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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Messumformer, wie er bspw. für Messgeräte in der Prozess- und/oder Automatisierungstechnik zum Einsatz kommt.
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Die Aufgabe von Messumformern ist die Umformung eines Sensorsignals in ein stabiles und standardisiertes Signal in der Vergangenheit wurden Messumformer mit analoger Technik aufgebaut. Inzwischen hat sich jedoch die Digitaltechnik durchgesetzt, weil sie eine bessere Messgenauigkeit bei gleichzeitig höherer Flexibilität bietet. Zusätzlich erlauben digitale Messumformer erweiterte Umgebungstemperaturen, die typisch zwischen –40°C und +85°C liegen. Messumformer werden in drei typischen Gehäuseformen angeboten:
- – Als Hutschienengerät zur Installation in einem Schaltschrank,
- – als Kopftransmitter zur direkten Installation in einem Thermometer Anschlusskopf oder
- – als Feldtransmitter zur direkten Verwendung in der Prozessumgebung.
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Moderne Messumformer sind konfigurierbar und unterstützen sowohl zahlreiche Typen von Widerstandssensoren als auch Thermoelemente. In den Messumformern sind Linearisierungskennlinien für jeden Sensortyp hinterlegt, um eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen. Zusätzlich kann bei modernen Messumformern die Messgenauigkeit durch ein spezifisches ”Sensor-Messumformer-Matching” noch weiter erhöht werden. Dabei wird die gesamte Messkette, bestehend aus Messumformer und einem individuellen Sensor, abgeglichen. Das standardisierte Ausgangssignal in der Prozessmesstechnik ist zum Einen das 4...20 mA Signal, aber auch die international genormten Feldbusse, wie HART®, PROFIBUS® und FOUNDATIONTM Fieldbus. Dabei dient das HART®-Protokoll hauptsächlich zur komfortableren Bedienung in Kombination mit dem analogen 4...20 mA Messwert. PROFIBUS und FOUNDATIONTM Fieldbus dagegen übertragen den eigentlichen Messwert digital und bieten deshalb eine kosteneinsparende Vereinfachung der Verkabelung. Die Gehäuseformen sind dabei nach DIN, z. B. in der DIN 43729 für Kopftransmitter, festgelegt.
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Ein Kopftransmitter umfasst Anschlussklemmen bzw. Anschlussklemmblöcke für Eingangs- und Ausgangssignale, Spannungsversorgungsleitungen und/oder kombinierte Stromversorgungs- und Signalausgänge mit digitaler Modulation sowie eine Messumformerelektronik mit oder ohne Anzeige, oder Anzeige-Module, die beispielsweise unmittelbar auf einen Kopftransmitter aufgesetzt werden können. Gewöhnlich werden Elektronikmodule, die z. B. eine runde oder ovale zylindrische Kontur aufweisen und die Messsignal- und/oder Datenverarbeitung übernehmen, in ein Armaturenkopfgehäuse eingesetzt.
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Dem Stand der Technik entsprechend werden für die Befestigung bzw. Montage derartiger Elektronikmodule übliche Befestigungselemente wie Schrauben, verschraubte Klemmteile, Bügel und Federbügel eingesetzt. Nachteilig bei diesen Befestigungsarten ist der im Falle der Verwendung von Schrauben und verschraubten Klemmteile verhältnismäßig hohe Aufwand, der den Einsatz von Werkzeuge voraussetzt, die an den Einsatzorten beispielsweise in unmittelbarer Nähe von Öfen und Reaktoren nicht problemlos zu handhaben sind. Die Befestigung mit Bügeln und Federbügeln kann nicht in einfacher Weise flexibel erweitert werden, um beispielsweise ein zweites Elektronikmodul oder eine zusätzliche Anzeigeeinheit in einem Armaturenkopf aufzunehmen.
