch
des Messeinsatzes im Vergleich zu den vorstehend diskutierten Lösungen umständlicher,
da elektrische Verbindungsleitungen der Anzeigeeinheit vom Messeinsatz
zu trennen sind und der Montagegalgen zu öffnen ist.
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Temperaturfühler für eine prozesstechnische
industrielle Anlage zu schaffen, welcher eine platzsparend integrierte
und sichere Anordnung eines Messumformers sowie eines Messeinsatzes
innerhalb eines Fühlerkopfes
in niedrig bauender Weise ermöglicht,
wobei der integrierte Messeinsatz in einfacher Weise austauschbar
sinnvoll.
-
Die
Aufgabe wird ausgehend von einem Temperaturfühler gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die
nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
-
Die
Erfindung schließt
die technische Lehre ein, dass der Fühlerkopf durch ein zylinderartiges Gehäuse mit
Zwischenboden gebildet ist, wobei der Messeinsatz in einem dem Messwiderstand
benachbarten und vom Zwischenboden abgeteilten unteren Gehäuseabschnitt
und der Messumformer gegenüberliegend
im oberen Gehäuseabschnitt
untergebracht ist.
-
Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt
insbesondere darin, dass durch den Zwischenboden eine zusätzliche
Befestigungsmöglichkeit
für den
Messumformer, unabhängig
vom Messeinsatz geschaffen wurde, welche gleichzeitig auch eine
Unterteilung des Gehäuses
in getrennte Gehäuseabschnitte
bewirkt, die eine unabhängig
vom benachbarten elektrischen Bauteilen darstellbare Austauschbarkeit
ermöglicht.
So lässt
sich der Messeinsatz im unteren Gehäuseabschnitt separat federnd lagern
und der Messumformer lässt
sich unabhängig hiervon
auf den Zwischenboden lösbar
befestigen.
-
Vorzugsweise
sollte die lösbare
Verbindung zwischen dem Messumformer und dem Zwischenboden des Gehäuses als
Clipverbindung ausgestaltet werden, um ohne zusätzliche Befestigungsmittel
einen einfachen Austausch zu ermöglichen.
Es wird vorgeschlagen, auch den innerhalb des unteren Gehäuseabschnittes
angeordneten Messeinsatz lösbar, vorzugsweise über eine
Clipverbindung, am Gehäuse
zu befestigen. Da an dieser Stelle kein fester Kontakt mit dem Zwischenboden
existiert, ist eine wandseitige Befestigung zu bevorzugen.
-
Gemäß einer
weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen,
den Messumformer sowie den Zwischenboden mit einer zentralen Längsbohrung
zu versehen, durch welcher eine Sensorleitung des Messeinsatzes
hindurchgeführt
wird. Durch diese Maßnahme
braucht die erforderliche Sensorleitung nicht zwischen dem Messumformer
und der Wandung des Gehäuses
hindurchgeführt
zu werden und es lässt
sich insoweit auch ein exakt koaxialer Aufbau der verschiedenen
Bauteile umsetzen.
-
Die
elektrische Verbindung des Messwiderstandes mit dem Messeinsatz
erfolgt nach zwei bevorzugten Ausführungsformen. Gemäß einer
ersten Ausführungsform
wird vorgeschlagen, den Messeinsatz mit einer einzigen koaxialen
Andrückfeder
zu versehen. In diesem Fall sollte der Zwischenboden topfförmig ausgebildet
sein, so dass dieser teilweise in den Innenbereich der umgebenden
Andrückfeder eintaucht,
um eine kleinbauende Anordnung zu bilden. Die insoweit auch um den
eingesetzten Messumformer herum verlaufende koaxiale Andrückfeder benötigt im
gestauchten Zustand der Blocklänge,
keinen zusätzlichen
Bauraum. Alternativ hierzu ist es gemäß einer zweiten Ausführungsform
auch denkbar, mehrere Andrückfedern
zwischen dem Messwiderstand und dem Messeinsatz vorzusehen, die
vorzugsweise einen in der Grundform konischen Längsquerschnitt aufweisen. Durch
den hiermit bedingten entlang der Länge abnehmenden Durchmesser
entspricht die Blocklänge
lediglich noch dem einfachen Drahtdurchmesser, so dass auch hierdurch
eine platzsparende Lösung
erzielbar ist.
