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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Ein Feldgerät ist dabei insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Durchflussmessgeräten, Füllstandsmessgeräte, Druckmessgeräte, Temperaturmessgerät, Grenzstandsmessgeräte und/oder Analysemessgeräte.
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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 vibronische Grenzstandsmessgeräte, Ultraschall-Grenzstandsmessgeräte und/oder kapazitive Grenzstandsmessgeräte. Analysemessgeräte sind insbesondere pH-Sensoren, Leitfähigkeitssensoren, Sauerstoff- und Aktivsauerstoffsensoren, (spektro)-photometrische Sensoren, und/oder ionenselektive Elektroden. Als Feldgeräten werden 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.
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Das Betreiben von Feldgeräten ist immer mit der Erzeugung von elektromagnetischen Feldern verbunden, die sich in Form von elektromagnetischen Wellen ausbreiten. Die elektromagnetischen Wellen bleiben nicht zwingend innerhalb des Feldgeräts, sondern können sich auch außerhalb des Feldgeräts ausbreiten. Elektromagnetische Felder, die sich frei ausbreiten, können in andere Feldgeräte eindringen und die Funktion des anderen Feldgeräts beeinflussen.
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Die elektromagnetische Verträglichkeit umfasst alle ungewollten oder gewollten Funktionsstörungen elektrischer oder elektronischer Feldgeräte durch z. B. elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder. Darin sind Beeinflussungen durch Ströme oder Spannungen bereits eingeschlossen.
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Wesentlich zur Sicherstellung der elektromagnetisch verträglichen Funktion von Feldgeräten sind deren sachgerechter Aufbau und Gestaltung. Nachweis und Bestätigung von Störunempfindlichkeit und hinreichend geringer Störaussendung sind durch EMV-Richtlinien und EMV-Normen geregelt.
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Feldgeräte bestehen im Allgemeinen aus einem metallischen oder metallisierten Gehäuse und eine Elektronikeinheit, die im Innern des Gehäuses angeordnet ist. Üblicherweise ist die Elektronikeinheit mit einer Anzeigeeinheit verbunden, die den Zustand der Elektronikeinheit anzeigt. Zum Ablesen der Elektronikeinheit weist das Gehäuse eine Öffnung auf, die normalerweise mit einer Fensterscheibe verschlossen ist.
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Solche Fensterscheiben sind jedoch, im Gegensatz zu dem metallischen Gehäuse, für elektromagnetische Felder im Bereich weniger Kilohertz bis weniger Gigahertz durchlässig. Ausnahmen hierbei sind Bleiglas oder Antimon, das an der inneren Oberfläche der Fensterscheibe angebracht wird. Diese Materialien sind jedoch kostenintensiv und problematisch in Bezug auf Zulässigkeit der Verwendung in Feldgeräten. Ferner ist Bleiglas gesundheitsgefährdend und deshalb entsprechend den EU-Richtlinien bedenklich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige und effektive elektromagnetische Verträglichkeit der Feldgeräte zu realisieren.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Abschirmen von elektromagnetischen Störsignalen, mit einem elektrisch leifähigen Gehäuse, das eine Öffnung zum Ablesen einer in dem Gehäuse angeordneten Anzeigeeinheit aufweist, mindestens eine erste optisch transparente Platte, welche die Öffnung des Gehäuses verschließt, wobei die Platte eine erste Stirnfläche und eine zweite Stirnfläche aufweist, die annähernd planparallel sind, wobei die mindestens erste Platte jeweils eine erste Schicht an der ersten Stirnfläche und eine zweite Schicht an der zweiten Stirnfläche aufweist, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht optisch transparent und elektrisch leitfähig sind, und wobei ein erster Abstand zwischen der jeweiligen ersten Schicht und der zweiten Schichten so bemessen ist, dass die elektromagnetische Störsignale destruktiv interferieren und abgeschirmt werden.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden die elektromagnetischen Störsignale mittels destruktiver Interferenz abgeschirmt. Diese Art der Abschirmung erhöht die elektromagnetische Verträglichkeit der Feldgeräte auf eine effektive Weise und ist kostengünstig herzustellen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die mindestens erste Platte eine Dielektrizitätskonstante auf, die größer ist als 1,5. Bevorzugt ist die Dielektrizitätskonstante der Platte mindestens 3 und besonders bevorzugt mindestens 5. Je größer die Dielektrizitätskonstante der Platte, desto größer die Abschirmung der elektromagnetischen Störsignale. Folglich kann die Platte bei einer höheren Dielektrizitätskonstante dünner ausfallen.