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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einbauen eines eigentlich für eine Montage entlang einer Längsachse eines Gehäuses vorgesehenen ersten Steckverbinders in ein Feldgerätegehäuse sowie ein Feldgerät der Automatisierungstechnik aufweisend ein Feldgerätegehäuse erhältlich durch das Verfahren.
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Aus dem Stand der Technik sind Feldgeräte bekannt, die in industriellen Anlagen zum Einsatz kommen. In der Prozessautomatisierungstechnik ebenso wie in der Fertigungsautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Messgeräte, bzw. Sensoren. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung, Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktoren verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten Messgeräten und Aktoren werden unter Feldgeräten auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
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Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress+Hauser-Gruppe produziert und vertrieben.
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Bei hygienischen Prozessen werden besonders hohe Anforderungen hinsichtlich derer Verarbeitung und/oder Sauberkeit gestellt. Beispiele für derartige hygienische Prozess sind Anwendungen in der Lebensmittelindustrie, wo die Gefahr besteht, dass Ablagerungen und/oder Verunreinigungen die Haltbarkeit beeinträchtigenden und/oder zu gesundheitsschädlichen Kontaminationen von Lebensmitteln führen können.
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Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, werden die Gehäuse der Feldgeräte speziell ausgestaltet. Beispielsweise werden sie aus einem metallischen Werkstoff, wie bspw. 316L Edelstahl gefertigt und/oder so entworfen, dass es möglichst wenig Stellen gibt, an denen Ablagerungen und/oder Verunreinigungen anhaften können.
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Zum Anschluss derartiger Feldgeräte werden für gewöhnlich Steckverbinder eingesetzt, die in die Gehäuse eingebracht werden. In Automatisierungstechnischen Anlagen kommen hierbei häufig sogenannte Rundsteckverbinder zum Einsatz, über die Daten, insbesondere Messwerte und/oder Energie von dem Feldgerät zu einer externen Einheit, bspw. einer übergeordneten Einheit übertragen werden. Diese Rundsteckverbinder werden hierbei heutzutage oftmals als Sonderbauteile für das jeweilige Feldgerät spezifisch hergestellt und in entsprechende Gehäuseöffnungen integriert. Nachteilig an dieser Variante ist, dass das Herstellen von solchen Sonderbauteile mit relativ hohen Kosten verbunden ist.
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Eine weitere Variante ist der Einsatz einer als Standardbauteil erhältlichen Kabelbaugruppe, die sowohl den Rundsteckverbinder als auch ein bereits an dem Rundsteckverbinder angebrachtes Verbindungskabel umfasst. Nachteilig an dieser Variante ist, dass das Verbindungskabel händisch durch einen Fertigungsmitarbeiter an einer Feldgeräteelektronik angelötet, geklemmt, gesteckt oder geschraubt werden muss. Darüber hinaus benötigt das Verbindungskabel auch relativ viel Platz in dem Gehäuse, da diese von dem Einbauort des Rundsteckverbinders zu der Feldgeräteelektronik geführt werden müssen und zusätzlich für die händische Montage auch noch eine gewisse Länge des Kabels vorgehalten werden muss.
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Eine weitere Variante ist der Einsatz von so genannten THT-Rundsteckverbindern (THT steht hierbei für „through-hole technology“).
