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Die Erfindung betrifft einen Gehäusedeckel für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, insbesondere für ein Gehäuse eines derartigen Feldgeräts, ein Gehäuse mit einem erfindungsgemäßen Gehäusedeckel und ein Feldgerät mit einem erfindungsgemäßen Gehäuse.
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Feldgeräte der Automatisierungstechnik sind beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH- und/oder pH-Redoxpotentialmessgeräte, oder auch Leitfähigkeitsmessgeräte, welche der Erfassung der jeweils entsprechenden Prozessgrößen, wie einem Füllstand, einem Durchfluss, dem Druck, der Temperatur, einem pH-Wert, eines Redoxpotentials, oder einer Leitfähigkeit dienen. Die jeweils zugrunde liegenden Messprinzipien sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, und werden an dieser Stelle nicht einzeln angeführt. Bei Durchflussmessgeräten handelt es sich insbesondere um Coriolis-, Ultraschall-, Vortex-, thermische und/oder magnetisch induktiven Durchflussmessgeräte. Füllstandsmessgeräte wiederum sind insbesondere Mikrowellen-Füllstandsmessgeräte, Ultraschall-Füllstandsmessgeräte, zeitbereichsreflektometrische Füllstandsmessgeräte (TDR), radiometrische Füllstandsmessgeräte, kapazitive Füllstandsmessgeräte, konduktive Füllstandsmessgeräte und/oder temperatursensitive Füllstandsmessgeräte. Bei Druckmessgeräte dagegen handelt es sich bevorzugt um sogenannte Absolut-,Relativ- oder Differenzdruckgeräte, während Temperaturmessgeräte häufig Thermoelemente oder temperaturabhängige Widerstände zur Ermittlung der Temperatur aufweisen.
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Grundsätzlich umfasst ein Feldgerät typischerweise zumindest eine zumindest teilweise und zumindest zeitweise mit dem Prozess in Berührung kommende Sensoreinheit und eine Elektronikeinheit, welche beispielsweise der Signalerfassung, -auswertung und/oder -speisung dient. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung werden im Prinzip alle Messgeräte als Feldgerät bezeichnet werden, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten, also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein elektronische Komponenten, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von Firmen der Endress + Hauser-Gruppe hergestellt und vertrieben.
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Zumindest die Elektronikeinheit eines derartigen Feldgeräts ist typischerweise in einem Gehäuse angeordnet. Für Feldgerätegehäuse gibt es, je nach Gattung des Feldgeräts, also je nach der zu bestimmenden und/oder überwachenden Prozessgröße und/oder je nach der für das Feldgerät angedachten Anwendung oder Verwendung, unterschiedlichste Ausgestaltungen. Insbesondere bedingen unterschiedliche Anwendungen unterschiedliche Anforderungen an das jeweilige Gehäuse. So müssen für Gehäuse zum Einsatz in explosionsgefährdeter Atmosphäre andere Bedingungen als beispielsweise für Anwendungen in der Chemieindustrie, Lebensmittelindustrie o.ä. berücksichtigt werden. Dabei geht es im Besonderen darum, die Bildung von Funken sicher zu vermeiden oder zumindest sicherzustellen, dass ein im Fehlerfall entstandener Funke keine Auswirkungen auf die Umgebung hat. Dabei wird grundsätzlich zwischen verschiedenen Explosionsschutzarten und Explosionszonen unterschieden. Die verschiedenen Anforderungen sind wiederum beispielsweise in der europäischen ATEX- oder der nordamerikanischen NEC- oder CEC-Richtlinie sowie den darauf basierenden EN-, IEC-, UL, CSA- oder NEC- Normen beschrieben.
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Komponenten eines Feldgeräts, welche eine Zündung auslösen können, sind beispielsweise häufig in druckfest gekapselte Gehäuse eingebaut, welche einem bei einer Explosion auftretenden Druck standhalten können. Die Ausbreitung der Explosion wird also im Prinzip durch eine geeignete Gehäusekonstruktion verhindert. Hierzu ist die Explosionsschutzart „Druckfeste Kapselung“ (Ex-d) heranzuziehen, welche konstruktive Anforderungen für die Gehäuse angibt derart, dass eine Übertragung der Explosion vom Gehäuseinneren nicht möglich ist. Details bezüglich dieser Anforderungen sind beispielsweise je nach Region den Normen EN60079-1, IEC 60079-1, UL2279 PT. 1, UL60079-1 oder auch CSA E60079-1 zu entnehmen.
