DE102014116236A1

DE102014116236A1 - Sensoranordnung, Sensor und Kabel zum Einsatz in der Prozessautomatisierung

Info

Publication number: DE102014116236A1
Application number: DE102014116236.6A
Authority: DE
Inventors: Sven Matthias Scheibe
Original assignee: Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2016-05-12
Also published as: CN111595369A; US9829354B2; US20160131506A1; CN105588595A

Abstract

Die Erfindung betrifft Sensoranordnung (10) zum Einsatz in der Prozessautomatisierung, umfassend: einen Sensor (1), umfassend zumindest einem Sensorelement (4) zum Erfassen einer Messgröße der Prozessautomatisierung, eine erste Schnittstelle (3) zur Übertragung eines von der Messgröße abhängigen Werts an eine zweite Schnittstelle (13), und eine erste mechanische Kupplung (2), welche die erste Schnittstelle (3) umfasst; ein Kabel (11) zur Übertragung des von der Messgröße abhängigen Werts an eine übergeordnete Einheit (22), umfassend eine, zur ersten Schnittstelle (3) komplementäre, zweite Schnittstelle (13), eine, zur ersten mechanischen Kupplung (2) komplementäre, zweite mechanische Kupplung (12), wobei die zweite Schnittstelle (13) und die zweite mechanische Kupplung (12) zumindest abschnittsweise an einem Kabelgehäuse (14) angeordnet sind, wobei der Sensor (1) mit dem Kabel (11) über die erste mechanische Kupplung (2) und der zweiten mechanischen Kupplung (12) lösbar verbindbar, insbesondere einrastbar, ist, wobei der Sensor (1) somit über das Kabel (11) mit der übergeordnete Einheit (22) verbindbar ist, wobei die erste und zweite Schnittstelle (3, 13) zur bidirektionalen Kommunikation zwischen Sensor (1) und übergeordneter Einheit (22) ausgestaltet sind, wobei die erste und zweite Schnittstelle (3, 13) neben der Kommunikation auch die Energieversorgung des Sensors (1) gewährleisten. Die Sensoranordnung (10) ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite mechanische Kupplung (2, 12) in einem Winkel (α) von kleiner 180° zur Längsachse (C) des Kabelgehäuses (14) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiter ein Kabel und einen Sensor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum Einsatz in der Prozessautomatisierung. Die Erfindung betrifft weiter ein Kabel und einen Sensor.
Sensoren der Prozessautomatisierung werden mittels einer mechanischen Kupplung, häufig mittels eines Bajonettverschlusses, an ein Kabel angeschlossen. Das Kabel wiederum ist mit einer übergeordnete Einheit, etwa einem Messumformer oder einer Leitstelle verbunden. An Sensor und Kabel befindet sich jeweils eine Schnittstelle, etwa induktiv oder optisch ausgestaltet, über die der Sensor mit Energie versorgt wird und eine Kommunikation von Sensor zu Kabel bzw. zur übergeordneten Einheit gewährleistet wird. Dies ist etwa in der EP 1 625 643 beschrieben.
Hier soll insbesondere auf die Produkte „Memosens“ der Anmelderin verwiesen werden. Weitere gattungsgemäße Ausführungen sind etwa „Memosens“ der Firma Knick, „ISM“ von Mettler-Toledo, das „ARC“-System von Hamilton und der „SMARTSENS“ von Krohne.
Die derzeitig verwendeten Sensoren und Kabel werden dabei axial zusammengesteckt und entsprechend verriegelt. Das Kabel- und das Sensorgehäuse befinden sich im gesteckten Zustand in axialer Anordnung zueinander. Weiterhin befindet sich das sensorseitige Sensorelement, z.B. ein Element zur Bestimmung eines pH-Werts, als auch das kabelseitige Verbindungsstück zur übergeordneten Einheit ebenfalls in axialer Richtung zu den jeweiligen Schnittstellen. Daraus ergibt sich eine starre Anordnung, die je nach Sensorlänge circa 25 bis 85 cm Länge in axialer Richtung aufweist. Das Kabel ist weitestgehend flexibel und kann bis zu 100 m lang sein.
Aufgrund der starren und axialen Anordnung von Kabel und Sensor kommt es unter bestimmten Einsatzbedingungen, z. B. im Labor im Becherglas, zu problematischen Messaufbauten. So kann es passieren, dass das Eigengewicht der Sensor-Kabel-Anordnung ein Becherglas umkippen lässt. Es müssen also Vorkehrungen getroffen werden, damit dieser mögliche Zustand wirkungsvoll verhindert wird, siehe 1.
1 zeigt einen Sensor 1.StdT mit einem Kabel 11.StdT. Der Sensor 1.StdT befindet sich in einem Becherglas mit dem zu messenden Medium 20. Am Sensor 1.StdT bzw. am Kabel 11.StdT befinden jeweils die mechanischen Kupplungen 2.StdT bzw. 12.StdT sowie die Schnittstellen 3 bzw. 13. Das Kabel 11.StdT wird mittels einer Halterung 21 so gehalten, dass der Sensor 1.StdT nicht umkippen kann. Eine zusätzliche Halterung 21 ist umständlich und aufwändig. Weiter wird das Abkoppeln des Sensors 1.StdT vom Kabel 11.StdT erschwert bzw. je nach Anordnung der Halterung sind die Kopplungen 2.StdT und 12.StdT schwer oder gar nicht zugänglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere soll eine Sensor-Kabel-Kombination vorgeschlagen werden, die flexibel in der Handhabung ist und in vielen Anwendungsbereichen verwendbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoranordnung, ein Kabel und einen Sensor.