-
Gemäß einer
die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen,
stirnseitig auf den Messumformer eine optische Anzeigeeinheit aufzubringen.
Die Verbindung sollte dabei so gestaltet werden, dass sich zwischen
der Anzeigeeinheit und dem Messumformer ein Zwischenspalt ergibt. Der
Zwischenspalt wird zur Unterbringung zumindest der Sensorleitung
genutzt, die durch die vorstehend erwähnte zentrale Längsbohrung
des Messumformers hindurch verläuft.
Die Anzeigeeinheit wird vorzugsweise per kraftschlüssiger Steckkontaktierung elektrisch
und damit auch mechanisch mit dem Messumformer verbunden.
-
Im
Gegensatz hierzu wird für
die mechanische Befestigung des Messumformers am Zwischenboden vorgeschlagen,
diese über
eine entriegelbare Clipsverbindung zu realisieren. Somit kann die
Anzeigeeinheit abgezogen werden, ohne gleichzeitig auch den Messumformer
ungewollt mit aus seiner Befestigung herauszuziehen.
-
Das
Gehäuse
des Fühlerkopfes
besteht vorzugsweise aus einem einstückig spritzgegossenen Bauteil
aus Kunststoff oder Leichtmetall. Durch diese Fertigungsart lässt sich
der erfindungsgegenständliche
Zwischenboden in fertigungstechnisch einfacher Weise herstellen.
Die Wahl des Materials für
das Gehäuse
hängt im
Wesentlichen von den Einsatzbedingungen des Temperaturfühlers ab.
-
Zum
dichten Verschließen
des Gehäuses kann
ein Schraubdeckel vorgesehen werden. Sollte eine Anzeigeeinheit
im oberen Gehäuseteil
integriert sein, so ist ein Sichtfenster in den zugeordneten Schraubdeckel
mit zu integrieren. Die Verwendung von Schraubdeckeln mit vorzugsweise
hierin eingelegten Dichtringen gestattet einen zuverlässigen Schutz
der im Gehäuse
untergebrachten elektrischen und elektronischen Bauteile vor äußeren Umwelteinflüssen.
-
Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
-
1 eine
schematische Längsansicht
eines Temperaturfühlers
in einer ersten Ausführungsform
mit mehreren Andrückfedern,
-
2 eine
schematische Längsansicht
eines Temperaturfühlers
in einer zweiten Ausführungsform
mit einer einzigen koaxialen Andrückfeder, und
-
3 eine
schematische Längsansicht
eines Temperaturfühlers
in einer dritten Ausführungsform
mit Klemmenblock und Transmittervorbereitung.
-
Gemäß 1 umfasst
der Temperaturfühler ein
unteres Schutzrohr 1, in welchem ein Messwiderstand 2 geschützt untergebracht
ist. Der Messwiderstand 2 besteht aus einem temperaturempfindlichen Widerstandsdraht,
der mit seinen beidseitigen Anschlüssen in einen Fühlerkopf 3 hineinragt.
Seitens des Fühlerkopfes 3 sind
die Enden des Messwiderstandes 2 mit einem Messeinsatz 4 verlötet. Der Messeinsatz 4 ist über mehrere
beanstandet zueinander angeordnete Andrückfedern 5 gegen einen Zwischenboden 6 eines
den Fühlerkopf 3 umgebenden
Gehäuses 7 abgestützt. Durch
diese Anordnung ist der Messeinsatz 4 in einem dem Messwiderstand 2 benachbarten
und vom Zwischenboden 4 abgeteilten unteren Gehäuseabschnitt 8a untergebracht.
Das Gehäuse 7 weist
weiterhin einen ebenfalls durch den Zwischenboden 6 gebildeten
gegenüberliegenden oberen
Gehäuseabschnitt 8b auf.
-
In
den oberen Gehäuseabschnitt 8b ist
ein Messumformer 9 untergebracht. Der Messumformer 9 ist
zylinderartig geformt und nimmt hierdurch in etwa den gesamten Bauraum
innerhalb des oberen Gehäuseabschnitts 8b ein.
