DE102019133185A1

DE102019133185A1 - Elektronisches Gerät

Info

Publication number: DE102019133185A1
Application number: DE102019133185.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Robl; Michael DIETERICH; Marco Bezzon
Original assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2021-06-10
Also published as: CN112923952A; CN112923952B; US20210173424A1; US11385671B2

Abstract

Die Erfindung offenbart ein elektronisches Gerät (20), umfassend ein Gehäuse (24) mit einer Gehäusewand; einen Dreh-Drück-Steller (40), umfassend ein Übertragerelement (42), das auf einer ersten Seite (20.1) der Gehäusewand angeordnet ist, einen Drehsteller (45), der um eine Drehachse, insbesondere seine Längsachse, drehbar ist, wobei der Drehsteller (45) auf der ersten Seite (20.1) der Gehäusewand angeordnet ist, wobei der Drehsteller (45) zumindest ein erstes magnetisches Element (46) umfasst, welches abseits der Drehachse angeordnet ist; und eine Auswerteeinrichtung (71), die auf einer zweiten Seite (20.2) der Gehäusewand angeordnet ist, wobei die Auswerteeinrichtung (71) so ausgestaltet ist, dass sie eine axiale Bewegung des Übertragerelements (42) und/oder eine Drehbewegung des Drehstellers (45) gegenüber der Auswerteeinrichtung (71) detektiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Gerät.
Ein solches elektronisches Gerät ist beispielsweise ein Messumformer oder allgemeiner ein Feldgerät. Solche Geräte kommen in der Prozessautomatisierung zum Einsatz.
Messumformer und ganz allgemein Feldgeräte besitzen in der Regel ein Display und Bedienelemente zur Steuerung eines auf dem Display angezeigten Menüsystems. Derartige Bedienelemente werden üblicherweise in Form von Tasten und Drehknöpfen realisiert. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Drehstellern, Drückstellern oder in der Kombination daraus von Dreh-DrückStellern.
Problematisch ist die Realisierbarkeit einer Dichtigkeit (z.B. nach Schutzklasse IP67 u.a.), da hier die mechanische Bewegung und/oder Drehung des Bedienelements auf das elektromechanische Bauteil weitergegeben und gleichzeitig ein dichter Verschluss des Gehäuses realisiert werden muss. Eine typische Lösung des Problems erfolgt in der Verwendung von geeigneten Dichtungssystemen (O-Ringe, Formdichtungen etc.).
Da Dichtungssysteme keinen 100%-igen Schutz vor Eindringen von Feuchtigkeit in das Gehäuse bieten und gute Systeme einen hohen konstruktiven Aufwand und damit hohe Kosten verursachen, werden z.T. alternative Bediensysteme realisiert, die auf eine mechanische Betätigung verzichten. Beispiele hierfür sind optische Tasten, kapazitive Sensoren oder Bedienung mittels Magnetstift. Nachteilig an derartigen Lösungen ist, dass sie üblicherweise nur den Ersatz von Drucktasten realisieren können, einen Dreh-Drück-Steller jedoch nicht.
Die genannten Technologien besitzen je nach Typ ihrerseits weitere Nachteile wie dass z.B. der Einsatz nur bei Kunststoffgehäusen oder hinter Glas möglich ist (kapazitives Prinzip der Bedienung), Transparenz erforderlich ist (optisches Prinzip der Bedienung), verlierbare Hilfsmittel erforderlich sind (Bedienung mittels Magnetstift), die Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit gegeben ist (optisches und kapazitives Prinzip der Bedienung), oder dass die Bedienung mit Handschuhen stark einschränkt ist (kapazitives Prinzip).
Eine noch größere Problematik ergibt sich im Zusammenhang mit Gehäusen, die den Anforderungen zum Explosionsschutz nach Ex-d genügen sollen. Hierbei ist ein hermetisch dichtes Gehäusekonzept erforderlich, welches keine Durchbrüche zur mechanischen Anbindung von Bedienelementen besitzen darf. Gehäuse nach Ex-d werden üblicherweise aus massivem Stahl gefertigt und so verschlossen, dass sie großen Innendrücken widerstehen können (Explosion im Inneren). Derartige Ex-d Gehäuse schränken die Interaktionsmöglichkeiten zwischen Mensch und Feldgerät ein. In der Regel können hier nur noch optische/kapazitive Tasten oder Magnetstifte verwendet werden. In einzelnen Fällen können derartige Geräte sogar nur im geöffneten Fall bedient werden (z.B. mit sog. Feuerschein in non-ex-Atmosphäre).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Bedienkonzept für ein elektronisches Gerät, beispielsweise einen Messumformer, vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein elektronisches Gerät, umfassend ein Gehäuse mit einer Gehäusewand; einen Dreh-Drück-Steller, umfassend ein Übertragerelement, das auf einer ersten Seite der Gehäusewand angeordnet ist, einen Drehsteller, der um eine Drehachse, insbesondere seine Längsachse, drehbar ist, wobei der Drehsteller auf der ersten Seite der Gehäusewand angeordnet ist, wobei der Drehsteller zumindest ein erstes magnetisches Element umfasst, welches abseits der Drehachse angeordnet ist; und eine Auswerteeinrichtung, die auf einer zweiten Seite der Gehäusewand angeordnet ist, wobei die Auswerteeinrichtung so ausgestaltet ist, dass sie eine axiale Bewegung des Übertragerelements und/oder eine Drehbewegung des Drehstellers gegenüber der Auswerteeinrichtung detektiert.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass sie zusätzlich zumindest einen zweiten, vom Dreh-Drück-Steller separaten, Drücksteller umfasst, der auf der ersten Seite der Gehäusewand angeordnet ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass am gehäuseseitigen Endbereich des Übertragerelements ein elastisches Element angeordnet ist, insbesondere eine Druckfeder, etwa eine Schraubenfeder als Zylinderfeder oder Kegelfeder, welches das Übertragerelement axial in eine Ausgangsposition verschiebt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Übertragerelement einen Magneten, insbesondere einen Dauermagneten umfasst, und wobei auf der zweiten Seite der Gehäusewand und gegenüberliegend des Magneten ein Magnetsensor, etwa ein Hall-Effekt-Sensor, angeordnet ist und eine axiale Bewegung, insbesondere gegen eine Federkraft, des Übertragerelements detektiert.