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Typischerweise sind die jeweiligen Komponenten des Feldgeräts in einem einen Hohlraum bildenden Gehäusekörper angeordnet, welcher mittels eines Gehäusedeckels verschließbar ist. Zur Gewährleistung einer ausreichenden mechanischen Stabilität im Falle des Auftretens einer Explosion sind entsprechende Gehäuse vergleichsweise dickwandig ausgeführt und damit vergleichsweise teuer. Auch Anzeigeelemente zur Anzeige von Messwerten oder ähnlichem sowie Bedienelemente zur Tätigung von bestimmten Einstellungen am Feldgerät vor Ort müssen in explosionsgefährdeten Bereichen innerhalb des Gehäuses oder in einem separaten Gehäuseteil angeordnet werden. Entsprechend verfügen die Gehäusedeckel in der Regel über ein Sichtfenster, welches beispielsweise ein Ablesen eines Anzeigeelements ermöglicht. Bedienelemente können wiederum beispielsweise mit optischen Tasten versehen sein, die durch das Sichtfenster hindurch bedient werden können. Zur Gewährleistung einer hohen mechanischen Stabilität eines Gehäusedeckels mit Sichtfenster, insbesondere hinsichtlich eines Schlagtests oder einer Druckstabilität, sin hohe Anforderungen hinsichtlich der Konstruktion zu beachten. Beispielsweise werden die Sichtfenster üblicherweise im Gehäusedeckel vergossen. Weiterhin sind verschiedene Anforderungen an die Materialien und an die Dicke des Sichtfensters zu stellen.
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Aus der
DE102004052497A1 ist beispielsweise ein druckfest gekapseltes Gehäuse bekannt geworden, bei welchem ein Anzeigeelement allseitig von einem druckfesten glasklaren Verguss umgeben ist. Im Falle einer Beschädigung muss hier jedoch immer der Gehäusedeckel mit integriertem Anzeigeelement ausgetauscht werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Gehäusedeckel mit integriertem Sichtfenster bereitzustellen, für welchen auf einfache Weise eine erhöhte mechanische Stabilität erzielbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gehäusedeckel nach Anspruch 1, durch das Gehäuse nach Anspruch 14, und durch das Feldgerät gemäß Anspruch 15.
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Bezüglich des Gehäusedeckels wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst durch einen Gehäusedeckel für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, umfassend
- - einen Gehäusedeckel-Körper mit zumindest einer Öffnung
- - ein Sichtfenster, welches in die Öffnung einbringbar ist, und
- - ein Befestigungsmittel zur, insbesondere lösbaren, Befestigung des Gehäusedeckels an einem Gehäusekörper eines Gehäuses des Feldgeräts.
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Erfindungsgemäß besteht das Sichtfenster zumindest teilweise aus einem schlagbeständigen Material, insbesondere aus einem Glas, bevorzugt einem Alumosilikatglas, einer Keramik oder einem Hybrid aus einem Glas oder einer Keramik und einem Kunststoff, besteht.
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Durch die erhöhte Schlagbeständigkeit kann eine erhöhte mechanische Stabilität gewährleistet werden. Entsprechende Gehäusedeckel sind also für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen bestens geeignet. Insbesondere kann ein entsprechender Gehäusedeckel einem Schlagtest von bis zu 4J und einer anschließenden Druckbelastung von >80bar standhalten. Bei herkömmlichen Gläsern bilden sich durch die Schlagtests häufig sogenannte Mikrorisse, welche sich nachteilig auf die Druckstabilität der Gläser auswirken können.
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Alumosilikatgläser zeichnen sich beispielsweise im Vergleich zu anderen Gläsern durch eine besonders hohe Bruch- und Kratzfestigkeit aus. Insbesondere kann es sich um ein chemisch vorgespanntes Alumosilikatglas handeln, bei welchem in einem Ionenaustauschprozess in einer erhitzten Kaliumsalzschmelze (bei ca. 400°C) in den oberflächennahen Glasschichten Natrium- durch Kalium-Ionen ersetzt werden. Dies führt dazu, dass entsprechende Gläser üblicherweise bis zu einer Punktlast von 40N oder mehr rissfest und mindestens zwei- bis dreimal so kratzfest wie herkömmliche Gläser sind.
