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Die Erfindung betrifft ein Feldgerät der Prozess- und Automatisierungstechnik zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer chemischen und/oder physikalischen Prozessgröße eines Mediums.
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Feldgeräte in der Prozess- und Automatisierungstechnik dienen der Überwachung und/oder Bestimmung mindestens einer, beispielsweise chemischen und/oder physikalischen, Prozessgröße eines Mediums. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung werden im Prinzip alle Messgeräte als Feldgerät bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von Firmen der Endress+Hauser-Gruppe hergestellt und vertrieben.
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Bei der von dem Feldgerät zu bestimmenden Prozessgröße kann es sich um den Füllstand, den Durchfluss, den Druck, die Temperatur, den pH-Wert, ein Redoxpotential, oder die Leitfähigkeit des jeweiligen Mediums handeln. Die der Bestimmung der Prozessgröße zugrundeliegenden unterschiedlichen, möglichen Messprinzipien sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden hier nicht weiter erläutert. Feldgeräte zur Messung des Füllstands sind insbesondere als Mikrowellen-Füllstandsmessgeräte, Ultraschall-Füllstandsmessgeräte, zeitbereichsreflektometrische Füllstandsmessgeräte (TDR), radiometrische Füllstandsmessgeräte, kapazitive Füllstandsmessgeräte, konduktive Füllstandsmessgeräte und vibronische Füllstandsmessgeräte ausgestaltet. Feldgeräte zur Messung des Durchflusses dagegen arbeiten beispielsweise nach dem Coriolis-, Ultraschall-, Vortex-, thermischen und/oder magnetisch induktiven Messprinzip. Bei Druckmessgeräten handelt es sich bevorzugt um sogenannte Absolut-, Relativ- oder Differenzdruckgeräte. 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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Ein Feldgerät umfasst typischerweise einen zumindest teilweise und/oder zumindest zeitweise mit dem Prozess in Berührung kommende Sensoreinheit und eine Elektronikeinheit, welche beispielsweise der Signalerfassung, Signalauswertung und/oder Signalspeisung dient. Die Elektronikeinheit des Feldgeräts ist typischerweise in einem Gehäuse angeordnet und verfügt zusätzlich über mindestens ein Anschlusselement zum Anschluss der Elektronikeinheit an den Sensor und/oder eine externe Einheit und zum Übertragen von Daten und/oder Energie. Das Anschlusselement kann eine beliebige Verbindung sein, auch eine drahtlose Verbindung ist einsetzbar.
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Aufgrund der räumlichen Nähe der Feldgeräte zum Medium werden Feldgeräte häufig explosionssicher angefertigt. Insbesondere die Ausgestaltung der Feldgeräte mit der Zündschutzart „Druckfeste Kapselung“ oder Ex-d soll verhindern, dass ein Funke und/oder eine daraus entstehende Explosion aus einer Kammer des Feldgeräts, in der beispielsweise die Elektronikeinheit angeordnet ist, in weitere Kammern, wie beispielsweise die der Sensoreinheit, vordringt und damit möglicherweise in das Medium und in den Prozess durchschlägt. Dementsprechend müssen solche Kammern durch eine druckfeste Kapselung voneinander getrennt sein. Dies kann auf einfache Weise mittels einer druckfesten Wand geschehen. In der Regel wird mindestens ein Leiterelement zur Leitung elektrischer Signale von einer Kammer in eine andere Kammer durch die Wand hindurchgeführt, so dass der Bereich des mindestens einen Leiterelements als kritisch für das Erreichen der druckfesten Kapselung zu betrachten ist.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt geworden, dass Kammern des Feldgeräts durch eine Wand getrennt werden, wobei in der Wand zwei Durchführungsfilter vorgesehen sind, um elektrische Signale zwischen den Kammern auszutauschen. Die Durchführungsfilter bestehen im Wesentlichen aus einer Schraube und einen durch die Schraube führenden Kupferdraht, an welchem beispielsweise Steckkontakte angebracht werden. Die beiden Durchführungsfilter werden zunächst in ein in der Wand vorgesehenes Gewinde eingeschraubt und anschließend im Bereich der Wand vergossen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Feldgerät bereitzustellen, bei welchem eine druckfeste Kapselung auf alternative Weise erreicht wird.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Feldgerät der Prozess- und Automatisierungstechnik zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer chemischen und/oder physikalischen Prozessgröße eines Mediums, umfassend