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Die vorliegende Erfindung setzt sich daher die Aufgabe, einen Messumformer für Feldgeräte bereit zu stellen, welche die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik überwindet und die Montage ohne Werkzeugeinsatz gestattet.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Messumformer mit wenigstens einem Aufnahmeteil zur Aufnahme von Elektronikmodulen gelöst, wobei das Aufnahmeteil eine Oberseite und eine Unterseite aufweist, wobei die Oberseite des Aufnahmeteils dazu dient, ein oberes Elektronikmodul aufzunehmen, und wobei die Unterseite des Aufnahmeteils dazu dient, ein unteres Elektronikmodul aufzunehmen, und wobei das Aufnahmeteil sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite Befestigungselemente in Form von Rastmitteln aufweist, wobei die Rastmittel an der Oberseite bzw. an der Unterseite des Aufnahmeteils jeweils mit korrespondierenden Rastmittelaufnahmen des oberen bzw. des unteren Elektronikmoduls in Eingriff gelangen.
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Die Rastmittel können also zur Befestigung der Elektronikmodule an dem Aufnahmeteil dienen. Das Aufnahmeteil ermöglicht die Herstellung eines kompakten Messumformers, insbesondere eines kompakten Kopftransmitters. Der Messumformer kann, wie erwähnt, zur Verarbeitung mindestens eines Messsignals und zur Ausgabe mindestens eines von dem Messsignal abhängigen digitalen oder analogen Signals dienen. Dabei können derartige Messumformer mit bidirektionalen PC-kompatiblen oder standardisierten Bus-Schnittstellen ausgestattet sein, die eine externe Gerätekonfiguration und Messbereichseinstellung gestatten. Als typische Messgrößen werden von derartigen kompakten Messumformern die Parameter Temperatur, Druck, pH, Leitfähigkeit, Füllstand und/oder Durchfluss einzeln, mehrkanalig oder in Multiparameter-Konfigurationen mehrkanalig erfasst.
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Generell kann ein Elektronikmodul bspw. aus einem Trägerkörper, wie bspw. einer Platine, bestehen, in oder an welchen Trägerkörper elektrische und/oder elektronische Bauteile angebracht und elektrisch miteinander verbunden sind. Das obere und das untere Elektronikmodul können, insbesondere zur Montage des Messumformers, in ein den Messumformer umgebungsseitig abschließendes Gehäuse eingesetzt werden. Bei dem Elektronikmodul kann es sich insbesondere auch um ein, insbesondere aus einem Kunststoff bestehendes, Formteil handeln, an dem die elektrischen und/oder elektronischen Bauteile angebracht sind. Die Elektronikmodule können auch an die Form des Gehäuses angepasst sein, so dass der zur Verfügung stehende Innenraum des Gehäuses optimal ausgenutzt wird.
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In einer Ausgestaltung kann es sich bei den Rastmitteln an der Oberseite und an der Unterseite des Aufnahmeteils um Rastnasen handeln.
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In einer Ausgestaltung weisen das obere und das untere Elektronikmodul mindestens einen elektrischen Anschlussblock auf, und das Aufnahmeteil weist wenigstens eine Öffnung für eine Kabeldurchführung auf, die zum Verbinden der Anschlussblöcke dient. Das Aufnahmeteil kann auch zur elektrischen Verbindung der beiden Elektronikmodule untereinander dienen.
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Durch die Verwendung des Aufnahmeteils müssen die Elektronikmodule nun nicht mehr direkt miteinander verbunden werden. Die Elektronikmodule können daher unabhängig von ihrer äußeren Form, insbesondere ihrer Kontur, miteinander kombiniert werden. Das Aufnahmeteil kann dabei als Adapter dienen, der die Form des unteren bzw. oberen Elektronikmoduls so übersetzt, dass das obere bzw. untere Elektronikmodul daran befestigt werden kann.