Wie erwähnt wird die Aufgabe gelöst durch eine Sensoranordnung. Die Sensoranordnung umfasst: einen Sensor, umfassend zumindest einem Sensorelement zum Erfassen einer Messgröße der Prozessautomatisierung, eine erste Schnittstelle zur Übertragung eines von der Messgröße abhängigen Werts an eine zweite Schnittstelle, und eine erste mechanische Kupplung, welche die Schnittstelle umfasst; ein Kabel zur Übertragung des von der Messgröße abhängigen Werts an eine übergeordnete Einheit, umfassend eine, zur ersten Schnittstelle komplementäre, zweite Schnittstelle, eine, zur ersten mechanischen Kupplung komplementäre, zweite mechanische Kupplung, wobei die zweite Schnittstelle und die zweite mechanische Kupplung zumindest abschnittsweise an einem Kabelgehäuse angeordnet sind, wobei der Sensor mit dem Kabel über die erste mechanische Kupplung und der zweiten mechanischen Kupplung lösbar verbindbar, insbesondere einrastbar, ist, wobei der Sensor somit über das Kabel mit der übergeordnete Einheit verbindbar ist, wobei die erste und zweite Schnittstelle zur bidirektionalen Kommunikation zwischen Sensor und übergeordneter Einheit ausgestaltet sind, wobei die erste und zweite Schnittstelle neben der Kommunikation auch die Energieversorgung des Sensors gewährleistet. Die Sensoranordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite mechanische Kupplung in einem Winkel von kleiner 180° zur Längsachse des Kabelgehäuses angeordnet ist.
Somit wird die axiale Anordnung der vorhandenen Sensor-Kabel-Kombination aufgegeben. Es ergeben sich dadurch verschiedene Vorteile. Beispielsweise wird bei dem eingangs beschriebenen Aufbau mit Becherglas die Standsicherheit von Laboraufbauten erhöht, weil das Kippmoment drastisch verringert ist. Zusätzliche Aufbauten zur Erhöhung der Standhaftigkeit des Sensors werden vermieden. Insgesamt ergibt sich auch ein platzsparender Aufbau. Es ergeben sich zudem weitere Anwendungsfelder, da die entsprechenden Kopplungen besser zugänglich sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die erste mechanische Kupplung in einem Winkel von kleiner 180° zur Längsachse des Sensors angeordnet. Dadurch kann eine noch größere Flexibilität erreicht werden und es sind weitere Anordnungen von Sensor zu Kabel möglich.
Vorteilhafterweise beträgt der Winkel zwischen Längsachse des Sensors und erster mechanischer Kupplung und/oder zwischen Längsachse des Kabelgehäuses und zweiter mechanische Kupplung 90°. Alternativ beträgt dieser Winkel 45°.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Kabel ein Gelenk, wobei das Gelenk das Kabelgehäuse in einen ersten und einen zweiten Abschnitt teilt, wobei der erste Abschnitt die zweite Schnittstelle und die zweite mechanische Kupplung umfasst, wobei der zweite Abschnitt einen Kabelansatz umfasst, wobei der Kabelansatz und ein Verbindungsstück das Kabelgehäuse mit der übergeordnete Einheit verbindbar macht, und wobei das Gelenk drehbar ist. Dies erhöht die Flexibilität des Kabels weiter. Zusätzliche Beweglichkeit wird gegeben.
In einer ersten Variante handelt es sich bei dem Gelenk um ein Gelenk mit einem Freiheitsgrad, insbesondere um ein Drehgelenk, und das Gelenk ist um einen Drehwinkel von –180° bis +180° drehbar.
Bevorzugt ist das Gelenk zum Einstellen des Drehwinkels am Gelenk in Schritten ausgestaltet, und das Gelenk umfasst eine Arretiervorrichtung, insbesondere mit Rastnasen, wobei die Arretiervorrichtung den ersten Abschnitt zum zweiten Abschnitt im Drehwinkel fixiert. Das Gelenk kann somit in Stufen verstellt werden, wobei die Stufen fixiert werden können. Der Anwender kann somit seinen gewünschten Winkel fest einstellen.
Alternativ ist das Gelenk zum stufenlosen Einstellen des Drehwinkels am Gelenk ausgestaltet.
Damit auch beim stufenlosen Einstellen des Drehwinkels der Drehwinkel fixierbar ist, umfasst das Gelenk eine Bremsvorrichtung, wobei die Bremsvorrichtung zum Festhalten des eingestellten Drehwinkels ausgestaltet ist, wobei die Bremsvorrichtung einen Kraftschluss zwischen erstem Abschnitt und zweitem Abschnitt bildet.
