DE102016104739A1

DE102016104739A1 - Feldgerät der Mess- und Automatisierungstechnik

Info

Publication number: DE102016104739A1
Application number: DE102016104739.2A
Authority: DE
Inventors: Nikolai Fink; Frank Bonschab; Markus Beissert
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2017-09-21
Also published as: US10480969B2; US20170268914A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Feldgerät der Mess- und Automatisierungstechnik, welches für den Betrieb in explosionsgefährdeten Umgebungen zugelassen ist. Der sichere Betrieb des Feldgeräts in explosionsgefährdeten Umgebungen wird sichergestellt durch eine Steckverbinderkupplung (7) zur elektrischer Kopplung verschiedener Feldgerätekomponenten. Wesentliches Merkmal der Steckverbinderkupplung (7) ist ein Dichtelement (30) zur räumlichen und gasdichten Trennung eines Kontaktbereichs von Kontaktierungselementen (21, 22) der Steckverbinderkupplung (7) von einem in der Steckverbinderkupplung (7) verbleibenden freien Volumen (31).

Description

Die Erfindung betrifft Feldgerät der Mess- und Automatisierungstechnik, welches Feldgerät für den Betrieb in explosionsgefährdeten Umgebungen zugelassen ist.
Feldgeräte der Mess- und Automatisierungstechnik arbeiten nach verschiedenen Messprinzipien, in Abhängigkeit von der zu messenden physikalischen Größe. Häufig wird dabei eine räumliche Trennung zwischen einem Messsystem und einer Betriebselektronik durchgeführt, wobei das Messsystem und die Betriebselektronik durch eine trennbare Steckverbinderkupplung zum Herstellen eines elektrischen Kontakts verbindbar sind.
Steckverbinderkupplungen sind bereits bekannt. Beispielsweise offenbart die Schrift DE102013113635A1 eine Steckverbinderkupplung zum Herstellen eines elektrischen Kontakts zwischen einem Sensormodul und einem Kabelschaltungsmodul.
In Umgebungen mit potentiell explosiver Atmosphäre sind Steckverbinderkupplungen kritische Elemente, da ein Zusammenstecken oder Trennen von Steckverbinderkupplungen einen Funkenschlag auslösen kann. Auch während des Betriebs eines Feldgeräts kann durch eventuell auftretende Fehlfunktionen ein Funkenschlag im Bereich der Steckverbinderkupplung nicht vollständig ausgeschlossen werden. Eine Vergussmasse, welche die Steckverbinderkupplung umgibt, wie offenbart in der Schrift DE102013113258A1 , kann explosive Gase von der Steckverbinderkupplung fernhalten, so dass ein Funkenschlag keine negativen Auswirkungen hat. Jedoch bedeutet das Anwenden einer Vergussmasse einen zusätzlichen Arbeitsschritt in der Endmontage eines Feldgeräts und verhindert ein einfaches Montieren des Feldgeräts.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Feldgerät mit einer explosionsbehindernden Steckverbinderkupplung vorzuschlagen, welche die oben genannten Nachteile eines Vergusses vermeidet. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung gemäß dem Feldgerät im unabhängigen Anspruch 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird durch ein Feldgerät umgesetzt, welches Feldgerät folgende Elemente umfasst:
ein modulares Gehäuse mit mindestens einem ersten Gehäusemodul mit mindestens einer ersten Gehäusekammer und ein zweites Gehäusemodul mit mindestens einer zweiten Gehäusekammer, wobei das erste Gehäusemodul mit dem zweiten Gehäusemodul über mindestens eine explosionsbehindernde Steckverbinderkupplung verbindbar ist, wobei die Steckverbinderkupplung ein erstes Kupplungselement und ein zweites Kupplungselement aufweist;
eine Sensorik zum Erfassen eines messgrößenabhängigen Effekts;
eine Anregungseinheit zum Erzeugen eines durch die Sensorik erfassbaren messgrößenabhängigen Effekts;
eine mit der Sensorik und der Anregungseinheit elektrisch gekoppelte elektronische Betriebsschaltung;
wobei die elektronische Betriebsschaltung im ersten Gehäusemodul angeordnet ist, wobei die Sensorik sowie die Anregungseinheit zumindest teilweise im zweiten Gehäusemodul angeordnet ist;
wobei die elektrische Kopplung von jeweils der Anregungseinheit und der Sensorik mit der Betriebselektronik durch die Steckverbinderkupplung gewährleistet ist,
wobei das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement jeweils mindestens ein Kontaktierungselement zum Herstellen der elektrischen Kopplung durch Zusammenführen des mindestens einen Kontaktierungselements des ersten Kupplungselements mit dem mindestens einen Kontaktierungselement des zweiten Kupplungselements aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass das nach Zusammenführen des ersten Kupplungselements mit dem zweiten Kupplungselement verbleibende freie Volumen zwischen den Kupplungselementen zumindest teilweise durch einen Dichtelement ausgefüllt ist, wobei das Dichtelement mindestens ein Paar an elektrischer Kopplung herstellender Kontaktierungselemente vollständig gegenüber dem verbleibenden Volumen begrenzt.