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Bei dem oberen und unteren Elektronikmodul kann es sich insbesondere um zueinander redundante Elektronikmodule handeln, die über dieselben Funktionalitäten verfügen. Andererseits können auch unterschiedliche Elektronikmodule verwendet werden, die einander ergänzende Funktionalitäten aufweisen. So kann das untere Elektronikmodul bspw. eine Basiseinheit zur Messsignalverarbeitung sein, und die obere Einheit zur optionalen Weiterverarbeitung und/oder Darstellung der von dem unteren Elektronikmodul bereitgestellten Daten dienen.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das untere Elektronikmodul mechanisch mit einem Gehäusebasiskörper verbunden, welcher Gehäusebasiskörper mit einem Messaufnehmer, d. h. Sensor, verbunden ist, so dass ein von dem Messaufnehmer aufgenommenes Messsignal an das untere Elektronikmodul übertragbar ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die Rastnasen an der Unterseite des Aufnahmeteils versetzt zu den Rastnasen auf der Oberseite des Aufnahmeteils angeordnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist das Aufnahmeteil neben den Rastmitteln, Führungs- und Stützteile auf, die zum Ausrichten und Positionieren des oberen und unteren Elektronikmoduls dienen.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die Rastnasen an der Unterseite gegenüber den Rastnasen an der Oberseite des Aufnahmeteils im Wesentlichen um. 90° bezogen auf eine gemeinsame Drehachse versetzt angeordnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die elektrischen Anschlussblöcke ausgehend von ihrer Anordnung am unteren Elektronikmodul gegenüber den elektrischen Anschlussblöcken am oberen Elektronikmodul um einen Winkel versetzt, der im Wesentlichen 90° bezogen auf die gemeinsame Drehachse beträgt.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist das Aufnahmeteil Distanzhalter und entsprechende Passsitze auf, die in außen an den Elektronikmoduln liegenden Aussparungen eingreifen.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist das Aufnahmeteil eine im Wesentlichen zylindrische Form auf und besitzt Distanzhalter sowie Distanzhalter mit Passsitz, wodurch ein Drehwinkel um eine gemeinsame Drehachse festlegt ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist das Aufnahmeteil, insbesondere rechteckige, Führungs- und Stützteile auf, die in der Folge bei der Montage eine verwindungsfreie laterale Führung mittels einer Passungen am oberen und unteren Elektronikmodul gewährleisten und zur stabilen Fixierung in einer vorgesehenen Montageposition dienen.
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In einer weiteren Ausgestaltung besteht das Aufnahmeteil im Wesentlichen aus einem insbesondere thermoplastischen Kunststoffformteil.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist ein weiteres Aufnahmeteil mit einer Oberseite und einer Unterseite auf das zweite Elektronikmodul aufsetzbar, und ermöglicht damit die Aufnahme eines zusätzlichen dritten Elektronikmoduls.
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In einer weiteren Ausgestaltung besteht mindestens eines der Elektronikmodule, insbesondere das obere Elektronikmodul, im Wesentlichen aus einer Anzeigeeinheit mit einem Anzeigelement zur Darstellung von Messwerten und/oder prozessrelevanten Informationen, wobei mindestens eines der Elektronikmodule, insbesondere das untere Elektronikmodul, im Wesentlichen aus einer Betriebselektronik besteht die zur Verarbeitung eines Messsignals und/oder von prozessrelevanten Daten dient.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1: eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Messumformers in Form eines Kopftransmitters,
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2: eine Explosionsdarstellung des Messumformers,
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3: einen Längsschnitt durch den in 1 gezeigten Messumformer,
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4: eine perspektivische Ansicht des Aufnahmeteils.