In einer zweiten Variante handelt es sich bei dem Gelenk um ein Gelenk mit drei Freiheitsgraden, insbesondere um ein Kugelgelenk.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Schnittstellen als induktive Schnittstellen ausgestaltet.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die erste mechanische Kupplung und die zweite mechanische Kupplung als Steckverbindung ausgestaltet, und umfasst insbesondere einen Spund und eine Nut. Dies gewährt volle Flexibilität der Kabel-Sensor-Kombination, weil die Kupplung in sich um 360° drehbar ist. Es ist ein schnelles Zusammen- und Auseinanderstecken möglich, weil die Kupplungen durch die Steckverbindung, also quasi federähnliche Elemente, zusammenhalten und kein zusätzlicher Verschluss bedient werden muss. Dies ist ähnlich einem Druckknopf.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst eine der beiden Kupplungen eine Kerbe, und die andere Kupplung einen zur Kerbe komplementären Überhang, insbesondere eine Feder, und wobei zum Zusammenfügen der beiden Kupplungen der Überhang in die Kerbe einrastet. Die Kerbe bildet somit einen Hinterschnitt und der Überhang rastet darin ein. Zum Zusammenfügen des Kabels in den Sensor werden die mechanischen Kupplungen so lange ineinander geschoben bis der Überhang in die Kerbe einrastet. Zum Lösen von Sensor und Kabel kann an den entsprechenden mechanischen Kupplungen gezogen werden bis diese sich voneinander lösen.
Zur Sicherung der mechanischen Verbindung umfasst eine der Kupplungen einen Sicherungsring, wobei der Sicherungsring so ausgestaltet ist, dass dieser die mechanische Verbindung zwischen den Kupplungen, insbesondere federbelastet, arretiert, so dass ein ungewolltes Lösen der mechanischen Verbindung verhindert wird, wobei zum Lösen der mechanischen Verbindung zwischen erster und zweiter mechanischer Kupplung der Sicherungsring so ausgestaltet ist, dass durch Drehen, Schieben, Ziehen und/oder Drücken des Sicherungsrings die mechanische Verbindung zwischen den Kupplungen freigegeben wird und somit ein gewolltes Lösen erfolgt.
Alternativ zur rein mechanischen Verbindung sind die erste mechanische Kupplung und die zweite mechanische Kupplung als magnetische Verbindung ausgestaltet. Auch dies ist eine einfache Methode die beiden mechanischen Kupplungen zu verbinden. Auch hier ist einfaches zusammenstecken und lösen möglich.
In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Sensor um einen pH-Sensor, auch als ISFET, im Allgemeinen einen ionenselektiven Sensor, einen Sensor zur Messung des Redoxpotentials, von der Absorption von elektromagnetischen Wellen im Medium, beispielsweise mit Wellenlängen im UV-, IR-, und/oder sichtbaren Bereich, des Sauerstoffs, der Leitfähigkeit, der Trübung, der Konzentration von nicht-metallischen Werkstoffen oder der Temperatur.
In einer vorteilhaften Ausführungsform handelt es sich bei der übergeordneten Einheit um einen Transmitter oder eine Leitstelle, wobei der Sensor eine intelligente Einheit, insbesondere einen Mikrocontroller, umfasst, und die intelligente Einheit den von der Messgröße abhängigen Wert in ein dem Transmitter oder der Leitstelle verständliches Protokoll wandelt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die intelligente Einheit Schaltungsmittel für das Erfassen, Aufbereiten und Weiterleiten von der Messgröße abhängige Werte an die übergeordnete Einheit. Die Schaltungsmittel umfassen beispielsweise eine analoge Sensorelektronik, einen Analog-Digital-Wandler zum Wandeln der erfassten analogen Werte in digitale Werte, eine Recheneinheit und eine Kommunikationseinheit zum Aufbereiten und Weiterleiten der digitalen Messwerte an die übergeordnete Einheit, also etwa einen Transmitter oder eine Leitstelle, nach einem der übergeordneten Einheit verständlichen Protokoll, etwa einem Standard-Kommunikations-Protokoll der Prozessautomatisierungstechnik.
Bevorzugt handelt es sich bei der übergeordnete Einheit um eine Leitstelle, und das der Leitstelle verständliche Protokoll umfasst HART, wirelessHART, Modbus, Profibus Fieldbus, WLAN, ZigBee, Bluetooth oder RFID.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Kabel zur Übertragung von einer Messgröße abhängigen Werts an eine übergeordnete Einheit, umfassend: eine Schnittstelle; und eine mechanische Kupplung, wobei die Schnittstelle und die mechanische Kupplung zumindest abschnittsweise an einem Kabelgehäuse angeordnet sind, wobei ein Sensor mit dem Kabel über die mechanische Kupplung und der mechanischen Kupplung lösbar verbindbar, insbesondere einrastbar, ist, wobei der Sensor somit über das Kabel mit der übergeordnete Einheit verbindbar ist, wobei die Schnittstelle zur bidirektionalen Kommunikation zwischen Sensor und übergeordneter Einheit ausgestaltet ist, wobei die Schnittstelle neben der Kommunikation auch die Energieversorgung des Sensors gewährleistet. Das Kabel ist dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kupplung in einem Winkel von kleiner 180° zur Längsachse des Kabelgehäuses angeordnet ist.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch einen Sensor umfassend: zumindest ein Sensorelement zum Erfassen einer Messgröße der Prozessautomatisierung; und eine erste Schnittstelle zur Übertragung eines von der Messgröße abhängigen Werts an eine zweite Schnittstelle, und eine erste mechanische Kupplung, welche die Schnittstelle umfasst. Der Sensor ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste mechanische Kupplung in einem Winkel von kleiner 180° zur Längsachse des Sensors angeordnet ist.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näherer erläutert. Es zeigen
2a/b eine erfindungsgemäße Sensoranordnung in einer ersten (2a) und zweiten (2b) Ausgestaltung,
3a/b die erfindungsgemäße Sensoranordnung aus 2a in zusammengesteckter (3a) und getrennter (3b) Anordnung,
4a/b eine Detailansicht einer ersten (4a) bzw. einer zweiten (4b) mechanische Kupplung,
5a/b/c/d eine erfindungsgemäße Sensoranordnung in einer dritten Ausgestaltung mit Winkeln von 0° (5a), +45° (5b) und –45° (5c) eines Gelenks in einer ersten Ausgestaltung und einer zweiten Ausgestaltung (5d), und
6 ein Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung.
