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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Erdungsblech, eine Erdungsanordnung und einen Transmitter.
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Üblicherweise werden Transmittergehäuse aus Metall verwendet. Hierbei kann eine Erdung der im Gehäuse befindlichen Elektronik über die Gehäusewandung erfolgen.
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Es sind auch Transmittergehäuse aus Kunststoff bekannt. Her werden unterschiedliche Möglichkeiten der Erdung der Elektronik angeboten.
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Ausgehend davon ist es nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine möglichst einfache montierbare elektrisch-leitfähige Verbindung von Elektronikbauteilen in Kunststoffgehäusen mit dem Erdpotential – insbesondere bis hin zur Kabelanschlussstelle am Elektronikbauteil – zu erreichen.
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Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Erdungsblech mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Erdungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und einen Transmitter mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
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Ein erfindungsgemäßes Erdungsblech zur elektrischen Erdung eines oder mehrerer in einem Kunststoffgehäuse angeordneter Elektronikbauteile, insbesondere eines Transmittergehäuses eines Feldgerätes, weist einen um eine Achse gebogenen Teilbereich auf, wobei das Erdungsblech bei Verringerung des radialen Abstandes des Teilbereichs zur Achse Rückstellkräfte in radialer Richtung von der Achse weg ausbildet.
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So kann das Erdungsblech beispielsweise verformt, insbesondere zusammengepresst, werden, in eine Öffnung im Kunststoffgehäuse eingeführt werden und nach dem Entspannen mittels Presssitz in der Öffnung des Kunststoffgehäuses gehalten sein, wobei das Erdungselement aufgrund der entwickelten Rückstellkräfte gegen die Wandung der Öffnung drückt. Derartige Federelemente sind zwar grundsätzlich bekannt, wurden allerdings im Elektronikbereich bislang nie zur Erdung von Elektronikbauteilen, also als Erdungsblech, eingesetzt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Es ist von Vorteil, wenn der Teilbereich im Wesentlichen parallel zur Achse verläuft. So wirken die Rückstellkräfte im Wesentlichen senkrecht zur Achse und gegen parallel zur Achse verlaufende Wandungen von Öffnungen.
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Es ist von Vorteil, wenn das Erdungsblech aus Federstahl besteht. Dieses Material ist einerseits elektrisch leitend und andererseits weist es geringe Materialkosten auf.
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Das Erdungsblech weist vorteilhaft einen ebenen Teilbereich auf zum Anschluss des Erdungsblechs an einen Erdungsanschluss insbesondere von im Kunststoffgehäuse angeordneten Elektronikbauteilen. Dieser ebene Teilbereich ist als Kontaktfahne ausgebildet.
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Eine erfindungsgemäße Erdungsanordnung umfasst ein Erdungsblech nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Kabelverschraubung, wobei das Erdungsblech in einer ersten Aufnahme der Kabelverschraubung angeordnet ist und wobei das Erdungsblech durch die Rückstellkräfte gegen die Aufnahme der Kabelverschraubung gepresst ist, derart, dass eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Erdungsblech und der Kabelverschraubung erfolgt.
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Dadurch gelingt die fertigungstechnische Umstellung von einem Metallelektronikgehäuse auf ein Kunststoffelektronikgehäuse auf einfache Art und Weise. Ein zusätzlicher Fertigungsschritt zur Festlegung und elektrischen Kontaktierung des Erdungsblechs an der Kabelverschraubung durch Schweißen oder Löten, was zu einer Hitzebeanspruchung des Kunststoffgehäuses und zu einer längeren Produktionsdauer führt, ist nicht notwendig.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Kontaktierung zwischen Kabelverschraubung und Erdungsblech erfolgt vorzugsweise großflächig. Daher ist es von Vorteil, wenn die Aufnahme zylinderförmig ausgebildet ist mit einer Mantelfläche und einer Grundfläche, wobei die Kontaktierungsfläche zwischen dem Erdungsblech und der Kabelverschraubung mindestens 30% der Mantelfläche, vorzugsweise mindestens 50% der Oberfläche der Aufnahme einnimmt.