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Auswerteeinrichtung zumindest einen Hall-Effekt-Sensor umfasst, wobei der Hall-Effekt-Sensor die axiale Bewegung des das Übertragerelements und/oder die Drehbewegung mittels des ersten magnetischen Elements detektiert.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Gerät umfasst: eine Drehscheibe, die auf der zweiten Seite der Gehäusewand angeordnet ist, wobei die Drehscheibe zumindest ein zweites magnetisches Element umfasst, wobei es sich beim ersten magnetischen Element und/oder zweiten magnetischen Element um einen Magneten, insbesondere einen Dauermagneten, handelt, und wobei das erste und zweite magnetische Element einander gegenüberliegend angeordnet sind und eine Magnetkupplung bilden, sodass eine Drehung des Drehstellers eine Drehung der Drehscheibe bewirkt.
In einer Ausgestaltung ist die Drehscheibe ins Innere des Gehäuses verlängert. Für eine optimale Kopplung ist die Drehscheibe selbst in der Nähe der Gehäusewand angeordnet. In einer Ausgestaltung umfasst die Drehscheibe aber eine Achse, die ins Innere des Gehäuses gerichtet ist. Am gehäuseinneren Ende der Achse ist in einer Ausgestaltung eine weitere Drehscheibe angeordnet. Ebenso kann die Drehscheibe als Zylinder ausgestaltet sein.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das erste und das zweite magnetische Element als Dauermagnete ausgestaltet sind.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Drehsteller und die Drehscheibe im Wesentlichen scheibenförmig ausgestaltet sind, und jeweils mehrere erste bzw. zweite magnetische Elemente in einem regelmäßigem Winkelabstand zueinander angeordnet sind, etwa vier erste bzw. zweite Elemente in einem Winkel von 90 ° oder sechs erste bzw. zweite Elemente in einem Winkel von 60°.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Drehscheibe mittels eines Lagers, insbesondere mittels eines Kugellagers, gelagert ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Auswerteeinrichtung zumindest einen Drehbewegungssensor umfasst, wobei der Drehbewegungssensor die Drehbewegung der Drehscheibe detektiert.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Drehscheibe erste kapazitive Elemente umfasst, wobei der Drehbewegungssensor zweite kapazitive Elemente umfasst, wobei die ersten und zweiten kapazitiven Elemente Elektroden eines Plattenkondensators bilden, wobei die Auswerteeinrichtung eine Änderung der Kapazität des Plattenkondensators bei einer Bewegung der Drehscheibe detektiert.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Drehscheibe erste Schleifkontakte umfasst, wobei der Drehbewegungssensor zweite Schleifkontakte umfasst, wobei die Auswerteeinrichtung eine Bewegung der Drehscheibe mittels der ersten und zweiten Schleifkontakte detektiert, wenn diese übereinander schleifen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Drehscheibe entlang des Umfangs mehrfach durchbrochen ist, wobei der Drehbewegungssensor zumindest eine Lichtschranke, bevorzugt zwei Lichtschranken, umfasst, wobei die Lichtschranke den Durchbrechungen zugeordnet und so angeordnet ist, dass die Durchbrechungen mittels der Lichtschranke durchscheinbar sind, wobei die Auswerteeinrichtung eine Bewegung der Drehscheibe mittels der Durchbrechungen und der Lichtschranke detektiert.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Durchbrechungen mittels, insbesondere regelmäßig, entlang des Umfangs der Drehscheibe angeordneter, im Wesentlichen quaderförmiger Blöcke ausgestaltet sind, insbesondere umfasst jeder Block eine Schlitzblende.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Drehscheibe mehrere reflexive Elemente umfasst, wobei der Drehbewegungssensor zumindest eine Reflexions-Lichtschranke, bevorzugt mindestens zwei Reflexions-Lichtschranken, umfasst, wobei die Auswerteeinrichtung eine Bewegung der Drehscheibe mittels der reflexiven Elemente und der Reflexions-Lichtschranke detektiert.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Drehbewegungssensor zumindest einen Magnetsensor, etwa einen Hall-Effekt-Sensor, umfasst, wobei die Auswerteeinrichtung eine Bewegung der Drehscheibe mittels des zweiten magnetischen Elements und des Magnetsensors detektiert.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Drehscheibe zumindest ein drittes magnetisches Element umfasst, insbesondere einen Magneten, bevorzugt einen Dauermagneten, wobei der Drehbewegungssensor einen Magnetsensor, etwa einen Hall-Effekt-Sensor, umfasst, wobei die Auswerteeinrichtung eine Bewegung der Drehscheibe mittels des dritten magnetischen Elements und des Magnetsensors detektiert. In der Ausgestaltung mit der Verlängerung der Drehscheibe ins Innere des Gehäuses, befindet sich das dritte magnetische Element im Innern des Gehäuses, also am verlängerten Teil der Drehscheibe.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Drehbewegungssensor so ausgestaltet ist, dass sich eine Gray-Codierung oder eine, insbesondere digitale, Quadratursignal-Codierung auslesen lässt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Drehbewegungssensor so ausgestaltet ist, dass sich eine, insbesondere analoge, Quadratursignal-Codierung auslesen lässt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das elektronische Gerät einen Nadelimpulsgenerator umfasst, welcher die Stromversorgung des oder der Magnetsensor/en, Lichtschranke/n und/oder Reflexions-Lichtschranken steuert.