- - ein Gehäuse,
- - eine erste Kammer und eine zweite Kammer, welche in dem Gehäuse angeordnet und mittels einer Trennwand voneinander getrennt sind, wobei in der ersten Kammer mindestens eine erste Einheit des Feldgeräts und in der zweiten Kammer mindestens eine zweite Einheit des Feldgeräts angeordnet ist, wobei die Trennwand mindestens eine Durchgangsbohrung aufweist, wobei die mindestens eine Durchgangsbohrung eine Wandung aufweist, welche zumindest teilweise eine strukturierte Oberfläche aufweist, und
- - ein Leiterelement, welches zumindest teilweise in die mindestens eine Durchgangsbohrung eingeführt ist, wobei das Leiterelement dazu ausgestaltet ist, eine elektronische Verbindung mindestens zwischen der mindestens ersten Einheit und der mindesten zweiten Einheit herzustellen, wobei das Leiterelement zumindest teilweise in der mindestens einen Durchgangsbohrung mittels einer Vergussmasse vergossen ist.
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Erfindungsgemäß wird das Leiterelement zumindest teilweise in die mindestens eine Durchgangsbohrung eingeführt und in dieser vergossen. Durch die zumindest teilweise vorhandene strukturierte Oberfläche der Wandung der Durchgangsbohrung wird eine bessere Haftung der Vergussmasse an der Wandung der Durchgangsbohrung erreicht, wodurch eine hohe Druckfestigkeit im Bereich des Leiterelements und der Vergussmasse erreicht wird. Ein Ex-d Schutz ist damit gewährleistet. Die strukturierte Oberfläche kann eine Strukturierung, eine Musterung oder Maserung der Oberfläche der Wandung sein. Um eine elektronische Verbindung mindestens zwischen der mindestens ersten Einheit und der mindesten zweiten Einheit herzustellen, kann das Leiterelement derart in die Durchgangsbohrung eingeführt sein, dass das Leiterelement über beide Endbereiche der Durchgangsbohrung hinausragt. In diesem Fall bietet es sich an, die Durchgangbohrung möglichst vollständig mit Vergussmasse zu füllen. Es ist auch möglich, dass das Leiterelement nur teilweise in die Durchgangsbohrung eingeführt ist und die Durchgangsbohrung beispielsweise nur teilweise mit Vergussmasse befüllt wird.
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In einer Ausgestaltung ist die strukturierte Oberfläche in Form eines Gewindes ausgestaltet. Ein Gewinde ist auf einfache Weise in die Durchgangsbohrung einbringbar und verbessert die Haftung der Vergussmasse mit der Wandung der Durchgangsbohrung im Bereich des Gewindes.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die strukturierte Oberfläche eine definierte Rauigkeit auf. Auch eine definierte Rauigkeit der Wandung verbessert die Haftung der Vergussmasse mit der Wandung der Durchgangsbohrung im Bereich der strukturierten Oberfläche. Die definierte Rauigkeit kann mit weiteren Ausgestaltungen der strukturierten Oberfläche, wie beispielsweise in Form eines Gewindes, kombiniert werden.
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Vorteilhafterweise umfasst das Feldgerät eine Dichtung, welche derart angeordnet und/oder ausgestaltet ist, dass die Vergussmasse in ihrer räumlichen Ausdehnung in Richtung der ersten Kammer oder der zweiten Kammer begrenzt ist. Die Dichtung kann beispielsweise ein Dichtring oder ein anderes Dichtelement sein. Bei Einfüllen der Vergussmasse verhindert die Dichtung, dass die Vergussmasse in eine unerwünschte Richtung vordringt, und sorgt für eine gewünschte Befüllung der Durchgangsbohrung mit der Vergussmasse.