In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 10 umfasst einen Sensor 1 und ein Kabel 11.
Der Sensor 1 wiederum umfasst zumindest ein Sensorelement 4 zum Erfassen einer Messgröße der Prozessautomatisierung. Bei dem Sensor 1 handelt es sich dann etwa um einen pH-Sensor, auch als ISFET, im Allgemeinen einen ionenselektiven Sensor, einen Sensor zur Messung des Redoxpotentials, von der Absorption von elektromagnetischen Wellen im Medium, beispielsweise mit Wellenlängen im UV-, IR-, und/oder sichtbaren Bereich, des Sauerstoffs, der Leitfähigkeit, der Trübung, der Konzentration von nicht-metallischen Werkstoffen oder der Temperatur mit der jeweils entsprechenden Messgröße.
Der Sensor 1 umfasst weiter eine erste mechanische Kupplung 2, welche eine erste Schnittstelle 3 umfasst. Die erste Schnittstelle 3 ist zur Übertragung eines von der Messgröße abhängigen Werts an eine zweite Schnittstelle 13 ausgestaltet. Der Sensor 1 umfasst meist eine Datenverarbeitungseinheit, etwa ein Mikrocontroller (nicht abgebildet), welche die Werte der Messgröße verarbeitet, etwa in ein anderes Format wandelt. So kann etwa eine Mittelung, Vorverarbeitung und Digitalwandlung durch die Datenverarbeitungseinheit erfolgen.
Das Kabel 11 umfasst die zweite Schnittstelle 13, wobei die zweite Schnittstelle 13 komplementär zur ersten Schnittstelle 3 ausgestaltet ist. Das Kabel 13 umfasst weiter eine zweite mechanische Kupplung 12, die komplementär zur ersten mechanischen Kupplung 2 ausgestaltet ist. Die zweite mechanische Kupplung 12 und die zweite Schnittstelle 13 sind zumindest abschnittweise in einem Kabelgehäuse 14 angeordnet. Das Kabelgehäuse 14 hat typischerweise einen rechteckigen Querschnitt, d.h. das Kabelgehäuse hat eine Längsachse C und eine Querachse D. Selbstredend ist auch ein quadratischer Querschnitt möglich, dann ist als Längsachse C die Achse in Richtung des Kabelansatzes 19, d.h. in Richtung des Verbindungstücks zwischen Kabelgehäuse 14 und einer übergeordneten Einheit 22 (siehe unten), gemeint. Die Querachse D verläuft senkrecht zur Längsachse C. Als „Kabelansatz“ soll dabei der Bereich des Kabelgehäuses 14 gemeint sein, an dem das Verbindungstück zwischen Kabelgehäuse 14 und übergeordnete Einheit 22 angreift.
Der Sensor 1 ist mit dem Kabel 11 über die erste mechanische Kupplung 2 und der zweiten mechanische Kupplung 12 lösbar verbindbar. Die mechanischen Kupplungen 2, 12 sind somit ineinander steckbar. In einer Ausgestaltung schnappt die zweite mechanische Kupplung 12 in die erste mechanische Kupplung 2 ein. Die Funktionsweise der mechanischen Kupplungen 2, 12 ähnelt daher dem eines Druckknopfes. 3a bzw. 3b zeigen eine Sensoranordnung 10 in einer zusammengesteckten Position bzw. getrennt voneinander.
4a und 4b zeigen eine vergrößerte Ansicht der ersten und zweiten mechanische Kupplung 2, 12. Dabei umfasst die erste mechanische Kupplung 2 eine Nut 5, und die zweite mechanische Kupplung 12 einen Spund 15. „Spund“ im Sinne der Erfindung soll als vorzugsweise zylinderförmige Erhebung verstanden werden, welche in eine ebenfalls vorzugsweise zylinderförmige Vertiefung, also der Nut, greift. Andere Ausgestaltungen als die erwähnte zylinderförmige Form, etwa in Kreuzform, als Hohlzylinder, quaderförmig, quadratisch o.ä. sollen der Vollständigkeit halber erwähnt werden und sollen ebenfalls unter den Begriff „Spund“ bzw. das jeweils entsprechende Gegenstück unter den Begriff „Nut“ fallen.