Dies wird anhand der nachfolgenden Figuren näherer erläutert.

1 zeigt das beanspruchte elektronische Gerät.
2 zeigt eine Explosionszeichnung des Dreh-Drück-Stellers.
3a/b zeigen eine Seitenansicht des beanspruchten elektronischen Geräts mit einem Dreh-Drück-Steller in Normalansicht und Explosionsansicht.
4 zeigt eine Explosionszeichnungen von Drückstellern am beanspruchten elektronischen Gerät.
5a/b/c zeigen eine Ausführungsform mit optischer Feststellung einer Drehbewegung.
6a/b/c zeigen eine Ausführungsform mit optischer Feststellung einer Drehbewegung.
7a/b zeigen eine Ausführungsform mit magnetischer Feststellung einer Drehbewegung.

In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Das beanspruchte elektronische Gerät in seiner Gesamtheit hat das Bezugszeichen 20 und ist in 1 dargestellt. Im Folgenden soll das elektronische Gerät als Messumformer ausgestaltet sein.
Über eine erste physikalische Schnittstelle 3 kommuniziert ein Sensor 1 mit dem Messumformer 20. Der Messumformer 20 wiederum ist mit einer übergeordneten Einheit 30, etwa einem Leitsystem, über ein Kabel 31 verbunden. Am Messumformer 20 ist sensorseitig ein Kabel 21 angeschlossen, dessen anderes Ende eine zur ersten physikalischen Schnittstelle 3 komplementäre zweite physikalische Schnittstelle 13 umfasst. Ein Anschlusselement 11 umfasst das Kabel 21 samt zweiter physikalischer Schnittstelle 13. Die physikalischen Schnittstellen 3, 13 sind etwa als galvanisch getrennte, insbesondere als induktive Schnittstellen ausgestaltet. Die physikalischen Schnittstellen 3, 13 sind mittels einer mechanischen Steckverbindung miteinander koppelbar. Die mechanische Steckverbindung ist hermetisch dicht, so dass von außen keine Flüssigkeit, etwa das zu messende Medium, Luft oder Staub eindringen kann.
Über die physikalischen Schnittstellen 3, 13 werden Daten (bidirektional) und Energie (unidirektional, d.h. vom Anschlusselement 11 zum Sensor 1) gesendet bzw. übertragen. Das System 10 wird überwiegend in der Prozessautomatisierung angewendet.
Der Sensor 1 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-Ausführung, 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 einen ersten Kupplungskörper 2, welche die erste physikalische Schnittstelle 3 umfasst. Wie erwähnt ist die erste physikalische Schnittstelle 3 zur Übertragung eines von der Messgröße abhängigen Werts an eine zweite physikalische Schnittstelle 13 ausgestaltet. Der Sensor 1 umfasst eine Datenverarbeitungseinheit, etwa einen Mikrocontroller, welcher die Werte der Messgröße verarbeitet, etwa in ein anderes Datenformat wandelt. Die Datenverarbeitungseinheit ist von der Rechenkapazität und Speichervolumen aus Energie- und Platzgründen eher klein bzw. sparsam konzipiert. Der Sensor 1 ist somit nur zu „einfachen“ Rechenoperation ausgestaltet, etwa einer zu Mittelung, Vorverarbeitung und Digitalwandlung. Der Sensor 1 umfasst separat oder als Teil der Datenverarbeitungseinheit einen oder mehrere Speicher.
Es können auch mehrere Sensoren 1 an einen Messumformer 20 angeschlossen werden. In 1 dargestellt sind zwei Sensoren 1, wobei nur einer der beiden mit allen Bezugszeichen versehen ist. Es können gleiche oder unterschiedliche Sensoren angeschlossen werden. Der linke der beiden ist im zusammengesteckten Zustand dargestellt. An den Messumformer 20 können beispielsweise bis zu acht Sensoren angeschlossen werden.
Der Sensor 1 ist über die physikalischen Schnittstellen 3, 13 mit dem Anschlusselement 11 und schließlich mit dem Messumformer 20 verbindbar. Die Datenverarbeitungseinheit wandelt den von der Messgröße abhängigen Wert (also das Messsignal des Sensorelements 4) in ein dem Messumformer 20 verständliches Protokoll. Ein Beispiel hierfür ist etwa das proprietäre Memosens-Protokoll. Die erste und zweite physikalische Schnittstelle 3, 13 sind also zur bidirektionalen Kommunikation zwischen Sensor 1 und Messumformer 20 ausgestaltet. Wie erwähnt gewährleisten neben der Kommunikation die erste und zweite physikalische Schnittstelle 3, 13 auch die Energieversorgung des Sensors 1.