In einer Ausgestaltung des Feldgeräts ist das Dichtelement ein Kunststoff, wobei der Kunststoff eine chemische Beständigkeit aufweist, welche den Anerkennungsstandard FM Approvals, Klasse 3600 Punkt 4.2 des Jahres 2011 erfüllt.
In einer Ausgestaltung des Feldgeräts weisen das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement jeweils einen ersten Satz Kontaktierungselemente mit mindestens einem Kontaktierungselement und jeweils einen zweiten Satz Kontaktierungselemente mit mindestens einem Kontaktierungselement zum Herstellen der elektrischen Kopplung auf,
wobei die Anregungseinheit über den ersten Satz Kontaktierungselemente mit der Betriebsschaltung gekoppelt ist und wobei die Sensorik über den zweiten Satz Kontaktierungselemente mit der Betriebsschaltung gekoppelt ist.
In einer Ausgestaltung des Feldgeräts begrenzt das Dichtelement mindestens ein Paar elektrischer Kopplung herstellender Kontaktierungselemente des ersten Satzes Kontaktierungselementen vollständig gegenüber dem verbleibenden Volumen.
In einer Ausgestaltung des Feldgeräts begrenzt das Dichtelement jeweils ein Paar Kontaktierungselementen vollständig gegenüber dem verbleibenden Volumen.
In einer Ausgestaltung des Feldgeräts schließt die vollständige Begrenzung des Paars an Kontaktierungselementen den Einschluss eines Luftvolumens aus.
In einer Ausgestaltung des Feldgeräts ist die Anregungseinheit ein Magnetsystem zum Erzeugen einer Messrohrvibration in einem Coriolis-Durchflussmessgerät, und die Sensorik ist ein Magnetsystem zum Erfassen einer Messrohrvibration in einem Coriolis-Durchflussmessgerät.
In einer Ausgestaltung des Feldgeräts ist die Anregungseinheit ein Magnetsystem zum Erzeugen einer in einem Medium induzierten Spannung in einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät.
In einer Ausgestaltung des Feldgeräts weist die Steckverbinderkupplung einen Mechanismus auf, welcher ein Lösen der Kupplungselemente durch Zug verhindert.
In einer Ausgestaltung des Feldgeräts ist das Dichtelement verformbar, so dass das Dichtelement bei Zusammenführen des ersten Kupplungselements mit dem zweiten Kupplungselement verformt wird.
In einer Ausgestaltung des Feldgeräts ist das Dichtelement zumindest teilweise elastisch und findet nach Lösen des ersten Kupplungselements vom zweiten Kupplungselement zumindest teilweise in seine Ausgangsform zurück.
In einer Ausgestaltung des Feldgeräts ist das Dichtelement plastisch und behält seine geometrische Ausformung nach Lösen des ersten Kupplungselements vom zweiten Kupplungselement bei.
In einer Ausgestaltung des Feldgeräts ist das Dichtelement an die Form der Steckverbinderkupplung angepasst.