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In einer Ausgestaltung ist das Sichtfenster im Gehäusedeckel-Körper vergossen. Das Sichtfenster ist dann im Prinzip in einem vorgebbaren Randbereich in den Gehäusedeckel-Körper eingefasst. Ein Vergießen des Sichtfensters in dem Gehäusedeckel ist insbesondere hinsichtlich der Anforderungen der Explosionsschutzklasse Ex-d von Vorteil.
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Es ist außerdem von Vorteil, wenn das Sichtfenster eine Dicke von mindestens 10mm aufweist.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Sichtfenster aus zumindest einem ersten Schauglas und einem zweiten Schauglas zusammengesetzt. Bevorzugt sind das erste und das zweite Schauglas übereinander angeordnet. Beispielsweise können das erste und das zweite Schauglas aus unterschiedlichen Materialien mit unterschiedlichen, insbesondere mechanischen, Eigenschaften bestehen. Für eine druckfeste Kapselung entsprechend der Explosionsschutzklasse Ex-d ist es beispielsweise erforderlich dass das Sichtfenster auch nachdem es einem Schlag ausgesetzt wurde, einer Druckbelastung standhalten kann. Durch einen mechanischen Schlag können sich insbesondere Mikrorisse zumindest in einem oberflächennahen Bereich des Schauglases bilden. Dies wirkt sich dann nachteilig auf anschließende hohe Druckbelastungen aus. Indem zwei Schaugläser verwendet werden, kann entsprechend auf die unterschiedlichen Anforderungen, welche bezüglich einer hohen Widerstandsfähigkeit hinsichtlich einer Riss- und Kratzerbildung und bezüglich einer hohen Stabilität gegenüber einer Druckbelastung zu erfüllen sind, gezielt eingegangen werden. Beispielsweise kann ein erstes dem Gehäuseinnenraum zugewandtes Schauglas über eine hohe Druckfestigkeit verfügen, während das zweite, dem Gehäuseaußenraum zugewandte, Schauglas über eine erhöhte mechanische Stabilität hinsichtlich Riss- und Kratzerbildung aufweist.
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So ist es von Vorteil, wenn ein erstes der beiden Schaugläser zumindest teilweise aus einem temperaturbeständigen Glas, insbesondere einem Borosilikatglas, besteht. Insbesondere Borosilikatglas zeichnet sich zudem durch eine hohe chemische Beständigkeit aus, welche ebenfalls von grundsätzlichem Vorteil ist, und verfügt über einen vergleichsweise geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Bei dem ersten Schauglas handelt es sich also bevorzugt um ein Schauglas zur Gewährleistung einer hohen Stabilität gegenüber einer Druckbelastung.
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Ebenso oder alternativ ist es von Vorteil, wenn ein zweites der beiden Schaugläser zumindest teilweise aus einem schlagbeständigen Material, insbesondere einem Glas, bevorzugt einem Alumosilikatglas, einer Keramik oder einem Hybrid aus einem Glas oder einer Keramik und einem Kunststoff, besteht. Das zweite Schauglas dient also wiederum zur Gewährleistung einer hohen Stabilität gegenüber einer Kratzer- und/oder Rissbildung.
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Es ist bevorzugt, wenn die beiden Schaugläser derart angeordnet sind, dass das zweite Schauglas nach außen gerichtet ist. Auf diese Weise ist das zweite Schauglas, welches einer hohen Stabilität gegenüber einer Kratzer- und/oder Rissbildung dient, dem Gehäuseaußenraum zugewandt ist, während das erste, temperaturbeständige Schauglas, welches zur Gewährleistung einer hohen Stabilität gegenüber einer Druckbelastung dient, dem Gehäuseinnenraum zugewandt.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die beiden Schaugläser unterschiedliche Dicken aufweisen, insbesondere weist das erste Schauglas eine Dicke von mindestens 10mm und das zweite Schauglas eine Dicke von kleiner gleich 5mm auf. Bevorzugt ist also die Dicke des zweiten, der Vermeidung einer Kratzer- und/oder Rissbildung dienenden, Schauglases geringer als die des ersten Schauglases.
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Es ist von Vorteil, wenn das erste und zweite Schauglas zumindest abschnittsweise miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kann eine erhöhte Stabilität des Gehäusedeckels erzielt werden.