Das Anschlusselement 11 umfasst die zweite physikalische Schnittstelle 13, wobei die zweite physikalische Schnittstelle 13 komplementär zur ersten physikalischen Schnittstelle 3 ausgestaltet ist.
Das Anschlusselement 11 umfasst einen zweiten, zylindrischen Kupplungskörper 12, der komplementär zum ersten Kupplungskörper 2 ausgestaltet ist und welcher mit einem hülsenförmigen Endabschnitt auf den ersten Kupplungskörper 2 aufsteckbar ist, wobei die zweite physikalische Schnittstelle 13 in die erste physikalische Schnittstelle 3 gesteckt wird. Eine gegenteilige Anordnung, in der die zweite physikalische Schnittstelle 13 hülsenartig und die erste physikalische Schnittstelle 3 steckerartig ausgestaltet ist, ist ohne erfinderisches Zutun möglich.
Der Messumformer 20 umfasst ein Display 22 und ein oder mehrere Bedienelemente 23, etwa Knöpfe oder Drehknöpfe, über die der
Messumformer 20 bedient werden kann. Über das Display 22 werden beispielsweise Messdaten des Sensors 1 angezeigt. Ebenso kann über die Bedienelemente 23 und der entsprechenden Ansicht im Display 20 der Sensor 1 konfiguriert und parametriert werden. Auf die Bedienelemente wird unten im Zusammenhang mit den 2 bis 4 eingegangen.
Der Messumformer 20 leitet die Messdaten über das Kabel 31, wie erwähnt etwa an ein Leitsystem 30, weiter. Das Leitsystem 30 ist dabei entweder als Prozessleitsystem (PLC, SPS), PC oder Server ausgestaltet.
Der Messumformer 20 wandelt die Daten dazu in ein für das Leitsystem verständliches Datenformat, etwa in einem entsprechenden Bus wie HART, Profibus PA, Profibus DP, Foundation Fieldbus, Modbus RS485 oder auch ein Ethernet basierter Feldbus wie EtherNet/IP, Profinet oder Modbus/TCP. Diese Daten werden dann an das Leitsystem 30 weitergeleitet. Gegebenenfalls kann dies mit einem Webserver kombiniert werden, d.h. diese können parallel zueinander betrieben werden.
Im Folgenden soll nun näher auf die Bedienelemente 23 eingegangen werden. Ein Messumformer 20 umfasst beispielsweise einen Dreh-Drück-Steller 40 und mehrere davon separate Drücksteller 60, siehe etwa 3a.
2 zeigt einen solchen Dreh-Drück-Steller 40 in einer Schnittzeichnung in Explosionsdarstellung. Mittels Drehung des Dreh-Drück-Stellers 40 kann ein Menü, das auf dem Display 22 angezeigt wird, durchlaufen („durchgescrollt“) werden. Wird der Dreh-Drück-Steller 40 gedrückt, wird ein bestimmter Menüpunkt ausgewählt.
Der Dreh-Drück-Steller 40 umfasst ein Übertragerelement 42, das auf einer ersten Seite 20.1 (Außenseite) des Gehäuses 24 des Messumformers 20 angeordnet ist. Das Gehäuse 24 bzw. die Gehäusewand ist geschlossen und damit ohne Durchbrüche, Bohrungen, Löcher etc.
Der Dreh-Drück-Steller 40 umfasst einen Drehsteller 45, der ebenfalls auf der ersten Seite 20.1 des Gehäuses 24 angeordnet ist. Der Drehsteller 45 ist um seine Längsachse drehbar. Der Drehsteller 45 umfasst zumindest ein erstes magnetisches Element 46, das abseits der Längsachse angeordnet ist.
Der Drehsteller 45 und das Übertragerelement 42 sind ineinander, also konzentrisch angeordnet. Der Drehsteller 45 befindet sich dabei Außen mit einem Loch für das Übertragerelement 42, das Innen angeordnet ist.
Der Messumformer 20 umfasst eine Auswerteeinrichtung 71, die auf der Innenseite 20.2 des Gehäuses 24 angeordnet ist. Mit der Auswerteeinrichtung 71 kann eine axiale Bewegung des Übertragerelements 42 und eine Drehbewegung des Drehstellers 45 detektiert werden.
Zur Detektion der Drehbewegung gibt es verschiedene Möglichkeiten, welche im Folgenden erläutert werden.
In einer Ausgestaltung umfasst die Auswerteeinrichtung 71 zumindest einen Hall-Effekt-Sensor, wobei der Hall-Effekt-Sensor die Drehbewegung mittels des ersten magnetischen Elements 46 direkt detektiert.
Die Drehbewegung der Kappe 50 wird über das Übertragerelement 42 an den Drehsteller 45 weitergegeben. Die Drehbewegung des Drehstellers 45 wird über darin integrierte Magnete 46 („erste magnetische Elemente“) nach unten weitergeleitet. Die axiale Drückbewegung der Kappe 50 wird über das Übertragerelement 42 an den Magneten 51 weitergegeben, siehe unten.