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An die Kabelverschraubung kann vorteilhaft direkt ein mehradriges Kabel oder ein Erdungskabel angeschlossen werden. Daher ist es von Vorteil, wenn die Kabelverschraubung eine zweite Aufnahme zum Anschluss eines Kabels aufweist.
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Ein erfindungsgemäßer Transmitter kann insbesondere für ein Feldgerät der Prozess- und Automatisierungstechnik eingesetzt werden und weist ein Kunststoffgehäuse und eine Erdungsanordnung nach einem der Ansprüche 5–7 auf.
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Die vorliegende Erfindung soll nachfolgend im Detail anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Sie zeigen:
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1 Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen Erdungsbleches;
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2 Teilausschnitt eines Kunststoffgehäuses mit einer erfindungsgemäßen Erdungsanordnung in der Vorderansicht;
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3 Teilausschnitt des Kunststoffgehäuses mit der erfindungsgemäßen Erdungsanordnung in der Rückansicht;
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4 Teilausschnitt einzelner Teile der erfindungsgemäßen Erdungsanordnung ohne das Erdungsblech und deren Einbaulage im Kunststoffgehäuse in der Perspektivansicht;
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5 Teilausschnitt der erfindungsgemäßen Erdungsanordnung mit dem Erdungsblech und deren Einbaulage im Kunststoffgehäuse in der Perspektivansicht; und
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6 Schnittansicht des Teilausschnittes der 3 und 5.
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In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein elektronische Komponenten verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben. Ein Feldgerät ist dabei insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Durchflussmessgeräten, Füllstandsmessgeräte, Druckmessgeräte, Temperaturmessgerät, Grenzstandsmessgeräte und/oder Analysemessgeräte. Durchflussmessgeräte sind insbesondere Coriolis-, Ultraschall-, Vortex-, thermischen und/oder magnetisch induktiven Durchflussmessgeräte. Füllstandsmessgeräte sind insbesondere Mikrowellen-Füllstandsmessgeräte, Ultraschall-Füllstandsmessgeräte, zeitbereichsreflektometrische Füllstandsmessgeräte (TDR), radiometrische Füllstandsmessgeräte, kapazitive Füllstandsmessgeräte, induktive Füllstandsmessgeräte und/oder temperatursensitive Füllstandsmessgeräte. Druckmessgeräte sind insbesondere Absolut-, Relativ- oder Differenzdruckgeräte. Temperaturmessgeräte sind insbesondere Messgeräte mit Thermoelementen und temperaturabhängigen Widerständen. Grenzstandsmessgeräte sind insbesondere Ultraschall-Grenzstandsmessgeräte und/oder kapazitive Grenzstandsmessgeräte. Analysemessgeräte sind insbesondere pH-Sensoren, Leitfähigkeitssensoren, Sauerstoff- und Aktivsauerstoffsensoren, (spektro)-photometrische Sensoren, und/oder ionenselektive Elektroden.
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Das in 1 dargestellte Erdungsblech 1 ist als Federblech ausgestaltet und insbesondere aus rostfreiem Federstahl hergestellt. Das Erdungsblech 1 weist einen zweiten ebenen Teilbereich 2 auf und einen um eine Achse R gebogenen ersten Teilbereich 3. Der ebene Teilbereich 2 erstreckt sich in paralleler Richtung zur Achse R über eine Länge l1. Diese Länge geht am Übergang zu dem gebogenen Teilbereich 3 in die Länge l2 über. Die Länge l2 des gebogenen Teilbereichs 3 ist dabei vorzugsweise um zumindest 50% größer als die Länge l1. Der um die Längendifferenz l2 – l1 bildet dabei den Einsteckbereich des Erdungsblechs 1 in eine Kabelverschraubung eines Kunststoffgehäuses.
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Der ebene Teilbereich weist ein Loch 5 auf, durch welches eine Schraube zur Befestigung des Erdungsbleches 1 an einem Erdungsanschluss einer Elektronikbaugruppe innerhalb des Gehäuses geführt werden kann. Auch andere Befestigungstechniken wie beispielsweise Löten oder Schweißen sind an dieser Stelle denkbar, so dass bei diesen Techniken das Loch entfallen kann.