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Der in 1 gezeigte Messumformer 12 in Form eines Kopftransmitters umfasst ein doppelseitig bestückbares, doppelseitig mit Befestigungselementen ausgestattetes Aufnahmeteil 1, sowie eine oberes und eine unteres Elektronikmodul 2, 3 zur Montage an den Gehäusebasiskörper 15 aufnimmt. Auf den Gehäusebasiskörper 15 ist ein Gehäusedeckel, nicht gezeigt, aufsetzbar, der den Messumformer umgebungsseitig abschließt und ggf. abdichtet. Der Gehäusedeckel kann bspw. Fenster aufweisen, durch die hindurch die Display-Einheit 19 oder 20 sichtbar ist. Die Elektronikmodule 2, 3 sind jeweils mit mindestens einem elektrischen Anschlussblock 17, 18 ausgestattet, deren Verkabelung miteinander durch Öffnungen 16 im Aufnahmeteil 1 geführt wird. Die obere Seite des Aufnahmeteils 1 verfügt über Rastnasen 4, die mit den korrespondierenden Rastnasenaufnahmen am oberen Elektronikmodul 3 in Eingriff stehen. Die Rastnasen 10 auf der unteren Seite des Aufnahmeteils 1 sind versetzt dazu angeordnet und gelangen jeweils mit den Rastnasenaufnahmen des unteren Elektronikmoduls 2 in Eingriff. Zusätzlich neben den Rastmitteln 4, 10 erfolgen Ausrichtung und Positionierung mittels Führungs- und Stützteilen 6 und deren Aufnahmepassungen 7 sowie Distanzhalter und Distanzhalter mit Passsitz 8, die auf dem unteren Elektronikmodul 2 fixiert werden, der mit dem Gehäusebasiskörper 15 schließt. Die sich am Aufnahmeteil 1 befindlichen oberen Rastnasen 4 greifen an der Stelle der Rastnasenaufnahme am oberen Elektronikmodul 3 ein und sind gegenüber den unteren Rastnasen 10, die mit der Oberseite des unteren Elektronikmoduls 2 schließen, um einen Winkel versetzt, der beispielsweise ca. 90° bezogen auf die Drehachse d der zylindrischen Kontur betragen kann.
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Die elektrischen Anschlussblöcke 17 werden ausgehend von ihrer Anordnung am unteren Elektronikmodul 3 gegenüber den elektrischen Anschlussblöcken 18 am oberen Elektronikmodul 2 um beispielsweise ca. 90° hinsichtlich einer Drehachse d durch ihre zylindrische Kontur versetzt, wobei gegenseitige Behinderungen hervorgerufen durch Kabelführungen vermieden werden. Das Aufnahmeteil 1 verfügt über Distanzhalter mit Passsitz 8, die in die außen liegenden Aussparungen 13 der Außenabschnitte des oberen und unteren Elektronikmoduls 2, 3 eingreifen.
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Das Aufnahmeteil 1 besitzt eine zylindrische Form mit Distanzhalter 9 und Distanzhalter mit Passsitz 8, wobei die zylindrische Kontur mit der komplementären Kontur der Elektronikmodule 2, 3 so in Eingriff steht, dass deren Winkelausrichtung hinsichtlich der Drehachse d der zylindrischen Kontur festgelegt wird. Das Aufnahmeteil 1 verfügt ferner über rechteckige Führungs- und Stützteile 6, die in der Folge bei der Montage eine verwindungsfreie laterale Führung mittels Passungen 7 am oberen und unteren Elektronikmodul 2, 3 gewährleisten und die abschließend zur stabilen Fixierung in der vollendeten Montageposition beitragen. Das Aufnahmeteil 1 kann dafür aus einem Kunststoffformteil sein. Das Aufnahmeteil 1 kann weiterhin aus einem thermoplastischen Kunststoffspritzteil bestehen.
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Ein zweites Aufnahmeteil, nicht gezeigt, kann auf den entsprechend ausgestalteten oberen Elektronikmodul 3 aufgesetzt werden, welches Elektronikmodul 3 an der Oberseite eine ähnliche Kontur und Oberflächenausgestaltung verfügt wie die Oberseite des unteren Elektronikmodul 2 und damit die Aufnahme eines zusätzlichen dritten Elektronikmoduls, nicht gezeigt, gestattet. in einer Ausgestaltung können n-weitere Einheiten, nicht gezeigt, aus Aufnahmeteilen und Elektronikmodulen aufeinander gesetzt angefügt werden.