Die erste mechanische Kupplung 2 ist somit insgesamt zylinderförmig ausgestaltet, wobei wie erwähnt die Nut 5 den Innendurchmesser darstellt. Am Außendurchmesser umfasst die mechanische Kupplung 2 eine umlaufende Kerbe 6. Die gegenüberliegende Seite, d.h. das Kabel 11 an der zweiten mechanische Kupplung 12, umfasst einen Überhang 16, der insbesondere als Feder ausgestaltet ist. Die Kerbe 6 bildet somit einen Hinterschnitt und der Überhang 16 rastet darin ein. Zum Zusammenfügen des Kabels 11 in den Sensor 1 werden die mechanischen Kupplungen 2, 12 so lange ineinander geschoben bis der Überhang 16 in die Kerbe 6 einrastet. Zum Lösen von Sensor 1 und Kabel 11 kann an den entsprechenden mechanischen Kupplungen 2, 12 gezogen werden bis diese sich lösen.
Die jeweiligen Verbindungselemente können selbstverständlich auch jeweils im anderen Teil (Sensor 1 bzw. Kabel 11) angeordnet sein.
Zusätzlich umfasst eine der beiden mechanischen Kupplungen 2, 12 einen Sicherungsring (nicht abgebildet), der ein ungewünschtes oder zufälliges Lösen der Sensoranordnung 10 verhindert. Der Sicherungsring ist so ausgestaltet, dass dieser eine mechanische Verbindung zwischen den Kupplungen 2, 12 arretiert, so dass ein ungewolltes Lösen der mechanischen Verbindung verhindert wird. Ein Beispiel für eine solche Arretierung ist eine federbelastete Arretierung. Zum Lösen der mechanischen Verbindung zwischen erster und zweiter mechanischer Kupplung 2, 12 ist der Sicherungsring so ausgestaltet, dass durch Drehen, Schieben, Ziehen und/oder Drücken des Sicherungsrings die mechanische Verbindung zwischen den Kupplungen 2, 12 freigegeben wird und somit ein gewolltes Lösen erfolgt.
Alternativ und nicht abgebildet sind die erste mechanische Kupplung 2 und die zweite mechanische Kupplung 12 als magnetische Verbindung ausgestaltet.
Der Sensor 1 ist über die Schnittstellen 3, 13 mit dem Kabel 11 und mit einer übergeordneten Einheit 22 verbindbar. Die übergeordnete Einheit 22 ist beispielsweise ein Transmitter oder eine Leitstelle. Die Datenverarbeitungseinheit wandelt den von der Messgröße abhängigen Wert in ein dem Transmitter oder der Leitstelle verständliches Protokoll. Beispiele hierfür sind etwa das proprietäre Memosens-Protokoll oder auch HART, wirelessHART, Modbus, Profibus Fieldbus, WLAN, ZigBee, Bluetooth oder RFID. Diese Übersetzung kann statt in der Datenverarbeitungseinheit auch in einer separaten Kommunikationseinheit erfolgen, wobei die Kommunikationseinheit auf der Seite des Sensors 1 oder des Kabels 11 angeordnet ist. Unter den erwähnten Protokollen sind auch Drahtlosprotokolle, so dass eine entsprechende Kommunikationseinheit ein Drahtlosmodul umfasst.
Die erste und zweite Schnittstelle 2, 12 sind also zur bidirektionalen Kommunikation zwischen Sensor 1 und übergeordneter Einheit 22 ausgestaltet. Neben der Kommunikation gewährleisten die erste und zweite Schnittstelle 2, 12 auch die Energieversorgung des Sensors 1.
Die Schnittstellen 2, 12 sind als induktive Schnittstellen ausgestaltet. Alternativ kann etwa eine optische Schnittstelle verwendet werden.
Im Allgemeinen ist die zweite mechanische Kupplung 12 in einem Winkel von kleiner 180° zur Längsachse C des Kabelgehäuses 14, d.h. zum Kabelansatz 19 am Kabelgehäuse 14, angeordnet.
2a zeigt eine erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10. Dabei entspricht der Winkel α zwischen Längsachse C des Kabelgehäuses 14 und zweiter mechanischer Kupplung 12 90°. Längsachse C und Querachse D bilden vier Quadranten, wobei der Winkel α im dritten Quadranten (siehe 2a) im mathematischen Sinne –90° beträgt.
2b zeigt eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10. Dabei entspricht der Winkel α zwischen Längsachse C des Kabelgehäuses 14 und zweiter mechanische Kupplung 12 45°. Längsachse C und Querachse D bilden vier Quadranten, wobei der Winkel α im dritten Quadranten (siehe 2b) im mathematischen Sinne –45° beträgt.
In einer Ausgestaltung ist die erste mechanische Kupplung 2 in einem Winkel α von kleiner 180° zur Längsachse A des Sensors 1 angeordnet. Der Sensor 1 hat üblicherweise eine Längsausdehnung, weswegen sich eine Längsachse A sowie senkrecht dazu eine Querachse B definieren lässt.