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung ist die mindestens eine der mindestens zwei Schichten geerdet. Werden elektromagnetischen Störsignale von den Schichten oder von der mindestens ersten Platte absorbiert, laden sich die Schichten elektrisch auf. Durch eine Erdung kann diese Ladung abfließen und die Schichten werden wieder neutral.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Anzeigeeinheit an einer dem Gehäuse zugewandten Innenseite der mindestens ersten Platte angeordnet. Auf diese Weise kann die Anzeigeeinheit auf die mindestens erste Platte montiert werden, bevor die mindestens erste Platte in das Gehäuse eingesetzt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Fensterscheibe vorgesehen, welche die Öffnung des Gehäuses verschließt, und die mindestens eine Platte ist an einer dem Gehäuse zugewandten Innenseite der Fensterscheibe angeordnet. Auf diese Weise ist die erste Schicht mittels der Fensterscheibe gegen Abnutzung geschützt.
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Gemäß einer vorteilhaften Variante umfasst die mindestens erste Platte Polypropylen (PP), insbesondere pigmentfreies Polypropylen (PP). Polypropylen (PP) und pigmentfreies Polypropylen (PP) weisen eine besonders hohe Dielektrizitätskonstante auf und sind besonders kostengünstig herzustellen und einzubauen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt der erste Abstand d1 annähernd d1 = 2n+1 / 4· c / f· 1 / √E, wobei n eine natürliche Zahl oder Null, c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, f die Mittenfrequenz der elektromagnetischen Störsignale und E die relative Dielektrizitätszahl des Materials der mindestens einen Platte ist. Durch die Formel wird der Abstand d1 auf ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge der elektromagnetischen Störsignale festgelegt. Die Abschirmung mittels destruktiver Interferenz ist auf diese Weise besonders effektiv.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine zweite optisch transparente Platte dermaßen angeordnet, dass die erste Schicht oder die zweite Schicht von der ersten Platte und der zweiten Platte eingeschlossen wird, und dass eine dritte optisch transparente und elektrisch leitfähige Schicht dermaßen angeordnet ist, dass die zweite Platte von der dritten Schicht und von der zweiten Schicht oder von der ersten Schicht eingeschlossen wird, und wobei ein zweiter Abstand zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht dermaßen bemessen ist, dass niederfrequente elektromagnetische Störsignale destruktiv interferieren und abgeschirmt werden, und wobei ein dritter Abstand zwischen der zweiten Schicht und der dritten Schicht dermaßen bemessen ist, dass hochfrequente elektromagnetische Störsignale destruktiv interferieren und abgeschirmt werden.
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Diese Ausgestaltung enthält mindestens zwei Platten, die jeweils von zwei Schichten eingeschlossen sind. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist, dass die beiden Platten so dimensioniert sein können, dass hochfrequente elektromagnetische Störsignale an der einen Platte und niederfrequente elektromagnetische Störsignale an der anderen Platte abgeschirmt werden.
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Für sehr niederfrequente Störsignale treten fast keine Interferenzeffekte auf. Für diesen Fall führt die Verwendung mindestens zweier dünner Schichten mit optimalem Abstand zu einer stärkeren Abschirmung als die Summe der Einzelschichten. Dieser Effekt verstärkt sich mit zunehmender Anzahl an Schichten.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1: eine schematische Seitenansicht einer ersten Anordnung mit einer dünnen leitfähigen Schicht an einer Innenseite der Fensterscheibe nach dem Stand der Technik,
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2: eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen zweiten Anordnung mit einer beidseitig beschichteten Platte, die an einer Innenseite der Fensterscheibe angeordnet ist, und
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3: eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen dritten Anordnung mit drei Schichten und zwei dazwischenliegenden Platten, die an einer Innenseite der Fensterscheibe angeordnet ist.