Dem Übertragerelement 42 umliegend angeordnet ist die Hülse 49. Die Hülse 49 ist so geformt, dass das Übertragerelement 42 und der Drehsteller 45 im Funktionsbereich gehalten wird. Die Hülse 49 verfügt über eine Nut, Fase o.ä., um sie mit der Gehäusewand 20.1 zu arretieren. Bei dem Dreh-Drück-Steller 40 sind somit die Kappe 50, das Übertragerelement 42 und der Drehsteller 45 sowie die jeweiligen Magnete 46 und 51 beweglich.
Das Übertragerelement 42 bewirkt in einer Ausgestaltung, dass mit einer axialen Bewegung der Kappe 50 auch eine axiale Bewegung des Drehstellers 45 erreicht wird. Dann wird mittels des Hall-Effekt-Sensors 52 eine axiale Bewegung des Dreh-Drück-Stellers 40 erkannt.
In einer Ausgestaltung umfasst der Dreh-Drück-Steller 40 eine Drehscheibe 41, die auf der zweiten Seite 20.2 (Innenseite) des Gehäuses 24 angeordnet ist. Die Drehscheibe 41 umfasst zumindest ein zweites magnetisches Element 47. Dies zeigt 2.
In einer Ausgestaltung ist die Drehscheibe 41 ins Innere des Gehäuses 24 verlängert (nicht dargestellt). Die Verlängerung erfolgt durch eine an der Drehscheibe 41 angebrachten Achse, die ins Innere des Gehäuses 24 gerichtet ist. Am gehäuseinneren Ende der Achse ist eine weitere Drehscheibe angeordnet.
Das erste oder zweite magnetische Element 46, 47 ist als Magnet, etwa als Dauermagnet ausgestaltet. Es können auch beide Elemente 46, 47 als Magnete, etwas als Dauermagnete ausgestaltet sein.
Das erste und das zweite magnetische Element 46, 47 sind einander gegenüberliegend angeordnet, sodass sie Magnetkupplung bilden, damit eine Bewegung des Drehstellers 45 eine Drehung der Drehscheibe 41 bewirkt.
Das Übertragerelement 42 ist zylinderförmig und die Drehscheibe 41 ist scheibenförmig ausgestaltet. Die magnetischen Elemente 46, 47 sind in einem regelmäßigem Winkelabstand zueinander angeordnet, etwa vier erste bzw. zweite Elemente in einem Winkel von 90 ° oder sechs erste bzw. zweite Elemente in einem Winkel von 60 °.
Das Übertragerelement 42 umfasst an seinem gehäuseseitigen Endbereich ein elastisches Element 48, insbesondere eine Druckfeder, etwa eine Schraubenfeder als Zylinderfeder oder Kegelfeder, welches das Übertragerelement 42 axial in eine Ausgangsposition verschiebt, wenn kein Druck von außen, etwa vom Anwender, anliegt.
Das Übertragerelement 42 umfasst einen Magneten 51, insbesondere einen Dauermagneten. Auf der Gegenseite, also im Gehäuse 24, und gegenüberliegend des Magneten 51 ist ein Magnetsensor 52, etwa ein Hall-Effekt-Sensor, angeordnet, der eine axiale Bewegung, insbesondere gegen eine Federkraft des elastischen Elements 48, des Übertragerelements 42 detektiert.
Das Übertragerelement 42 wird somit mit Hilfe eines Federelementes 48 in einer Ruheposition gehalten. Durch Betätigung der Kappe 50 von außen wird das Übertragerelement 42 bis zu einer Endposition bewegt. Die Position des Übertragerelements 42 wird über einen dort integrierten Magneten 51 und eines innerhalb des Gehäuses positionierten Hall-Effekt-Sensors 52 ermittelt. Es existierten mehrere verschiedene Möglichkeiten, das Federelement 48 und die zugehörige Rückstellkraft zu realisieren, z.B. durch Tellerfedern, Spiralfedern, Gummielemente oder einen elastischen Tastenkörper.
Die Drehbewegung des Dreh-Drück-Stellers 40 wird somit über eine magnetische Kupplung zwischen dem Übertragerelement 42 und der innenliegenden Drehscheibe 41 übertragen. Der Rotationswinkel der innenliegenden Drehscheibe 41 kann über verschiedene Abtastverfahren ermittelt werden, z.B. elektromechanisch etwa über Schleifkontakte, optisch, kapazitiv, induktiv oder magnetisch, siehe unten.
Auf der Innenseite 20.2 des Messumformers 20 angeordnet ist eine Leiterplatte 70. Dies erkennt man etwa in 3b.
Auf der Innenseite 20.2 des Messumformers 20 befinden sich auch Lagermittel für Lager, etwa für eine Kugellager, zur Lagerung der Drehscheibe 41.
Ebenfalls auf der Leiterplatte 70 angeordnet sind die verschiedenen Möglichkeiten den Rotationswinkel mit den entsprechenden Bauteilen auszulesen. Auf der Leiterplatte 70 ist somit eine Auswerteeinrichtung 71 angeordnet. Dazu umfasst die Auswerteeinrichtung 71 zumindest einen Drehbewegungssensor, für den es verschiedene Ausgestaltungen gibt.
In einer Ausgestaltung umfasst die Drehscheibe 41 erste Schleifkontakte, wobei die Drehbewegungssensor zweite Schleifkontakte umfasst. Mit der Auswerteeinrichtung 71 wird eine Bewegung der Drehscheibe 41 durch die ersten und zweiten Schleifkontakte detektiert, wenn diese bei einer Bewegung der Drehscheibe 41 übereinander schleifen.