Es wird also durch die vorliegende Erfindung ein Feldgerät mit einer explosionsbehindernden Steckverbinderkupplung vorgeschlagen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
1 zeigt den schematischen Aufbau eines Feldgeräts mit einem Gehäuse mit zwei Gehäusemodulen.
2 zeigt eine skizzierte Aufsicht auf ein Kupplungselement einer Steckverbinderkupplung eines erfindungsgemäßen Feldgeräts mit weiblichen Kontaktierungselementen.
3 zeigt einen Schnitt durch ein Paar an elektrischer Kopplung herstellender Kontaktierungselementen.
1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Feldgeräts mit einem Gehäuse 200 mit einem ersten Gehäusemodul 201 und einem zweiten Gehäusemodul 202, wobei das erste Gehäusemodul 201 eine elektronische Betriebsschaltung 101 aufweist, und wobei das zweite Gehäusemodul eine Sensorik 102 und eine Anregungseinheit 103 aufweist. Die elektrische Kopplung von jeweils der Sensorik 102 und der Anregungseinheit 103 mit der elektronischen Betriebsschaltung 101 ist durch eine Steckverbinderkupplung 7 gegeben. Die Steckverbinderkupplung 7 weist ein erstes Kupplungselement 1 und ein zweites Kupplungselement 2 auf.
2 zeigt eine Aufsicht auf ein Kupplungselement 1 einer Steckverbinderkupplung mit Kontaktierungselementen 21, welche beispielsweise weiblich sind, wobei die Kontaktierungselemente durch eine Rückwand 12 hindurchtreten, und einer Wandung 11 welche Wandung die Kontaktierungselemente 21 in einem Schnitt senkrecht zur Aufsicht vollständig umfasst, wobei die Kontaktierungselemente 21 einen ersten Satz Kontaktierungselemente 3 und einen zweiten Satz an Kontaktierungselemente 4 umfassen und wobei der erste Satz Kontaktierungselemente 3 von einem erfindungsgemäßen Dichtelement 30 umgeben ist. Das Dichtelement 30 begrenzt dabei den ersten Satz Kontaktierungselemente 3 vollständig gegenüber einem bei Zusammenführen des Kupplungselements 1 mit einem dazugehörigen Kupplungselement 2 mit männlichen Kontaktierungselementen (nicht gezeigt) verbleibenden freien Volumen 31 zwischen den Kupplungselementen.
Der erste Satz an Kontaktierungselementen 3 ist beispielsweise dazu eingerichtet, die Anregungseinheit 103 des Feldgeräts zum Erzeugen eines durch die Sensorik 102 des Feldgeräts erfassbaren messgrößenabhängigen Effekts mit der Betriebsschaltung 101 des Feldgeräts elektrisch zu koppeln.
Der zweite Satz an Kontaktierungselementen 4 ist beispielsweise dazu eingerichtet, die Sensorik 102 des Feldgeräts mit der Betriebselektronik elektrisch zu koppeln.
Die mit A gekennzeichnete Linie deutet den in 3 gezeigten Schnitt durch ein Paar an elektrischer Kopplung herstellender Kontaktierungselemente 21 an, wobei ein Paar Kontaktierungselemente ein weibliches Kontaktierungselement 21 und ein männliches Kontaktierungselement 22 (nicht gezeigt) umfasst.
3 zeigt einen Schnitt A durch ein Paar an elektrischer Kopplung herstellender Kontaktierungselemente mit einem weiblichen Kontaktierungselement 21 und einem männlichen Kontaktierungselement 22, wobei das weibliche Kontaktierungselement 21 durch die Rückwand 12 des ersten Kupplungselements 1 hindurchtritt und an dessen Außenseite im Bereich des verbleibenden freien Volumens 31 vollständig durch das Dichtelement 30 umfasst ist und wobei das männliche Kontaktierungselement 22 durch eine Rückwand 13 eines zweiten Kupplungselements 2 mit männlichen Kontaktierungselementen 22 hindurchtritt. Bei Einführen des männlichen Kontaktierungselements 22 in das Dichtelement 30 ist der Bereich der Kontaktaufnahme zwischen beiden Kontaktierungselementen 21 und 22 somit vollständig vom verbleibenden freien Volumen 31 getrennt. Dabei kann eine Öffnung 40 der Dichtelement 30 zum Aufnehmen des männlichen Kontaktierungselements 22 in einem Zustand getrennter Kupplungselemente einen kleineren Durchmesser aufweisen als das männliche Kontaktierungselement 22, so dass bei Zusammenführen der Kupplungselemente Lücken und Durchlässe vom freien Volumen 31 zum weiblichen Kontaktierungselement 21 vermieden werden.