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Nachteilig an dieser Variante ist, dass das Aufbringen der THT-Rundsteckverbinder für gewöhnlich auch händisch durch einen Fertigungsmitarbeiter erfolgen muss. Ferner benötigen diese THT-Rundsteckverbinder relativ viel Platz.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine einfache und insbesondere kostengünstige Möglichkeit aufzuzeigen, wie ein Rundsteckverbinder in ein Feldgerätegehäuse integriert bzw. montiert werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und das Feldgerät der Automatisierungstechnik gemäß Patentanspruch 7.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einbauen eines eigentlich für eine Montage entlang einer Längsachse eines Gehäuses vorgesehenen ersten Steckverbinders, insbesondere eines ersten Rundsteckverbinders, insbesondere eines ersten M12-Rundsteckverbinders, in ein Feldgerätegehäuse, wobei der Steckverbinder nicht entlang einer Längsachse des Feldgerätegehäuses sondern parallel zu einer Querachse des Feldgerätegehäuses eingebaut wird sieht folgende Schritte vor:
- - Bereitstellen einer ersten Leiterplatte, an der in Längsrichtung an einer Leiterplattenkante der erste Steckverbinder angebracht ist und die ferner zumindest einen zweiten starren Steckverbinder aufweist, der derartig auf der ersten Leiterplatte angeordnet und angebracht ist, dass eine Steckachse des zweiten starren Steckverbinders zu einer Ebene in der die erste Leiterplatte ausgebildet ist, vorzugsweise um mehr als 45°, besonders bevorzugt um ca. 90° geneigt/gekippt ist;
- - Bereitstellen des Feldgerätegehäuses, welches zumindest abschnittsweise einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Bereich aufweist, wobei in das Feldgerätegehäuse in dem Bereich zumindest eine zweite Leiterplatte, vorzugsweise entlang der Längsachse, eingebracht ist, wobei die zweite Leiterplatte zumindest einen zu dem zweiten Steckverbinder der ersten Leiterplatte entsprechenden starren Gegensteckverbinder aufweist, der derartig auf der zweiten Leiterplatte angeordnet und angebracht ist, dass eine Steckachse des starren Gegensteckverbinders parallel zu der Längsachse des Feldgerätegehäuses verläuft, wenn die zweite Leiterplatte in das Feldgerätegehäuse eingebracht ist, wobei in dem Feldgerätegehäuse in einem Seitenwandbereich des rotationssymmetrischen Bereichs ferner eine Gehäuseöffnung für die erste Leiterplatte vorgesehen ist, wobei die Gehäuseöffnung derartig dimensioniert ist, dass die erste Leiterplatte radial durch die Gehäuseöffnung in das Feldgerätegehäuse einführbar ist;
- - Radiales Einführen der zweiten Leiterplatte in das Feldgerätegehäuse durch die Gehäuseöffnung;
- - Positionieren des ersten Steckverbinders der ersten Leiterplatte in bzw. zu der Gehäuseöffnung;
- - Einstecken des zweiten starren Steckverbinders der ersten Leiterplatte in den starren Gegensteckverbinder der zweiten Leiterplatte;
- - Einbringen einer zu dem ersten Steckverbinder passgenauen Steckerhülse in die Gehäuseöffnung und Überschieben der Steckerhülse über den ersten Steckverbinder;
- - Anschweißen der Steckerhülse an dem Feldgerätegehäuse.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das radiale Einführen der zweiten Leiterplatte in das Feldgerätegehäuse durch die Gehäuseöffnung leicht schräg erfolgt. Beispielsweise kann das radiale Einführen unter einem Winkel von kleiner 45°, vorzugsweise bei einem Winkel von ca. 30° erfolgen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Einbringen und Anschweißen der Steckerhülse an dem Feldgerätegehäuse erst nach dem Einbringen bzw. Positionieren des ersten Steckverbinders
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zumindest als erster Steckverbinder ein Rundsteckverbinder, insbesondere eine M12-Rundsteckverbinder verwendet wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die bereitgestellte erste Leiterplatte zuvor in einer SMD-Bestückungslinie mit elektronischen Bauteilen entsprechend der später angedachten Funktion bestückt wurde. Insbesondere kann die Ausführungsform vorsehen, dass die erste Leiterplatte in der SMD-Bestückungslinie mit elektronischen Bauteilen für EMV-Maßnahmen und/oder Ex-Schutzmaßnahmen bestückt wurde.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Feldgerät der Automatisierungstechnik aufweisend ein Feldgerätegehäuse erhältlich durch das Verfahren gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1a: eine erste Leiterplatte mit einem Steckverbinder, der in axialer Richtung an einer Leiterplattenkante der Leiterplatte angeordnet ist,
- 1b: ein Feldgerät der Automatisierungstechnik
- 2: den Verfahrensschritt des radialen Einführens der Leiterplatte
- 3: den Verfahrensschritt der Positionierung der Leiterplatte
- 4: den Verfahrensschritt des Ineinandersteckens des Steckverbinders der ersten Leiterplatte in einen Gegensteckverbinder einer zweiten Leiterplatte
- 5: den Verfahrensschritt des Einbringens einer passgenauen Steckerhülse in eine Gehäuseöffnung des Feldgerätes, und
- 6: ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Feldgerät der Automatisieurngstechnik.