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Bevorzugt ist die Verbindung mittels eines Bonding-Verfahrens oder mittels eines, insbesondere transparenten, Klebemittels hergestellt. Bei dem Klebemittel handelt es sich bevorzugt um zumindest eine Schicht eines dauerhaft elastischen Verbundwerkstoffes. Beispielsweise kann es sich um eine sogenannte Folienverklebung (englisch Optical Clear Adhesive, OCA) oder um eine Flüssigverklebung (englisch Liquid Optical Clear Adhesive, LOCA) handeln. Beispielhaft seien in diesem Kontext Silikon Klebemittel genannt. Das Klebemittel kann entweder abschnittsweise, z. B. in einem ringförmigen Randbereich zwischen den beiden Schaugläsern, oder auch vollständig im Bereich der beiden einander zugewandten Oberflächenbereiche der beiden Schaugläser aufgetragen werden. Vorteilhaft ist eine Viskosität des Klebemittels so gewählt, dass eine Blasenbildung zwischen den beiden Schaugläsern im Wesentlichen vermieden werden kann.
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Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die beiden Schaugläser unterschiedlich große Querschnittsflächen, insbesondere unterschiedliche Durchmesser, aufweisen.
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In dieser Hinsicht ist es von Vorteil, wenn die Mittelpunkte der Querschnittsflächen der beiden Schaugläser miteinander fluchten, wobei die Querschnittsfläche des zweiten Schauglases kleiner ist als die Querschnittsfläche des ersten Schauglases und wobei ein, insbesondere ringförmiger, Randbereich des ersten Schauglases nicht von dem zweiten Schauglas bedeckt ist. Mit diesem ringförmigen Randbereich kann beispielsweise das Sichtfenster in den Gehäusedeckel-Körper eingebracht werden.
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Die beiden Schaugläser können einerseits erst miteinander verbunden und anschließend in den Gehäusedeckel-Körper eingebracht werden. Anderseits ist es ebenfalls möglich, zuerst das erste Schauglas zuerst in den Gehäusedeckel-Körper einzubringen, beispielsweise zu vergießen, und im Anschluss das zweite Schauglas auf dem ersten Schauglas anzubringen, beispielsweise aufzukleben. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise bestehende Gehäusedeckel erfindungsgemäß nachrüsten zur Erhöhung der mechanischen Stabilität, insbesondere für einen Einsatz in explosionsgefährdeter Umgebung.
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In einer Ausgestaltung ist der Gehäusedeckel derart ausgestaltet, dass er für den Einsatz in explosionsgefährdeter Umgebung geeignet ist.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Gehäuse für ein Feldgerät mit einem erfindungsgemäßen Gehäusedeckel und durch ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, umfassend zumindest ein Sensorelement, eine Feldgerät-Elektronik, und ein erfindungsgemäßes Gehäuse.
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Es sei darauf verwiesen, dass die im Zusammenhang mit dem Gehäusedeckel beschriebenen Ausgestaltungen mutatis mutandis auch auf das erfindungsgemäße Gehäuse, und das erfindungsgemäße Feldgerät anwendbar sind und umgekehrt.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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Es zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung eines Gehäuses mit einem erfindungsgemäßen Gehäusedeckel,
- 2: eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Gehäusedeckels mit einem aus zwei Schaugläsern zusammengesetzten Sichtfenster, und
- 3 eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Gehäusedeckels mit einem aus zwei Schaugläsern zusammengesetzten Sichtfenster.
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In 1 ist ein Gehäuse 2 für ein Feldgerät 1 [nicht gezeigt] der Automatisierungstechnik gezeigt. Das Gehäuse 2 verfügt über einen Gehäusekörper 3 mit einem Hohlraum, in welchem zumindest eine Komponente des Feldgeräts 1, beispielsweise eine Elektronikeinheit [nicht gezeigt], angeordnet ist. Der Gehäuse-Körper 3 ist mit einem Gehäusedeckel 4 verschlossen, welcher über ein integriertes Sichtfenster 5 verfügt. Hinter dem Sichtfenster kann sich beispielsweise ein Anzeigeelement oder ein, insbesondere optisches, Bedienelement befinden. Der Gehäusedeckel 4 ist auf bekannte Art und Weise mit dem Gehäusekörper verbunden. Beispielsweise sind in dieser Hinsicht Schraub- oder Flanschverbindungen möglich. Das Gehäuse 2 besteht beispielsweise aus einem Metall oder Kunststoff.
