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Die Erfindung betrifft eine Steckverbindungseinheit zur Verbindung zweier Elektronikmodule.
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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 Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH-Redoxpotentialmessgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, 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.
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Ein Feldgerät ist dabei insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Durchflussmessgeräten, Füllstandsmessgeräten, Druckmessgeräten, Temperaturmessgerät, Grenzstandsmessgeräten und/oder Analysemessgeräten.
- • 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, ionenselektive Elektroden und/oder ionenselektive Feldeffekttransistoren.
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In modernen Industrieanlagen werden derartige Feldgeräte und deren Sensoren oft unter widrigen Umgebungsbedingungen betrieben, beispielsweise sind die Sensoren korrosiven Chemikalien, radioaktiver und/oder elektromagnetischer Strahlung, Hitze, Vibration und ähnlichem ausgesetzt.
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Ein Feldgerät ist nicht grundlegend als ein einzelnes Messgerät zu verstehen, sondern kann auch als Kombination aus einer übergeordneten Einheit, z.B. einem Transmitter, und einem Verbraucher, z.B. einen Sensor aufgebaut sein. Der Sensor ist über ein Kabel mit dem Transmitter verbunden und wird über das Kabel mit der benötigten Energie versorgt. Des Weiteren werden zwischen Sensor und Transmitter Daten bidirektional ausgetauscht. Zumindest ein Teil der Aufgaben des Transmitters können auch in den Sensor verlagert werden, d.h. im Sensor befindet sich eine oder mehrerer elektronische Schaltungen, wie etwa ein Mikrocontroller, ein Speicher und/oder eine Schnittstellenschaltung o. ä. Im Mikrocontroller, bzw. in einem Speicher im Sensor, können sensorspezifische Daten wie etwa Bezeichnung, Seriennummer, Fertigungsdatum, Gerätedaten, Kalibrationsdaten, Firmware Version, Herstellerinformationen, Gerätetreiberinformationen, Sensordaten, Historiendaten, Prozessdaten gespeichert sein. Auch kann die Auswertung der Messdaten des Sensors zwischen Transmitter und Sensor aufgeteilt werden oder komplett im Sensormodul des Sensors erfolgen. Des Weitern können auch die angesprochenen Aufgaben vom Kabel übernommen werden, d.h. auch im Kabel kann sich „Intelligenz“ befinden, etwa in Form eines Mikrocontrollers.
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Das von der Firma. Endress+Hauser unter dem Namen MEMOSENS angebotene Sensorsystem umfasst eine Steckverbindungseinheit aus einem Sensormodul und einem Sensormodulkopf. Der Datenaustausch der Steckverbindungseinheit zwischen Sensormodul und Sensormodulkopf und die Energieversorgung zum Sensormodul erfolgen induktiv über eine Verbindungsstrecke die zur galvanischen Entkopplung dient. Weiterhin ist im Sensormodul ein digitaler Speicher vorgesehen, in dem u. a. Kalibrierungsparameter abgespeichert sind.
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Derzeit ist es üblich, elektronische Baugruppen, insbesondere für elektrochemische Sensoren, gegen äußere elektromagnetische Einflüsse durch ein sogenanntes Schirmteil zu schützen. Dabei wird ein Stück Metall so um die betreffende Elektronik herum angeordnet, dass diese umschlossen ist. Weiterhin besteht eine galvanische Verbindung zwischen dem Schirmteil und der Elektronik. Vorzugsweise wird dies durch eine Lötverbindung realisiert. Anschließend wird die Baugruppe, bestehend aus Schirmteil und Elektronik, in ein schützendes Kunststoffgehäuse eingeführt und ggf. vergossen. Insbesondere beim Verguss der Baugruppe, als auch bei nachfolgender lebenszyklusbedingter Temperaturwechselbeaufschlagung, kann es durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von Verguss, metallischem Schirmteil und Kunststoffgehäuse zu mechanischen Spannungen und dadurch zu Rissbildungen kommen. Mechanische Spannungen können u.U. auf der Leiterkarte befestigte Bauteile beschädigen oder gar abreißen. Rissbildung (insbesondere an der Grenzfläche Schirmteil-Verguss) kann sich aus Explosionsschutzgründen nachteilig auswirken. Weiterhin wird ein zusätzliches Teil, nämlich das metallische Schirmteil benötigt, um die elektromagnetische Schirmung zu realisieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steckverbindungseinheit anzugeben, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Gegenstand der Erfindung ist eine Steckverbindungseinheit zur Verbindung zweier Elektronikmodule, umfassend
- ein erstes Elektronikmodul mit einem ersten Elektronikmodulgehäuse, in dem eine erste Elektronik angeordnet ist,
- ein zweites Elektronikmodul mit einem zweiten Elektronikmodulgehäuse, in dem eine zweite Elektronik angeordnet ist,
wobei das erste und zweite Elektronikmodul unter Bildung einer induktiven und/oder kapazitiven Schnittstelle zur Energie- und/oder Datenübertragung miteinander verbindbar sind,
- wobei eine elektromagnetische Schirmung an dem ersten und/oder zweiten Elektronikmodul angeordnet ist, und die Schirmung die erste und/oder zweite Elektronik zumindest teilweise umgibt,
- wobei das erste und/oder zweite Elektronikmodulgehäuse Kunststoff umfasst, und dass die elektromagnetische Schirmung mittels MID in dem ersten und/oder zweiten Elektronikmodulgehäuse erzeugt ist.