Das Dichtelement 30 erfüllt dabei zwei Funktionen. Einerseits kann ein Funkenschlag bei Herstellung des Kontakts zwischen dem männlichen Kontaktierungselement 22 und dem weiblichen Kontaktierungselement 21 nicht das freie Volumen 31 entzünden. Andererseits behindert die Dichtelement 30 das Eindringen von explosiven Gasen in den Bereich des Kontakts zwischen dem männlichen Kontaktierungselements 22 und dem weiblichen Kontaktierungselement 21.
Das erfindungsgemäße Feldgerät mit der explosionsbehindernden Steckverbinderkupplung weist also eine zweifache Explosionsbehinderung auf.
Insbesondere bei dem ersten Satz an Kontaktierungselementen 3 welcher beispielsweise dazu eingerichtet ist, eine Anregungseinheit eines Feldgeräts zum Erzeugen eines durch eine Sensorik des Feldgeräts erfassbaren messgrößenabhängigen Effekts mit einer Betriebsschaltung des Feldgeräts elektrisch zu koppeln, kann ein hoher Leistungsbedarf eintreten, so dass das Risiko eines Funkenschlags erhöht ist. In diesem Fall stellt eine erfindungsgemäße trennbare Steckverbinderkupplung 7 mit Dichtelement 30 eine wesentliche Verringerung der Explosionsgefahr sicher.
Bezugszeichenliste

1: erstes Kupplungselement
2: zweites Kupplungselement
3: erster Satz an Kontaktierungselementen
4: zweiter Satz an Kontaktierungselementen
7: Steckverbinderkupplung
11: Wandung
12: Rückwand des ersten Kontaktierungselements
13: Rückwand des zweiten Kontaktierungselements
21: weibliches Kontaktierungselement
22: männliches Kontaktierungselement
30: Dichtelement
31: verbleibendes freies Volumen
40: Öffnung
101: Betriebselektronik
102: Sensorik
103: Anregungseinheit
200: Modulares Gehäuse
201: Erstes Gehäusemodul
202: Zweites Gehäusemodul
A: Schnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013113635 A1 [0003]
DE 102013113258 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Anerkennungsstandard FM Approvals, Klasse 3600 Punkt 4.2 des Jahres 2011 [0007]

Claims

Feldgerät der Mess- und Automatisierungstechnik, umfassend: ein modulares Gehäuse (200) mit mindestens einem ersten Gehäusemodul (201) mit mindestens einer ersten Gehäusekammer und ein zweites Gehäusemodul (202) mit mindestens einer zweiten Gehäusekammer, wobei das erste Gehäusemodul (201) mit dem zweiten Gehäusemodul (202) über mindestens eine Steckverbinderkupplung (7) verbindbar ist, wobei die Steckverbinderkupplung (7) ein erstes Kupplungselement (1) und ein zweites Kupplungselement (2) aufweist; eine Sensorik (102) zum Erfassen eines messgrößenabhängigen Effekts; eine Anregungseinheit (103) zum Erzeugen des durch die Sensorik (102) erfassbaren messgrößenabhängigen Effekts; eine mit der Sensorik (102) und der Anregungseinheit (103) elektrisch gekoppelte elektronische Betriebsschaltung (101); wobei die elektronische Betriebsschaltung (101) im ersten Gehäusemodul (201) angeordnet ist, wobei die Sensorik (102) sowie die Anregungseinheit (103) zumindest teilweise im zweiten Gehäusemodul (202) angeordnet ist; wobei die elektrische Kopplung von jeweils der Anregungseinheit (103) und der Sensorik (102) mit der Betriebselektronik (101) durch die Steckverbinderkupplung (7) gewährleistet ist, wobei das erste Kupplungselement (1) und das zweite Kupplungselement (2) jeweils mindestens ein Kontaktierungselement (21, 22) zum Herstellen der elektrischen Kopplung durch Zusammenführen des mindestens einen Kontaktierungselements (21, 22) des ersten Kupplungselements (1) mit dem mindestens einen Kontaktierungselement (21, 22) des zweiten Kupplungselements (2) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das nach Zusammenführen des ersten Kupplungselements (1) mit dem zweiten Kupplungselement (2) verbleibende freie Volumen (31) zwischen den Kupplungselementen (1, 2) zumindest teilweise durch einen Dichtelement (30) ausgefüllt ist, wobei das Dichtelement (30) mindestens ein Paar an elektrischer Kopplung herstellender Kontaktierungselemente vollständig gegenüber dem verbleibenden Volumen (31) begrenzt.