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1 zeigt eine erste Anordnung 12 mit einem elektrisch leifähigen Gehäuse 2 nach dem Stand der Technik. In dem Gehäuse 2 sind eine Elektronikeinheit 1 und eine Anzeigeeinheit 4 angeordnet. Ferner weist das Gehäuse 2 eine Öffnung 12 zum Ablesen der Anzeigeeinheit 4 auf. Die Öffnung 12 ist mittels einer Fensterscheibe 3 verschlossen. An einer dem Gehäuse 2 zugewandten Innenseite weist die Fensterscheibe 3 eine dünne elektrisch leitfähige Beschichtung 5 auf, die eine elektrische Verbindung 6 mit dem Gehäuse 2 aufweist. Mittels der ersten Anordnung 13 lassen sich die Anzeigeeinheit 4 ablesen und die elektromagnetischen Störsignale der Elektronikeinheit 1 abschirmen.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße zweite Anordnung 14. Anstelle einer dünnen Beschichtung 5 entsprechend 1, weist die erfindungsgemäße Anordnung 13 eine erste Platte 7 auf, die eine erste und eine zweite Seiten aufweist, die annähernd planparallel angeordnet sind. Auf der ersten Seite ist eine erste elektrisch leitfähige und optisch transparente Schicht 8 und auf der zweiten Stirnfläche ist eine zweite elektrisch leitfähige und optisch transparente Schicht 9 abgeordnet. Die erste Platte 7 ist ebenfalls an einer Innenseite der Fensterscheibe 3 angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist der erste Abstand d1 zwischen der ersten und zweiten Schicht 8, 9 dermaßen gewählt, dass elektromagnetische Störsignale destruktiv interferieren und abgeschirmt werden. Der erste Abstand d1 beträgt d1 = 2n+1 / 4· c / f· 1 / √E, wobei n eine natürliche Zahl oder Null, c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, f die Mittenfrequenz der elektromagnetischen Störsignale und E die relative Dielektrizitätszahl des Materials der mindestens einen Platte, ist. Die erste Platte 7 besteht aus pigmentfreiem Polypropylen (PP).
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3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen dritten Anordnung 15. Die dritte Anordnung 15 besteht aus einer ersten und einer zweiten Platte 7, 10 und einer ersten, zweiten und dritten Schicht 8, 9, 11, die sich in einem Stapel abwechseln und stirnseitig verbunden sind. Die dritte Schicht 11 folgt auf die zweite Platte 10, die zweite Platte 10 folgt auf die zweite Schicht 9, die zweite Schicht 9 folgt auf die erste Platte 7 und die erste Platte 7 folgt auf die erste Schicht 8. Ein zweiter Abstand d2 zwischen der ersten und zweiten Schicht 8, 9 ist so bemessen, dass niederfrequente elektromagnetische Störsignale destruktiv interferieren und abgeschirmt werden. Ein dritter Abstand d3 zwischen der zweiten Schicht 9 und der dritten Schicht 11 ist dermaßen bemessen, dass hochfrequente elektromagnetische Störsignale destruktiv interferieren und abgeschirmt werden. Somit werden hochfrequente elektromagnetische Störsignale im Inneren des Gehäuses 2 und niederfrequente elektromagnetische Signale kurz nach dem Eindringen in das Gehäuse abgeschirmt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektronikeinheit
- 2
- Gehäuse
- 3
- Fensterscheibe
- 4
- Anzeigeeinheit
- 5
- Dünne Beschichtung
- 6
- Elektrische Verbindung
- 7
- Erste Platte
- 8
- Erste Schicht
- 9
- Zweite Schicht
- 10
- Zweite Platte
- 11
- Dritte Schicht
- 12
- Öffnung des Gehäuses
- 13
- Erste Anordnung
- 14
- Zweite Anordnung
- 15
- Dritte Anordnung
- d1
- Erster Abstand
- d2
- Zweiter Abstand
- d3
- Dritter Abstand