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Der Gehäusedeckel 4 umfasst einen Gehäusedeckel-Körper 5 mit einer Öffnung 5a, in welche das Sichtfenster 6 eingebracht ist. Beispielsweise ist das Sichtfenster 6 im Gehäusedeckel-Körper 5 vergossen. Das Sichtfenster 6 ist dann im Prinzip in einem vorgebbaren Randbereich in den Gehäusedeckel-Körper 5 eingefasst. Das Sichtfenster besteht erfindungsgemäß zumindest teilweise aus einem schlagbeständigen Material, insbesondere aus einem Glas, bevorzugt einem Alumosilikatglas, einer Keramik oder einem Hybrid aus einem Glas oder einer Keramik und einem Kunststoff.
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Bei dem Sichtfenster 6 kann es sich einerseits um ein einziges Element handeln, wie in 1 gezeigt. Alternativ kann das Sichtfenster aber auch aus zumindest zwei Schaugläsern 7,8 zusammengesetzt sein, wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt.
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2 zeigt ein Sichtfenster 6, welches aus einem ersten Schauglas 7 und einem zweiten Schauglas 8 zusammengesetzt ist. In dieser Ausgestaltung weist das zweite Schauglas 8 eine geringere Dicke h2 auf als das erste Schauglas 7 mit der Dicke h1 . Das zweite Schauglas 8 besteht zumindest teilweise aus einem schlagbeständigen Material, insbesondere aus einem Glas, bevorzugt einem Alumosilikatglas, einer Keramik oder einem Hybrid aus einem Glas oder einer Keramik und einem Kunststoff, und das erste Schauglas aus einem temperaturbeständigen Glas, insbesondere einem Borosilikatglas. Dabei ist das erste Schauglas 7 dem Gehäuseinnenraum zugewandt, und das zweite Schauglas 8 nach außen gerichtet. Das zweite Schauglas 8 gewährleistet eine hohe Stabilität des Sichtfensters 6 gegenüber der Bildung von Kratzern und/oder Rissen, und somit eine hohe mechanische Stabilität gegenüber Schlägen. Das erste Schauglas 7 zeichnet sich wiederum durch eine hohe Druckstabilität, insbesondere gegenüber einer ggf. im Gehäuseinnenraum stattfindenden Explosion aus. Die beiden Schaugläser 7,8 sind bevorzugt miteinander verbunden, beispielsweise mittels eines Bonding-Verfahrens oder mittels eines, insbesondere transparenten, Klebemittels.
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Im in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel haben das erste 7 und das zweite Schauglas 8 im Wesentlichen identische Querschnittsflächen. Dagegen weist im in 3 gezeigten Beispiel das zweite Schauglas 8 einen geringeren Durchmesser d2 als das erste Schauglas 7 mit dem Durchmesser d1 auf Die Mittelpunkte der beiden Querschnittsflächen A1 und A2 fluchten miteinander, derart, dass ein ringförmiger Randbereich 10 des ersten Schauglases 7 nicht von dem zweiten Schauglas 8 bedeckt ist. Mit diesem ringförmigen Randbereich kann beispielsweise das Sichtfenster 6 in den Gehäusedeckel-Körper 5 eingebracht werden.
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Alternativ ist es auch möglich zuerst nur das erste Schauglas 7 in den Gehäusedeckel-Körper 5 einzubringen und das zweite Schauglas 8 anschließend auf das erste Schauglas 7 aufzubringen. Hierzu kann das zweite Schauglas 8 beispielsweise mittels eines Klebemittels 9 auf das erste Schauglas 7 aufgeklebt werden. Aber auch andere bekannte Befestigungsweisen sind denkbar und fallen unter die vorliegende Erfindung. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise bestehende Gehäusedeckel 4 erfindungsgemäß nachrüsten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Feldgerät
- 2
- Gehäuse
- 3
- Gehäusekörper
- 4
- Gehäusedeckel
- 5
- Gehäusedeckel-Körper mit Öffnung 5a
- 6
- Sichtfenster
- 7
- erstes Schauglas
- 8
- zweites Schauglas
- 9
- Klebemittel
- 10
- ringförmiger Randbereich
- h1,h2
- Dicken der Schaugläser 7, 8
- d1,d2
- Durchmesser der Schaugläser 7, 8
- A1,A2
- Querschnittsflächen der Schaugläser 7, 8
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004052497 A1 [0007]