Dazu umfasst die Auswerteeinrichtung 71 etwa eine elektronische Auswerteschaltung, etwa auch einen Mikrocontroller. Dies gilt ebenso für die untenstehenden Ausgestaltungen.
Generell bewegt sich die Drehscheibe 41 relativ zu der Leiterplatte 70 bzw. zu der Auswerteeinrichtung 71 mit dem Drehbewegungssensor.
In einer Ausgestaltung umfasst die Drehscheibe 41 erste kapazitive Elemente, wobei der Drehbewegungssensor zweite kapazitive Elemente umfasst, wobei die ersten und zweiten kapazitiven Elemente Elektroden eines Plattenkondensators bilden. Mit der Auswerteeinrichtung 71 wird eine Änderung der Kapazität des Plattenkondensators bei einer Bewegung der Drehscheibe 41 detektiert.
5a-c zeigen eine Ausgestaltung, wobei die Drehscheibe 41 entlang des Umfangs mehrfach durchbrochen (Bezugszeichen 53) ist. 5a zeigt eine Seitenansicht, 5b die Draufsicht, 5c eine weitere Draufsicht. Auf der Leiterplatte 70 ist zumindest eine Lichtschranke 54 als Drehbewegungssensor angeordnet, bevorzugt zwei Lichtschranken, die den Durchbrechungen 53 zugeordnet ist/sind, wobei diese so angeordnet ist, dass die Durchbrechungen 53 mittels der Lichtschranke 54 durchscheinbar sind. Die Lichtschranke 54 umfasst eine LED 56 und eine der LED 56 zugeordneten Fotoempfänger 57. Mittels der Auswerteeinrichtung 71 wird eine Bewegung der Drehscheibe 41 mittels der Durchbrechungen 53 und der Lichtschranke 54 detektiert. Die Durchbrechungen 53 sind mittels, insbesondere regelmäßig, entlang des Umfangs des Drehrads 41 angeordneter im Wesentlichen quaderförmiger Blöcke ausgestaltet. In einer Ausgestaltung umfasst jeder Block eine Schlitzblende. Zusätzlich sind in einer Ausgestaltung Blenden 55 vorgesehen.
6a-c zeigen eine Ausgestaltung, wobei die Drehscheibe 41 mehrere reflexive Elemente 58 umfasst. 6a zeigt eine Seitenansicht, 6b die Draufsicht, 6c eine weitere Draufsicht mit einem Gray-Encoding. Auf der Leiterplatte 70 ist zumindest eine Reflexions-Lichtschranke 59 als Drehbewegungssensor angeordnet, bevorzugt mindestens zwei Reflexions-Lichtschranken 59. Auf der Leiterplatte 70 ist die Ausleseschaltung 71 angeordnet, mittels der eine Bewegung der Drehscheibe 41 mittels der Relativbewegung der reflexiven Elemente 41 gegenüber der Reflexions-Lichtschranke 59 detektierbar ist. 6b zeigt ein Encoding mit einem Siemenssternmuster (digitale Quadratursignal-Codierung); in 6c sind die reflexiven Elemente 58 so angeordnet sind, dass sich eine Gray-Codierung ergibt.
Eine Ausgestaltung der Auswertung der Drehbewegung der Drehscheibe 41 zeigen die 7a/b. 7a zeigt eine Seitenansicht, 7b eine Draufsicht. Hierbei ist auf der Leiterplatte 70 zumindest einen Magnetsensor 65 als Drehbewegungssensor, etwa ein Hall-Effekt-Sensor, angeordnet. In 7b sind zwei Magnetsensoren 65 schematisch gegenüberliegend der zweiten magnetischen Elemente 47 abgebildet. Abgebildet sind acht magnetische Elemente, eine Ausführung mit vier magnetischen Elementen wie in 2 ist ebenso möglich. Die Magnete 47 sind abwechselnd mit der Polarität angeordnet, was mit „N“ bzw. „S“ gekennzeichnet ist. Mittels der Auswerteeinrichtung 71 wird Bewegung der Drehscheibe 41 mittels des zweiten magnetischen Elements 47 und des Magnetsensors 65 detektiert. Es ergibt sich somit eine analoge Quadratursignal-Codierung. Das zweite magnetische Element 47 übernimmt somit eine Doppelfunktion, nämlich zu Codierung und zur Übertragung der Bewegung des Übertragerelements 42 bzw. dessen Magnete 46.
Weiter ist möglich, dass die Drehscheibe 41 zumindest ein drittes magnetisches Element 66 umfasst, insbesondere einen Magneten, bevorzugt einen Dauermagneten. Mittels der Auswerteeinrichtung 71 wird eine Bewegung der Drehscheibe 41 mittels des dritten magnetischen Elements 66 und des Magnetsensors 65 detektiert. Beispielsweise sind zweite und dritte magnetische Elemente 47, 66 abwechseln angeordnet. Das zweite magnetische Element hat in dieser Ausgestaltung keine Doppelfunktion. In 7b ist hierbei ein magnetisches Element mit dem Bezugszeichen 66 dargestellt. In der im vorherigen Abschnitt beschriebenen Ausgestaltung werden nur „zweite magnetische Elemente 47“ verwendet.