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Der gebogene Teilbereich 3 des Erdungsbleches 1 weist einen Vorsprung 4 auf, welcher sich in Richtung des ebenen Teilbereichs 2 erstreckt, welcher jedoch, anders als der ebene Teilbereich, gebogen ausgebildet ist und einen Biegeradius aufweist, welche gleich groß ist wie ein Biegeradius des gebogenen Teilbereichs. Der Vorsprung 4 weist zudem eine Länge auf, welche mit der Längendifferenz l2 – l1 korrespondiert.
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Das gebogene Teilsegment 3 weist bereichsweise eine hülsenförmige Grundform auf. Der gebogene Teilbereich 3 weist eine endständige Stirnfläche 6 auf. Der Vorsprung 4 weist ebenfalls eine endständige Stirnfläche 7 auf. Zwischen den beiden Stirnflächen 6 und 7 ist ein Freiraum, welcher sich im beim Spannen des Federblechs verkleinert und welcher sich beim Entspannen des Federblechs vergrößert.
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2 zeigt einen Teilausschnitt eines Kunststoffgehäuses 8 eines Transmitters eines Feldgerätes mit einer erfindungsgemäßen Erdungsanordnung. Diese Erdungsanordnung ist als eine elektrisch-leitfähige Verbindung zwischen einem in Erdungsanschluss einem oder mehreren Elektronikbauteilen 12 innerhalb des Kunststoffgehäuses und eines von außen an das Gehäuse angeschlossenen Kabels 11 zu verstehen. Dabei dient die Erdungsanordnung sowohl der Festlegung des Kabels am Gehäuse 8 als auch zur Herstellung der besagten leitfähigen Verbindung. In 2 ist das Kabel 11 als ein sogenanntes M12-Kabel ausgebildet, wie sie beispielsweise von Phoenix Contact angeboten werden.
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Das Kabel kann als Stromversorgungs- und/oder Signalkabel ausgebildet sein und kann beispielsweise über eine Ader verfügen, welche mit der Erdungsanordnung kontaktiert ist. Alternativ kann das angeschlossene Kabel selbst ein Kabel zur Herstellung eines Erdpotentials sein.
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Die erfindungsgemäße Erdungsanordnung umfasst in ihrer einfachsten Ausgestaltung eine metallische Kabelverschraubung 10 und das in 1 dargestellte Erdungsblech 1. Sofern das angeschlossene Kabel 11 geschirmt ausgebildet ist und der Schirm des Kabels mit einem Anschlussgewinde des Kabelsteckers verbunden ist, entsteht daher automatisch beim Einschrauben in die metallische Kabelverschraubung 10 eine elektrische Kontaktierung zwischen Kabelverschraubung 10 und Stecker 11.
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Die Kabelverschraubung 10 ist dabei in einem Loch 9 oder einer Ausnehmung im Gehäuse 8 festgelegt. Die Festlegung kann insbesondere eine Verschraubung sein. Allerdings sind Möglichkeiten der Festlegung denkbar, wie beispielsweise ein Verkleben, ein Nieten, ein Verschleißen mittels Bajonettverschluss und vielfältige weitere Varianten. Die Kabelverschraubung besteht aus einem leitfähigen Material. Sie bildet eine leitfähige Verbindung zwischen dem Erdungsblech 1 und dem Kabel. Bevorzugte leitfähige Materialien sind rostfreiem Edelstahl
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3 zeigt die Erdungsanordnung in der Hinteransicht mit der Positionierung des Erdungsbleches 1 innerhalb des Kunststoffgehäuses 8. Der ebene Teilbereich 2 des Erdungsblechs liegt dabei auf einem Vorsprung des zuvor erwähnten Erdungsanschlusses 13 auf, welcher ebenfalls aus einem leitfähigen Material besteht. Dadurch wird eine Kontaktierung des Erdungsbleches 1 und des Erdungsanschlusses 13 erreicht. Ein Verbindungselement, hier in Form eines Verbindungsbolzen 14 ermöglicht die Festlegung der vorgenannten miteinander kontaktierten Bauelemente aneinander.