Der zylinderartige Messumformer 9 ist lösbar auf dem Zwischenboden 6 des Gehäuses 7 angebracht,
nämlich
per entriegelbarer Clipverbindung.
-
Zur
Führung
einer sich vom Messeinsatz 4 aus erstreckenden Sensorleitung 10 weist
der Messumformer 9 und der Zwischenboden 6 eine
zentrale Längsbohrung 11 auf.
Stirnseitig auf den Messumformer 9 ist eine optische Anzeigeeinheit 12 aufgesetzt. Die
Befestigung erfolgt über
eine leitungslose elektrische Steckkontaktierung unter Freilassung
eines zwischen dem Messumformer 9 und der Anzeigeeinheit 12 verbleibenden
Zwischenspalts 13. Der Zwischenspalt 13 dient
der Unterbringung der Sensorleitung 10, um diese mit dem
Messumformer im Bereich des Zwischenspaltes 13 elektrisch
zu verbinden. Das Gehäuse 7 ist
beidseitig mit einem – nicht
weiter dargestellten – Schraubdeckel
lösbar
verschlossen, nach dessen hier gezeigten Entfernung eine getrennte
Austauschbarkeit des Messeinsatzes 4 sowie des Messumformers 9 ermöglicht.
-
Die
in 2 gezeigte zweite Ausführungsform zeichnet sich durch
eine besonders niedrige Bauhöhe
aus. Die niedrige Bauhöhe
wird durch einen topfförmig
ausgebildeten Zwischenboden 6' erzielt. Um den Zwischenboden 6' sowie auch
den hierauf angebrachten Messumformer 9 herum ist eine
koaxiale Andrückfeder 5' platziert,
welche an ihrem den Zwischenboden 6' gegenüberliegenden Ende mit dem Messeinsatz 4 korrespondiert.
Ansonsten entspricht diese Ausführungsform
in Aufbau und Funktion der vorstehend detaillierten beschriebenen
ersten Ausführungsform.
-
Die
in 3 dargestellte dritte Ausführungsform zeigt einen austauschbaren
Messeinsatz 4 innerhalb des unteren Gehäuseabschnitts 8a.
Der obere Gehäuseabschnitt 8b des
Gehäuses 7 beherbergt dagegen
einen Klemmblock 14 mit Messumformervorbereitung.
-
Der
passive Klemmblock 14, welcher in seinen konstruktiven
Schnittstellen – wie
Durchmesser, Rastvorrichtung und Klemmung – dem Messumformer 9 angeglichen
ist, ermöglicht
zu einem späteren Zeitpunkt
eine einfache Erweiterung von dem hier dargestellten passiven System
ohne Messumformer zu einem aktiven System mit Messumformer. Hierzu ist
lediglich der Klemmblock 14 gegen einen Messumformer 9 – wie 2 zeigt – auszutauschen.
-
Die
Erfindung ist nicht beschränkt
auf die vorstehen beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr
auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der
nachfolgenden Ansprüche
mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, das
Gehäuse
statt mit einem Schraubdeckel mit anderen Deckelmitteln zu verschließen, welche
beispielsweise auch einen Bayonettverschluss oder einen Rastmechanismus
besitzen können.
Zudem ist es auch denkbar, hier eine Flanschverschraubung anzugeben.
In allen Fällen
ist jedoch darauf zu achten, dass ein dichter Gehäuseverschluss
erzielt wird, damit die innenliegenden elektrischen und elektronischen
Bauteile hinreichend geschützt
untergebracht sind.
-
- 1
- Schutzrohr
- 2
- Messwiderstand
- 3
- Fühlerkopf
- 4
- Messeinsatz
- 5
- Andrückfeder
- 6
- Zwischenboden
- 7
- Gehäuse
- 8
- Gehäuseabschnitt
- 9
- Messumformer
- 10
- Sensorleitung
- 11
- Längsbohrung
- 12
- Anzeigeeinheit
- 13
- Zwischenspalt
- 14
- Klemmblock