2a zeigt eine erste Variante dieser Ausgestaltung. Dabei entspricht der Winkel α zwischen Längsachse A des Sensors 1 und erster mechanischer Kupplung 2 90°. Längsachse A und Querachse B bilden vier Quadranten, wobei der Winkel α im ersten Quadranten (siehe 2a) im mathematischen Sinne –90° beträgt.
2b zeigt eine zweite Variante dieser Ausgestaltung. Dabei entspricht der Winkel α zwischen Längsachse A des Sensors 1 und erster mechanische Kupplung 2 45°. Längsachse A und Querachse B bilden vier Quadranten, wobei der Winkel α im ersten Quadranten (siehe 2b) im mathematischen Sinne –45° beträgt.
5 zeigt eine dritte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10. Hier sind zwei Punkte zu erwähnen. Zum einen ist die erste mechanische Kupplung 2 in Richtung der Längsachse A des Sensors 1 angeordnet. Die in 5 vorgestellte Variante des Kabels 11 mit Gelenk 17 (siehe unten) kann aber auch mit der Anordnung der mechanischen Kupplung 2 wie in 2a oder 2b dargestellt verwendet werden. Zum anderen zeigt 5 ein Kabel 11 umfassend ein Gelenk 17.
Das Gelenk 17 teilt das Kabelgehäuse in einen ersten und einen zweiten Abschnitt 14.1, 14.2, wobei der erste Abschnitt 14.1 die zweite Schnittstelle 13 und die zweite mechanische Kupplung 12 und der zweite Abschnitt 14.2 den Kabelansatz 19 umfasst.
Durch das Gelenk 17 kann der erste Abschnitt 14.1 um einen Winkel β gegenüber dem zweiten Abschnitt 14.2 gedreht werden.
In einer ersten Ausgestaltung des Gelenks 17 handelt es sich bei dem Gelenk um ein Gelenk mit einem Freiheitsgrad, beispielsweise um ein Drehgelenk. Eine alternative Ausführung ist ein Scharnier. Das Gelenk 17 ist somit um einen Drehwinkel β von –180° bis +180° drehbar.
In dieser ersten Ausgestaltung des Gelenks umfasst das Gelenk 17 einen Stift 18, der in entsprechende Ösen am ersten und zweiten Abschnitt 14.1, 14.2 greift. Üblicherweise umfasst eine der beiden Seiten (also entweder erster oder zweiter Abschnitt 14.1/14.2) eine Öse, während die jeweils andere zwei Ösen umfasst, die dann übereinander angeordnet sind mit der einzelnen Öse in der Mitte. Der Stift 18 ist entweder als Schraube ausgestaltet, wobei diese durch eine entsprechende Mutter (nicht abgebildet) gesichert ist, oder der Stift 18 ist durch Stoffschluss, etwa durch Nieten, schweißen etc., gesichert.
Das Gelenk 17 kann auch in jedem anderen Winkel zur Längsachse B, etwa 90° zur in 5a/b/c abgebildeten Darstellung, angeordnet sein. In 5a/b/c ist der Stift 18 senkrecht zur zweiten mechanische Kupplung 12, eine parallele Anordnung ist eine Alternative.
Der Winkel β kann stufenlos oder in Schritten eingestellt werden. Beim Einstellen des Gelenks 17 in Schritten ist am Gelenk 17 eine Arretiervorrichtung (nicht abgebildet) vorgesehen, die zum schrittweisen festen Einstellen des Winkels β am Gelenk 17 ausgestaltet ist. Die Arretiervorrichtung ist etwa als Arretiervorrichtung mit Rastnasen ausgestaltet.
Bei der stufenlosen Winkeleinstellung umfasst das Gelenk 17 eine Bremsvorrichtung (nicht abgebildet), damit der eingestellte Winkel β erhalten bleibt. Die Bremsvorrichtung bildet einen Kraftschluss zwischen erstem Abschnitt 14.1 und zweitem Abschnitt 14.2. Dies kann im einfachsten Fall durch Druck erfolgen, da bei dieser kraftschlüssigen Verbindung die beiden Teile, also erster Abschnitt 14.1 und zweiter Abschnitt 14.2 eine Normal-Kraft aufeinander ausüben. Ihre gegenseitige Verschiebung ist verhindert, solange die durch die Haftreibung bewirkte Gegenkraft (also beispielsweise das Verdrehen per Hand) nicht überschritten wird. Alternativ, aber immer noch zum Kraftschluss zählend, kann eine Schraube verwendet werden, wobei in zugeschraubtem Zustand eine Verdrehung um den Winkel β verhindert wird.
In einer zweiten Ausgestaltung in 5d ist das Gelenk 17 aus einzelnen starren, aber in Verbindung stehenden Gliedern aufgebaut.
In einer weiteren Ausgestaltung handelt es sich bei dem Gelenk 17 um ein Gelenk mit drei Freiheitsgraden, beispielsweise um ein Kugelgelenk (nicht abgebildet). Somit kann das Kabel 14 bzw. der zweite Abschnitt 14.1 in noch mehr Winkeln gegenüber dem ersten Abschnitt 14.1 verdreht werden.