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Die Kabelverschraubung 10 ist innerhalb des Loches 9 des Kunststoffgehäuses angeordnet. Die Kabelverschraubung 10 weist dabei abschnittsweise eine erste hohlzylindrische Aufnahme auf. Zumindest bereichsweise erstreckt sich der gebogene Teilbereich 3 des Erdungsbleches 1 innerhalb der Aufnahme. Dabei liegt der gebogene Teilbereich 3 an der Innenwandung der ersten Aufnahme der Kabelverschraubung 10 an und wird durch die Rückstellkräfte gegen diese Innenwandung gedrückt.
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4 stellt eine Teildarstellung des Kunststoffgehäuses 8 des Transmitters des Feldgerätes dar ohne ein entsprechendes Erdungsblech. Die meisten Transmittergehäuse sind aus Metall gefertigt, so dass eine Übersetzung der Erdung bzw. der elektrisch-leitfähigen Verbindung vom Erdungsanschluss 13 zur Kabelverschraubung 10 über das Gehäuse selbst erfolgen kann.
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5 zeigt, auf welche Weise das Erdungsblech der 1 eine Erdung herstellt. Das Einfügen, Kontaktieren und Befestigen des Erdungsblechs in die Kabelverschraubung erfolgt durch einfaches Zusammendrücken des Federblechs und dessen Entspannung. Der Kontakt des Federblechs mit der Innenwandung der Kabelverschraubung erfolgt dabei über eine besonders große Fläche und mehr als 50% des Innenumfangs der Innenwandung der Kabelverschraubung 10, respektive der Aufnahme der Kabelverschraubung.
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6 zeigt die Kontaktierung des Erdungsbleches 1 mit der Kabelverschraubung 10. Anhand von 6 soll die in 1–6 dargestellte bevorzugte Ausführungsvariante einer Kabelverschraubung näher erläutert werden. Sie ist zylindrisch aufgebaut mit einer symmetrischen Grundform und einer Längsachse. Die Kabelverschraubung 10 weist die besagte erste hohlzylindrische Aufnahme 24 auf. An der die Aufnahme 24 begrenzende Wandung liegt aufgrund von Rückstellkräften das Erdungsblech 1 von innen an und kontaktiert die Kabelverschraubung 10 mit der innenliegenden Elektronik. Die Aufnahme weist zudem an ihrer Außenfläche ein Gewinde 19 auf zur Festlegung der Kabelverschraubung 10 in dem Loch 9 des Kunststoffgehäuses 8. Die Kabelverschraubung weist zudem eine zweite zylinderförmige Aufnahme 16 auf, welche zur Aufnahme eines Kabels (z.B. eines Erdungskabels) gedacht ist. An die zweite Aufnahme 2 schließt sich eine Werkzeugausformung 17, beispielweise in Sechskantform, an zum Festziehen der Kabelverschraubung im Gehäuse, beispielsweise mittels eines Sechskantschlüssels. Zwischen der Kabelverschraubung 10 und dem Gehäuse 8 ist eine Dichtung, beispielsweise ein Dichtring 18 angeordnet.
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In der zweiten Aufnahme 16 der 6 ist ein Stopfen 25 angeordnet. Um einen Wassereintritt im Bereich zwischen Stopfen 25 (z.B. ein Schraubstopfen) und Kabelverschraubung 10 zu verhindern, sind zwischen den beiden Elementen eine oder mehrere Dichtungen 22, 23 angeordnet. Die Kabelverschraubung 10 weist zwischen der ersten und der zweiten Aufnahme 24 und 16 eine Kontaktanordnung mit insgesamt vier Kabeln 15 auf, welche die Kabelverschraubung mit den internen Elektronikbauteilen zu einem Signalabgriff verbindet. Selbstverständlich stellt die Kabelverschraubung der 6 nur eine bevorzugte Variante einer Kabelverschraubung dar.