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In einer anderen Ausgestaltung kann anstelle eines zweites oder n-ten Elektronikmodul mindestens ein Elektronikmodul mit Anzeige oder eine zylinderförmige Anzeigeeinrichtung eingesetzt wird, die eine Displayeinheit aufweist. Für diese Ausgestaltung können wenigstens teilweise transparente Kopftransmitter-Übergehäuse vorgesehen sein.
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In 1 ist die zusammengesetzte Anordnung mit einer seitlich angebrachten Displayeinheit 20 gezeigt und in 2 der zerlegte Messaufnehmer in Explosionsdarstellung mit einer auf der Oberseite des oberen Elektronikmoduls befindlichen Displayeinheit 19. Die perspektivische Darstellung des Messumformers in 1 zeigt, wie der Distanzhalter mit Passsitz 8 in die Aussparung 13 am unteren Elektronikmodul eingreift. Ferner zeigt die perspektivische Darstellung in 1 wie das rechteckige Führungs- und Stützteil 6 von der Aufnahmepassung für das rechteckige Führungs- und Stützteil 7 aufgenommen wird. Das Schnittbild durch den Messumformer 12 in 3 zeigt, wie die unteren Rastnasen 10 in die Rastnasen-Aufnahme 5 am unteren Elektronikmodul eingreifen. Im Schnittbild durch den Messumformer 11 ist ferner zu sehen, wie der Anschlussblock 17 am unteren Elektronikmodul 2 gegenüber dem Anschlussblock 18 am oberen Elektronikmodul 3 um ca 90° versetzt ist. Das doppelseitige Aufnahmeteil 1 für die Elektronikmodule 2, 3 ist, wie ersichtlich doppelseitig mit Befestigungselementen ausgestattet, mit oberen Rastnasen 4, unteren Rastnasen 10, rechteckigem Führungs- und Stützteil 6, Distanzhalter 9 sowie Distanzhalter mit einschnappbarer Passung 8 und weist eine Öffnung 16 für die Kabeldurchführung auf. Die zerlegte Aufnahmevorrichtung 14 zeigt wie das Aufnahmeteil 1 mittels des Distanzhalters mit einschnappbarer Passung zunächst lateral auszurichten ist 8 und anschließend mittels des rechteckige Führungs- und Stützteil 6 vertikal in die Aufnahmepassung für das rechteckige Führungs- und Stützteil 7 am unteren Elektronikmodul 2 eingepasst wird. Die elektrischen Anschlüsse an den Klemmblöcken 17, 18 können von einem Fachmann bspw. nach den aus dem Stand der Technik bekannten Methoden ausgeführt werden. Hierbei können insbesondere Zweidrahtanschlüsse, Vierdrahtanschlüsse und Datenbusleitungen und ebenso wie drahtlos arbeitende Kommunikationsmodule eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aufnahmeteil
- 2
- Unteres Elektronikmodul
- 3
- Oberes Elektronikmodul
- 4
- Obere Rastnasen
- 5
- Rastnasen-Aufnahme
- 6
- Rechteckiges Führungs- und Stützteil
- 7
- Aufnahmepassung für rechteckiges Führungs- und Stützteil
- 8
- Distanzhalter mit Passsitz
- 9
- Distanzhalter
- 10
- Untere Rastnasen
- 12
- Messumformer
- 13
- Aussparung am unteren Elektronikmodul
- 15
- Gehäusebasiskörper mit Kabelverschraubung
- 16
- Öffnung für Kabeldurchführung
- 17
- Elektrischer Anschlussblock am unteren Elektronikmodul
- 18
- Elektrischer Anschlussblock am oberen Elektronikmodul
- 19
- Display-Einheit, oben
- 20
- Display-Einheit, seitlich
- d
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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