6 zeigt ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoranordnung 10 in einem Becherglas mit dem zu messenden Medium 20. Dabei ist das Kabel 11 gegenüber dem Sensor 1 abgeknickt. Eine weitere zusätzliche Halterung ist nicht notwendig, da das Kippmoment des Aufbaus gegenüber dem Stand der Technik erheblich reduziert ist.
Als weitere Vorteile lässt sich zum einen die volle Flexibilität der Sensoranordnung 10 nennen, da die Kupplung 2, 12 in sich um 360° drehbar ist. Zum anderen ist ein schnelles Zusammen- und Auseinanderstecken möglich, weil die Kupplung durch federähnliche Elemente zusammengehalten wird und kein zusätzlicher Verschluss bedient werden muss.
Bezugszeichenliste

1: Sensor
1.StdT: Sensor nach dem Stand der Technik
2: Erste mechanische Kupplung
2.StdT: Erste mechanische Kupplung nach dem Stand der Technik
3: Erste Schnittstelle
3.StdT: Erste Schnittstelle nach dem Stand der Technik
4: Sensorelement
5: Nut
6: Kerbe
10: Sensoranordnung
11: Kabel
11.StdT: Kabel nach dem Stand der Technik
12: Zweite mechanische Kupplung
12.StdT: Zweite mechanische Kupplung nach dem Stand der Technik
13: Zweite Schnittstelle
13.StdT: Zweite Schnittstelle nach dem Stand der Technik
14: Kabelgehäuse
14.1: Erster Abschnitt von 14
14.2: Zweiter Abschnitt von 14
15: Spund
16: Überhang
17: Gelenk
18: Stift
19: Kabelansatz
20: Medium
21: Halterung
22: Übergeordnete Einheit
α: Winkel zwischen A und 2 bzw. C und 12
β: Winkel an 17
A: Längsachse von 1
B: Querachse von 1
C: Längsachse von 11
D: Querachse von 11

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1625643 [0002]

Claims

Sensoranordnung (10) zum Einsatz in der Prozessautomatisierung, umfassend – einen Sensor (1), umfassend zumindest einem Sensorelement (4) zum Erfassen einer Messgröße der Prozessautomatisierung, eine erste Schnittstelle (3) zur Übertragung eines von der Messgröße abhängigen Werts an eine zweite Schnittstelle (13), und eine erste mechanische Kupplung (2), welche die erste Schnittstelle (3) umfasst, – ein Kabel (11) zur Übertragung des von der Messgröße abhängigen Werts an eine übergeordnete Einheit (22), umfassend eine, zur ersten Schnittstelle (3) komplementäre, zweite Schnittstelle (13), eine, zur ersten mechanischen Kupplung (2) komplementäre, zweite mechanische Kupplung (12), wobei die zweite Schnittstelle (13) und die zweite mechanische Kupplung (12) zumindest abschnittsweise an einem Kabelgehäuse (14) angeordnet sind, wobei der Sensor (1) mit dem Kabel (11) über die erste mechanische Kupplung (2) und der zweiten mechanischen Kupplung (12) lösbar verbindbar, insbesondere einrastbar, ist, wobei der Sensor (1) somit über das Kabel (11) mit der übergeordnete Einheit (22) verbindbar ist, wobei die erste und zweite Schnittstelle (3, 13) zur bidirektionalen Kommunikation zwischen Sensor (1) und übergeordneter Einheit (22) ausgestaltet sind, wobei die erste und zweite Schnittstelle (3, 13) neben der Kommunikation auch die Energieversorgung des Sensors (1) gewährleisten, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite mechanische Kupplung (2, 12) in einem Winkel (α) von kleiner 180° zur Längsachse (C) des Kabelgehäuses (14) angeordnet ist.
Sensoranordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die erste mechanische Kupplung (2) in einem Winkel (α) von kleiner 180° zur Längsachse (A) des Sensors (1) angeordnet ist.
Sensoranordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Winkel (α) zwischen Längsachse (A) des Sensors (1) und erster mechanischer Kupplung (2) und/oder zwischen Längsachse (C) des Kabelgehäuses (14) und zweiter mechanische Kupplung (12) 90° beträgt.
Sensoranordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Winkel (α) zwischen Längsachse (A) des Sensors (1) und erster mechanischer Kupplung (2) und/oder zwischen Längsachse (C) des Kabelgehäuses (14) und zweiter mechanische Kupplung (12) 45° beträgt.
Sensoranordnung (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kabel (11) ein Gelenk (17) umfasst, wobei das Gelenk (17) das Kabelgehäuse (14) in einen ersten und einen zweiten Abschnitt (14.1, 14.2) teilt, wobei der erste Abschnitt (14.1) die zweite Schnittstelle (13) und die zweite mechanische Kupplung (12) umfasst, wobei der zweite Abschnitt (14.2) einen Kabelansatz (19) umfasst, wobei der Kabelansatz (19) und ein Verbindungsstück das Kabelgehäuse (14) mit der übergeordnete Einheit (22) verbindbar macht, wobei das Gelenk (17) drehbar ist.
Sensoranordnung (10) nach Anspruch 5, wobei es sich bei dem Gelenk (17) um ein Gelenk mit einem Freiheitsgrad, insbesondere um ein Drehgelenk, handelt, und das Gelenk (17) um einen Drehwinkel (β) von –180° bis +180° drehbar ist.