Messgerät nach Anspruch 1, wobei das Dichtelement (30) ein Kunststoff ist, und der Kunststoff eine chemische Beständigkeit aufweist, welche den Anerkennungsstandard FM Approvals, Klasse 3600 Punkt 4.2 des Jahres 2011 erfüllt.
Messgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Kupplungselement (1) und das zweite Kupplungselement (2) jeweils einen ersten Satz Kontaktierungselemente (3) mit mindestens einem Kontaktierungselement (21, 22) und jeweils einen zweiten Satz Kontaktierungselemente (4) mit mindestens einem Kontaktierungselement (21, 22) zum Herstellen der elektrischen Kopplung aufweisen, wobei die Anregungseinheit (103) über den ersten Satz Kontaktierungselemente (3) mit der Betriebsschaltung (101) gekoppelt ist und wobei die Sensorik (102) über den zweiten Satz Kontaktierungselemente (4) mit der Betriebsschaltung (101) gekoppelt ist.
Messgerät nach Anspruch 3, wobei das Dichtelement (30) mindestens ein Paar an elektrischer Kopplung herstellender Kontaktierungselemente des ersten Satzes an Kontaktierungselementen (3) vollständig gegenüber dem verbleibenden Volumen (31) begrenzt.
Messgerät nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Dichtelement (30) jeweils ein Paar an Kontaktierungselementen gegenüber dem verbleibenden Volumen (30) begrenzt.
Messgerät nach Anspruch 5, wobei die vollständige Begrenzung des Paars an Kontaktierungselementen den Einschluss eines Luftvolumens ausschließt.
Messgerät nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anregungseinheit (103) ein Magnetsystem zum Erzeugen einer Messrohrvibration in einem Coriolis-Durchflussmessgerät ist, und wobei die Sensorik (102) ein Magnetsystem zum Erfassen einer Messrohrvibration in einem Coriolis-Durchflussmessgerät ist.
Messgerät nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Anregungseinheit (103) ein Magnetsystem zum Erzeugen einer in einem Medium induzierten Spannung in einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät ist.
Messgerät nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, wobei die Steckverbinderkupplung (7) einen Mechanismus aufweist, welcher ein Lösen der Kupplungselemente durch Zug verhindert.
Messgerät nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, wobei das Dichtelement (30) verformbar ist, so dass das Dichtelement (30) bei Zusammenführen des ersten Kupplungselements (1) mit dem zweiten Kupplungselement (2) verformt wird.
Messgerät nach Anspruch 10, wobei das Dichtelement (30) zumindest teilweise elastisch ist und nach Lösen des ersten Kupplungselements (1) vom zweiten Kupplungselement (2) zumindest teilweise in seine Ausgangsform zurückfindet.
Messgerät nach Anspruch 10, wobei das Dichtelement (30) plastisch ist und seine geometrische Ausformung nach Lösen des ersten Kupplungselements (1) vom zweiten Kupplungselement (2) beibehält.
Messgerät nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, wobei das Dichtelement (30) an die Form der Steckverbinderkupplung (7) angepasst ist.