Die Sensoren mit optischen, kapazitiven und magnetischen Abtastverfahren benötigen grundsätzlich Energie für den Betrieb. Da das System auch in sehr leistungslimitierten Messumformern eingesetzt wird, kann eine periodische Stromversorgung der erforderlichen Sensorelemente mit sehr kurzen Betriebsphasen, d.h. der Stromversorgung in Form von Nadelimpulsen verwendet werden, um die mittlere Leistungsaufnahme zu reduzieren.
Der Messumformer 20 umfasst weiter ein oder mehrere Drücksteller 60, die separat vom Dreh-Drück-Steller 40 angeordnet sind. Der Aufbau des Drückstellers 60 kann gleich zum dem Dreh-Drück-Steller 40 ausgestaltet sein; dann kann das Element 60 auch als „Dreh-Drück-Steller“ bezeichnet werden. Die Tasten 61 werden mit Hilfe eines Federelementes 62 in einer Ruheposition gehalten. Durch Betätigung der Taste 61 von außen wird der Tastenkörper bis zu einer Endposition bewegt. Die Position des Tastenkörpers wird über einen dort integrierten Magneten und eines innerhalb des Gehäuses positionierten Hall-Effekt-Sensors 63 ermittelt. Der Hall-Effekt-Sensor befindet sich auf der Leiterplatte 70, siehe dazu die 3a und 3b bzw. in einer vergrößerten Abbildung in 4, wobei dort nur einer der Drücksteller 60 mit Bezugszeichen versehen ist.
Es ergibt sich somit eine hermetisch dichte Lösung für Tasten und Dreh-Drück-Schalter.
Bezugszeichenliste

1: Sensor
2: Erster Kupplungskörper
3: Erste physikalische Schnittstelle
4: Sensorelement
10: Sensoranordnung
11: Anschlusselement
12: Zweiter Kupplungskörper
13: Zweite physikalische Schnittstelle
20: Messumformer
20.1: Erste Seite von 20
20.2: Zweite Seite von 20
21: Kabel
22: Display
23: Bedienelemente
24: Gehäuse
30: übergeordnete Einheit
31: Kabel
40: Dreh-Drück-Steller
41: Drehscheibe
42: Übertragerelement in 40
45: Drehsteller in 40
46: Erstes magnetisches Element
47: Zweites magnetisches Element
48: Feder
49: Hülse
50: Kappe
51: Magnet
52: Magnetsensor
53: Durchbrechung
54: Lichtschranke
55: Blende
56: LED
57: Fotodetektor
58: reflexives Element auf 41
59: Reflexions-Lichtschranke
60: Drücksteller
61: Taste von 60
62: Federelement
63: Magnetsensor
64: Magnet
65: Magnetsensor
66: Drittes magnetisches Element
70: Leiterplatte
71: Auswerteeinrichtung

Claims

Elektronisches Gerät (20), umfassend - ein Gehäuse (24) mit einer Gehäusewand, - einen Dreh-Drück-Steller (40), umfassend ■ ein Übertragerelement (42), das auf einer ersten Seite (20.1) der Gehäusewand angeordnet ist, ■ einen Drehsteller (45), der um eine Drehachse, insbesondere seine Längsachse, drehbar ist, wobei der Drehsteller (45) auf der ersten Seite (20.1) der Gehäusewand angeordnet ist, wobei der Drehsteller (45) zumindest ein erstes magnetisches Element (46) umfasst, welches abseits der Drehachse angeordnet ist, und - eine Auswerteeinrichtung (71), die auf einer zweiten Seite (20.2) der Gehäusewand angeordnet ist, wobei die Auswerteeinrichtung (71) so ausgestaltet ist, dass sie eine axiale Bewegung des Übertragerelements (42) und/oder eine Drehbewegung des Drehstellers (45) gegenüber der Auswerteeinrichtung (71) detektiert.
Elektronisches Gerät (20) nach Anspruch 1, wobei das Übertragerelement (42) und der Drehsteller (45) zueinander so ausgestaltet sind, dass eine Drehbewegung des Übertragerelements (42) eine Drehbewegung des Drehstellers (45) bewirkt.
Elektronisches Gerät (20) nach Anspruch 1 oder 2, der zusätzlich zumindest einen zweiten, vom Dreh-Drück-Steller (40) separaten, Drücksteller (60) umfasst, der auf der ersten Seite (20.1) der Gehäusewand angeordnet ist.
Elektronisches Gerät (20) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei am gehäuseseitigen Endbereich des Übertragerelements (42) ein elastisches Element (48) angeordnet ist, insbesondere eine Druckfeder, etwa eine Schraubenfeder als Zylinderfeder oder Kegelfeder, welches das Übertragerelement (42) axial in eine Ausgangsposition verschiebt.
Elektronisches Gerät (20) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Übertragerelement (42) einen Magneten (51), insbesondere einen Dauermagneten umfasst, und wobei auf der zweiten Seite (20.2) der Gehäusewand und gegenüberliegend des Magneten (41) ein Magnetsensor (52), etwa ein Hall-Effekt-Sensor, angeordnet ist und eine axiale Bewegung, insbesondere gegen eine Federkraft, des Übertragerelements (42) detektiert.
Elektronisches Gerät (20) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Auswerteeinrichtung (71) zumindest einen Hall-Effekt-Sensor umfasst, wobei der Hall-Effekt-Sensor die axiale Bewegung des Übertragerelements (42) und/oder die Drehbewegung des Drehstellers (45) mittels des ersten magnetischen Elements (46) detektiert.