Sensoranordnung (10) nach Anspruch 6, wobei das Gelenk (17) zum Einstellen des Drehwinkels (β) am Gelenk (17) in Schritten ausgestaltet ist, und wobei das Gelenk (17) eine Arretiervorrichtung, insbesondere mit Rastnasen, umfasst, und die Arretiervorrichtung den ersten Abschnitt (14.1) zum zweiten Abschnitt (14.2) im Drehwinkel (β) fixiert.
Sensoranordnung (10) nach Anspruch 6, wobei das Gelenk (17) zum stufenlosen Einstellen des Drehwinkels (β) am Gelenk (17) ausgestaltet ist.
Sensoranordnung (10) nach Anspruch 8, wobei das Gelenk (17) eine Bremsvorrichtung umfasst, wobei die Bremsvorrichtung zum Festhalten des eingestellten Drehwinkels (β) ausgestaltet ist, wobei die Bremsvorrichtung einen Kraftschluss zwischen erstem und zweitem Abschnitt (14.1, 14.2) bildet.
Sensoranordnung (10) nach Anspruch 5, wobei es sich bei dem Gelenk (17) um ein Gelenk mit drei Freiheitsgraden, insbesondere um ein Kugelgelenk, handelt.
Sensoranordnung (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Schnittstellen (3, 13) als induktive Schnittstellen ausgestaltet sind.
Sensoranordnung (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die erste mechanische Kupplung (2) und die zweite mechanische Kupplung (12) als Steckverbindung ausgestaltet sind, und insbesondere einen Spund (15) und eine Nut (5) umfassen.
Sensoranordnung (10) nach Anspruch 12, wobei eine der beiden Kupplungen (2, 12) eine Kerbe (6) umfasst, und die andere Kupplung (12, 2) einen zur Kerbe (6) komplementären Überhang (16), insbesondere eine Feder, umfasst, und wobei zum Zusammenfügen der beiden Kupplungen (2, 12) der Überhang (16) in die Kerbe (6) einrastet.
Sensoranordnung (10) nach Anspruch 12 oder 13, wobei eine der Kupplungen (2, 12) einen Sicherungsring umfasst, wobei der Sicherungsring so ausgestaltet ist, dass dieser eine mechanische Verbindung zwischen den Kupplungen (2, 12), insbesondere federbelastet, arretiert, so dass ein ungewolltes Lösen der mechanischen Verbindung verhindert wird, wobei zum Lösen der mechanischen Verbindung zwischen erster und zweiter mechanischer Kupplung (2, 12) der Sicherungsring so ausgestaltet ist, dass durch Drehen, Schieben, Ziehen und/oder Drücken des Sicherungsrings die mechanische Verbindung zwischen den Kupplungen (2, 12) freigegeben wird und somit ein gewolltes Lösen erfolgt.
Sensoranordnung (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die erste mechanische Kupplung (2) und die zweite mechanische Kupplung (12) als magnetische Verbindung ausgestaltet sind.
Sensoranordnung (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei es sich bei dem Sensor (1) um einen pH-Sensor, auch als ISFET, im Allgemeinen einen ionenselektiven Sensor, einen Sensor zur Messung des Redoxpotentials, von der Absorption von elektromagnetischen Wellen im Medium, beispielsweise mit Wellenlängen im UV-, IR-, und/oder sichtbaren Bereich, des Sauerstoffs, der Leitfähigkeit, der Trübung, der Konzentration von nicht-metallischen Werkstoffen oder der Temperatur.
Kabel (11) zum Einsatz in der Prozessautomatisierung zur Übertragung von einer Messgröße abhängigen Werts an eine übergeordnete Einheit (22), umfassend – eine Schnittstelle (13), – eine mechanische Kupplung (12), wobei die Schnittstelle (13) und die mechanische Kupplung (12) zumindest abschnittsweise an einem Kabelgehäuse (14) angeordnet sind, wobei ein Sensor (1) mit dem Kabel (11) über die mechanische Kupplung (12) und einer am Sensor (1) befindlichen mechanischen Kupplung (2) lösbar verbindbar, insbesondere einrastbar, ist, wobei der Sensor (1) somit über das Kabel (11) mit der übergeordnete Einheit (22) verbindbar ist, wobei die Schnittstelle (13) zur bidirektionalen Kommunikation zwischen Sensor (1) und übergeordneter Einheit (22) ausgestaltet ist, wobei die Schnittstelle (13) neben der Kommunikation auch die Energieversorgung des Sensors gewährleistet, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kupplung (12) in einem Winkel (α) von kleiner 180° zur Längsachse (C) des Kabelgehäuses (14) angeordnet ist.
Sensor (1) zum Einsatz in der Prozessautomatisierung, umfassend – zumindest ein Sensorelement (4) zum Erfassen einer Messgröße der Prozessautomatisierung, – eine erste Schnittstelle (3) zur Übertragung eines von der Messgröße abhängigen Werts an eine zweite Schnittstelle (13), und eine mechanische Kupplung (2), welche die erste Schnittstelle (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kupplung (2) in einem Winkel (α) von kleiner 180° zur Längsachse (A) des Sensors (1) angeordnet ist.