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1a zeigt eine erste Leiterplatte 20 mit einem Steckverbinder 21, der in einer Längsachse der Leiterplatte 20 an einer Leiterplattenkante angeordnet ist. Durch die endseitige Anordnung des Steckverbinders 21 in Längsrichtung der Leiterplatte 20 ist diese eigentlich für die Montage entlang einer Längsachse eines Gehäuses, beispielsweise eines Sensorrohres vorgesehen. Bei dem Steckverbinder 21 kann es sich insbesondere um einen Rundsteckverbinder, bspw. einen M12-Rundsteckverbinder handeln. Derartige Steckverbinder sind beispielsweise von der Fa. ERNI bekannt.
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Die erste Leiterplatte 20 umfasst ferner zumindest einen zweiten starren Steckverbinder 22, der derartig auf der ersten Leiterplatte 20 angeordnet und angebracht ist, dass eine Steckachse 23 des zweiten Steckverbinders zu einer Hauptebene in der die erste Leiterplatte 20 ausgebildet ist geneigt bzw. gekippt ist. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite Steckverbinder 22 mit seiner Steckachse 23 um 90° zu der Hauptebene geneigt bzw. die Steckachse 23 steht orthogonal zu der Hauptebene. Gleichwohl muss der zweite Steckverbinder nicht zwingend um 90° geneigt sein, sondern kann beispielsweise auch um mehr als 45° zu der Ebene geneigt sein.
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Die erste Leiterplatte 20 kann vollautomatisch in einer SMD-Bestückungslinie entsprechend der später gewünschten bzw. angedachten Funktion mit elektronischen Bauteilen sowie dem Steckverbinder bestückt worden sein, sodass im Anschluss eine für das weitere erfindungsgemäße Verfahren benötigte Leiterplatte bereitgestellt wird bzw. ist. Beispielsweise können auf der ersten leiterplatte elektronische Komponenten für EMV- und/oder Explosionsschutz-Maßnahmen 24 aufgebracht sein.
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1b zeigt ein Teil eines Feldgeräts der Automatisierungstechnik 1, welches ein Feldgerätegehäuse 12, das einen Innenraum 13 umschließt, umfasst. Das Feldgerätegehäuse 12 weist einen zumindest abschnittsweise rotationssymmetrischen Bereich 17 auf, in den der Steckverbinder integriert werden soll. Das Feldgerätegehäuse umfasst ferner ein an dem Gehäuse 12 angeordnetes Sensor- und/oder Aktorelement 14 zum Stellen und/oder Erfassen einer Prozessgröße sowie eine in dem Innenraum 13 eingebrachte elektronische Schaltung 15, die dazu ausgebildet ist, das Sensor- und/oder Aktorelement 14 zu betreiben. Die elektronische Schaltung umfasst in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel drei weitere Leiterplatten, wovon zwei Leiterplatten in Längsrichtung des Gehäuses 15a und 15b und eine Leiterplatte 15c in Querrichtung zu dem Gehäuse angeordnet sind. Die Leiterplatten 15a, 15b, 15c sind über entsprechenden Steckverbinder und Gegensteckverbinder 15d ineinandergesteckt und somit elektrisch kontaktiert. Eine der Leiterplatten 15b, die in Längsrichtung angeordnet ist, umfasst zumindest einen zu dem zweiten starren Steckverbinder der ersten Leiterplatte entsprechenden starren Gegensteckverbinder 15e, der derartig auf dieser Leiterplatte 15b angeordnet und angebracht ist, dass im eingebauten Zustand eine Steckachse des Gegensteckverbinders parallel zu der Längsachse des Feldgerätegehäuses verläuft.
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Das Feldgerätegehäuse weist ferner in dem Bereich an einer Seitenwand eine Gehäuseöffnung 18 zum radialen Einführen der ersten Leiterplatte 20 auf. Die Gehäuseöffnung 18 ist dabei derartig dimensioniert, dass die erste Leiterplatte 20 radial durch die Gehäuseöffnung 18 in den Innenraum 13 einführbar ist. Insbesondere ist die Gehäuseöffnung 18 derartig dimensioniert, dass die erste Leiterplatte 20 leicht schräg, d.h. um einen kleinen Winkel zur Horizontalebene geneigt, eingeführt werden kann.