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Durch das MID-Fertigungsverfahren (Molded Interconnected Devices) werden an dem ersten Elektronikmodulgehäuse leitfähige Strukturen erzeugt. Dabei werden in einem Kunststoff leitfähige Partikel integriert, welche z.B. durch gezielten Hitzeeintrag mittels eines Lasers aktiviert und strukturiert werden. Dadurch können beliebige Strukturen auf einen Kunststoff aufgebracht werden.
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Bei Temperaturänderungen entfällt der Einfluss eines von dem ersten Elektronikmodulgehäuse separaten Schirmteils, welches einen stark unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten im Gegensatz zum Verguss besitzt. Dadurch wird eine Rissbildung an der Grenzfläche Kunststoff-Verguss vermieden und eine gasdichte Verbindung der Baugruppe gewährleistet, wodurch die Explosionssicherheit erhöht wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das erste Elektronikmodul als ein Kabelschaltungsmodul und das zweite Elektronikmodul als ein Sensormodul ausgestaltet.
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Gemäß einer vorteilhaften Variante bedeckt die elektromagnetische Schirmung eine Innenwand und/oder Außenwand des ersten und/oder zweiten Elektronikmoduls zumindest teilweise.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die elektromagnetische Schirmung eine mäanderförmige oder spiralförmige Struktur und/oder eine flächige Struktur auf.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektromagnetische Schirmung mit der ersten und/oder zweiten Elektronik elektrisch verbunden.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung ist die elektromagnetische Schirmung als eine Spule ausgestaltet, die zum induktiven Laden und Entladen und zur drahtlosen Kommunikation zwischen dem ersten und zweiten Elektronikmodul oder zwischen dem ersten Elektronikmodul und einer übergeordneten Einheit dient. Weiterhin können kapazitiv empfindliche Flächen in das Elektronikmodulgehäuse von innen aufgetragen werden, die als Bedienknopf verwendet werden können, um eine Komponente einzuschalten. Durch geeignete Auswerteverfahren kann so eine berührende Benutzereingabe von außen registriert werden.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figur näher erläutert werden. Es zeigt:
- 1: eine Seitenansicht eines ersten Elektronikmoduls nach dem Stand der Technik,
- 2: eine Schnittdarstellung eines ersten Elektronikmoduls 1 entsprechend 1 mit einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schirmung,
- 3: eine Schnittdarstellung eines ersten Elektronikmoduls entsprechend 1 mit einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schirmung, die eine mäanderförmige Struktur aufweist.
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1 zeigt ein erstes Elektronikmodul 1 nach dem Stand der Technik, welches als ein Kabelschaltungsmodul ausgestaltet ist. Das erste Elektronikmodul 1 ist mit einem zweiten Elektronikmodul (nicht dargestellt) zu einer Steckverbindungseinheit mittels Rastnasen lösbar verbindbar. Das erste Elektronikmodul 1 weist ein erstes Elektronikmodulgehäuse 2 aus Kunststoff auf, in dem eine erste Elektronik 3 in Form einer Leiterkarte angeordnet ist. Das erste und zweite Elektronikmodul 1 sind unter Bildung einer induktiven und/oder kapazitiven Schnittstelle (nicht dargestellt) zur Energie- und/oder Datenübertragung miteinander verbindbar.
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2 zeigt ein erstes Elektronikmodul 1 entsprechend 1 mit einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schirmung 5. Die Schirmung 5 ist mittels MID in einer Wandung des ersten Elektronikmodulgehäuses 2 erzeugt, so dass die Schirmung 5 die erste Elektronik (nicht dargestellt) umgibt. Die Schirmung 5 kann neben dem ersten Elektronikmodul 1 auch an dem zweiten Elektronikmodul angeordnet sein. Die Schirmung 5 ist mit der ersten Elektronik 3 mittels einer Kontaktierung elektrisch verbunden, damit eine Aufladung der Schirmung 5 über eine Erdung der Elektronik 3 entladen werden kann.
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3 zeigt ein erstes Elektronikmodul 1 entsprechend 1 mit einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schirmung 5, die eine mäanderförmige Struktur aufweist. Durch die mäanderförmige Struktur kann die Schirmung 5 zum induktiven Laden und Entladen und zur drahtlosen Kommunikation des ersten Elektronikmoduls 1 verwendet werden. Hierzu müsste die Schirmung 5 anstelle der Erdung mit dem Elektronikmodul 1 verbunden sein. Die Schirmung 5 fungiert an dieser Stelle als eine Antenne.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Erstes Elektronikmodul
- 2.
- Erstes Elektronikmodulgehäuse
- 3.
- Erste Elektronik
- 4.
- Elektrische Kontaktierung
- 5.
- Elektromagnetische Schirmung