Elektronisches Gerät (20) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend - eine Drehscheibe (41), die auf der zweiten Seite (20.2) der Gehäusewand angeordnet ist, wobei die Drehscheibe (41) zumindest ein zweites magnetisches Element (47) umfasst, wobei es sich beim ersten magnetischen Element (46) und/oder zweiten magnetischen Element (47) um einen Magneten, insbesondere einen Dauermagneten, handelt, und wobei das erste und zweite magnetische Element (46, 47) einander gegenüberliegend angeordnet sind und eine Magnetkupplung bilden, sodass eine Drehung des Drehstellers (45) eine Drehung der Drehscheibe (41) bewirkt.
Elektronisches Gerät (20) nach Anspruch 7, wobei der Drehsteller (45) und die Drehscheibe (41) im Wesentlichen scheibenförmig ausgestaltet sind, und jeweils mehrere erste bzw. zweite magnetische Elemente (46, 47) in einem regelmäßigem Winkelabstand zueinander angeordnet sind, etwa vier erste bzw. zweite Elemente in einem Winkel von 90 ° oder sechs erste bzw. zweite Elemente in einem Winkel von 60 °.
Elektronisches Gerät (20) nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei die Drehscheibe (41) mittels eines Lagers, insbesondere mittels eines Kugellagers, gelagert ist.
Elektronisches Gerät (20) nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Auswerteeinrichtung (71) zumindest einen Drehbewegungssensor umfasst, wobei der Drehbewegungssensor die Drehbewegung der Drehscheibe (41) detektiert.
Elektronisches Gerät (20) nach Anspruch 10, wobei die Drehscheibe (41) erste kapazitive Elemente umfasst, wobei der Drehbewegungssensor zweite kapazitive Elemente umfasst, wobei die ersten und zweiten kapazitiven Elemente Elektroden eines Plattenkondensators bilden, wobei die Auswerteeinrichtung (71) eine Änderung der Kapazität des Plattenkondensators bei einer Bewegung der Drehscheibe (41) detektiert.
Elektronisches Gerät (20) nach Anspruch 10, wobei die Drehscheibe (41) erste Schleifkontakte umfasst, wobei der Drehbewegungssensor zweite Schleifkontakte umfasst, wobei die Auswerteeinrichtung (71) eine Bewegung der Drehscheibe (41) mittels der ersten und zweiten Schleifkontakte detektiert, wenn diese übereinander schleifen.
Elektronisches Gerät (20) nach Anspruch 10, wobei die Drehscheibe (41) entlang des Umfangs mehrfach durchbrochen (53) ist, wobei der Drehbewegungssensor zumindest eine Lichtschranke (54), bevorzugt zwei Lichtschranken, umfasst, wobei die Lichtschranke (54) den Durchbrechungen (53) zugeordnet und so angeordnet ist, dass die Durchbrechungen (53) mittels der Lichtschranke (54) durchscheinbar sind, wobei die Auswerteeinrichtung (71) eine Bewegung der Drehscheibe (41) mittels der Durchbrechungen (53) und der Lichtschranke (54) detektiert.
Elektronisches Gerät (20) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Durchbrechungen (53) mittels, insbesondere regelmäßig, entlang des Umfangs der Drehscheibe (41) angeordneter im Wesentlichen quaderförmiger Blöcke ausgestaltet sind, insbesondere umfasst jeder Block eine Schlitzblende (55).
Elektronisches Gerät (20) nach Anspruch 10, wobei die Drehscheibe (41) mehrere reflexive Elemente (58) umfasst, wobei der Drehbewegungssensor zumindest eine Reflexions-Lichtschranke (59), bevorzugt mindestens zwei Reflexions-Lichtschranken, umfasst, wobei die Auswerteeinrichtung (71) eine Bewegung der Drehscheibe (41) mittels der reflexiven Elemente (58) und der Reflexions-Lichtschranke (59) detektiert.
Elektronisches Gerät (20) nach Anspruch 10, wobei der Drehbewegungssensor zumindest einen Magnetsensor (65), etwa einen Hall-Effekt-Sensor, umfasst, wobei die Auswerteeinrichtung (71) eine Bewegung der Drehscheibe (41) mittels des zweiten magnetischen Elements (47) und des Magnetsensors (65) detektiert.
Elektronisches Gerät (20) nach Anspruch 10 oder 16, wobei die Drehscheibe (41) zumindest ein drittes magnetisches Element (66) umfasst, insbesondere einen Magneten, bevorzugt einen Dauermagneten, wobei der Drehbewegungssensor einen Magnetsensor (65), etwa einen Hall-Effekt-Sensor, umfasst, wobei die Auswerteeinrichtung (71) eine Bewegung der Drehscheibe (41) mittels des dritten magnetischen Elements (66) und des Magnetsensors (65) detektiert.
Elektronisches Gerät (20) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Drehbewegungssensor so ausgestaltet ist, dass sich eine Gray-Codierung oder eine, insbesondere digitale, Quadratursignal-Codierung auslesen lässt.
Elektronisches Gerät (20) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Drehbewegungssensor so ausgestaltet ist, dass sich eine, insbesondere analoge, Quadratursignal-Codierung auslesen lässt.
Elektronisches Gerät (20) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, der einen Nadelimpulsgenerator umfasst, welcher die Stromversorgung des oder der Magnetsensor/en, Lichtschranke/n und/oder Reflexions-Lichtschranken steuert.