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Mit der in 1a dargestellten ersten Leiterplatte 20 wird im eingebauten Zustand eine Feldgeräteschnittstelle 16 für das in 6 dargestellte Feldgerät realisiert. Durch die Feldgeräteschnittstelle 16 kann in Kombination mit der elektronischen Schaltung 15 des Feldgerätes 1 je nach Ausgestaltung entweder an eine Zwei-, Drei oder Vierdrahtleitung angebunden wird, umso Daten, insbesondere Mess- und/oder Stellwerte, zwischen der elektrischen Schaltung und beispielsweise einer übergeordneten Einheit zu kommunizieren.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren soll die erste Leiterplatte 20 mit dem in Längsrichtung an einer Leiterplattenkante angeordneten Steckverbinder 21, die eigentlich für die Montage entlang einer Längsachse eines Gehäuses 12 vorgesehen ist, in radialer Richtung bzw. parallel zu einer Querachse 12 des Gehäuses montiert werden. Hierzu sieht das Verfahren die folgenden weiteren Schritte vor:
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Figure 2 zeigt den nächsten Verfahrensschritt, der vorsieht, dass die erste Leiterplatte 20 radial durch die Gehäuseöffnung in das Feldgerätegehäuse eingeführt wird. Das radiale Einführen kann dabei, wie in 2 gezeigt, leicht schräg erfolgen, d.h. die erste Leiterplatte 20 wird um einen kleinen Winkel zu der Querachse des Gehäuses 12 geneigt eingeführt. Beispielsweise kann das radiale Einführen unter einem Winkel von kleiner 45°, vorzugsweise bei einem Winkel von ca. 30° erfolgen.
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Figure 3 zeigt den daran anschließenden Verfahrensschritt, der vorsieht, dass die erste Leiterplatte 20 derartig positioniert wird, dass sich der ersten Steckverbinder 21 in der Gehäuseöffnung 18 befindet. In einem daran anschließenden Schritt, welcher in Figure 4 dargestellt ist, wird der zweite starre Steckverbinder 22 der ersten Leiterplatte 20 und der endseitig auf der bereits in das Feldgerätegehäuse 12 in Längsrichtung ausgerichteten Leiterplatte 15b angeordnete Gegensteckverbinder 15e ineinandergesteckt. Anschließen wird eine zu dem ersten Steckverbinder 21 passgenaue Steckerhülse 30 in die Gehäuseöffnung 18 eingeführt und über den Steckverbinder 21 geschoben. Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, werden also das Gehäuse und die Steckerhülse als zunächst zwei getrennt Bauteile realisiert. Somit ist es möglich die Steckerhülse nach der Montage bzw. dem Einbringen des Steckverbinders in das Gehäuse einzubringen. Dies wiederum ermöglicht eine nicht winklige Montage des Steckverbinders, da die passgenaue Steckerhülse 30 zu dem Zeitpunkt des Einbringens der Leiterplatte noch nicht vorhanden ist. Anschließend wird, wie in Figure 5 dargestellt, die Steckerhülse 30 an dem Feldgerätegehäuse angeschweißt.
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In einem abschließenden Schritt wird das Feldgerät in Abhängigkeit der später angedachten Einsatzortes und der Konfiguration abschließend fertig hergestellt. Dies kann zum Beispiel das Einbringen eines Displays 19 sowie weiterer elektronischer Komponenten umfassen, wie es in Figure 6 exemplarisch dargestellt ist.
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Durch das zuvor beschrieben Verfahren wird ein, insbesondere kostengünstiges Feldgerät der Automatisierungstechnik hergestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Feldgerät der Automatisierungstechnik
- 12
- Feldgerätegehäuse
- 13
- Innenraum
- 14
- Sensor- und/oder Aktorelement
- 15
- Elektronische Schaltung
- 15a-15c
- Leiterplatten
- 15d
- Steck- und Gegensteckverbinder
- 15e
- Starrer Gegensteckverbinder
- 15f
- Steckachse des Gegensteckverbinders
- 16
- Feldgeräteschnittstelle
- 17
- Rotationssymmetrischer Bereich
- 18
- Gehäuseöffnung
- 19
- Display
- 20
- Erste Leiterplatte
- 21
- Erster Steckverbinder
- 22
- Zweiter Steckverbinder
- 23
- Steckachse des zweiten Steckverbinders
- 24
- Elektronische Bauteile, bspw. für EMV- und/oder ExSchutzmaßnahmen
- 30
- Steckerhülse