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Bevorzugterweise ist ein Halter vorgesehen, welcher dazu ausgestaltet ist, das Leiterelement auszurichten. Der Halter ist beispielsweise eine Halterung oder eine Halterelement und sorgt vor dem zumindest teilweisen Vergießen des Leiterelements in der Durchgangsbohrung für eine gewünschte Anordnung des Leiterelements im Bereich der Durchgangsbohrung. Auf diese Weise wird beim zumindest teilweisen Vergießen des Leiterelements in der Durchgangsbohrung sichergestellt, dass das Leiterelement in der gewünschten Position ist und auf eine definierte Art und Weise vergossen wird.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist in der ersten Kammer mindestens ein erstes Anschlusselement und in der zweiten Kammer mindestens ein zweites Anschlusselement angeordnet, welche jeweils mit dem Leiterelement und der mindestens ersten Einheit oder der mindestens zweiten Einheit verbunden sind. Das mindestens erste Anschlusselement und das mindestens zweite Anschlusselement stellen jeweils eine elektrische Verbindung zwischen dem Leiterelement und der mindestens ersten Einheit bzw. der mindestens zweiten Einheit her.
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Bevorzugterweise ist das mindestens erste Anschlusselement und/oder das mindestens zweite Anschlusselement eine Klemme oder ein Federkontaktstift. Auf diese Weise ist das jeweilige Anschlusselement auf einfache Weise mit dem Leiterelement, der mindestens ersten Einheit oder der mindestens zweiten Einheit verbindbar.
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Vorteilhafterweise umfasst das Leiterelement zumindest eine Leiterplatte. Leiterplatten sind in vielen Ausführungsformen vorhanden und können auf einfache Weise an die Anforderungen im Feldgerät angepasst werden. Beispielsweise kann eine Leiterplatte gewählt werden, welche nicht nur über jeweils eine Kontaktfläche der Leiterplatte mit der mindestens ersten Einheit oder der mindestens zweiten Einheit verbunden ist, sondern mehrere Kontaktflächen für die beiden Verbindungen zur mindestens ersten Einheit und zur mindestens zweiten Einheit bereitstellt, so dass eine mehrfache und stabile Verbindung herstellbar ist. Insbesondere ist dadurch eine größere Anzahl von elektrischen Signalen über die Leiterplatte übermittelbar.
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In einer Weiterbildung umfasst das Leiterelement zumindest zwei Stifte. Die beiden Stifte können jeweils zumindest teilweise in eine Durchgangsbohrung eingeführt sein. Die beiden Stifte können das Leiterelement bilden oder Teil des Leiterelements sein.
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In einer Ausgestaltung umfasst das Leiterelement eine Leiterplatte und zwei senkrecht zur Leiterplatte angeordnete, an dieser befestigten Stifte, wobei die zwei Stifte in zwei Durchgangsbohrungen der Trennwand eingeführt sind.
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Bevorzugterweise ist die mindestens erste Einheit eine Sensoreinheit, welche dazu ausgestaltet ist, mindestens eine Messgröße des Mediums zu bestimmen. Mithilfe der vorliegen Erfindung wird insbesondere das Durchschlagen einer Explosion in die Sensoreinheit vermieden, welche somit durch eine in der zweiten Kammer stattfindenden Explosion nicht beschädigt wird. Die Explosion wird damit vom Medium und vom Prozess ferngehalten.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die mindestens zweite Einheit eine Elektronikeinheit, welche dazu ausgestaltet ist, anhand der mindestens einen Messgröße die mindestens eine Prozessgröße zu ermitteln. Insbesondere in der Elektronikeinheit kann sich ein Funke und in Folge eine Explosion bilden, welche nicht in die benachbarte erste Kammer eindringen darf.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der nachfolgenden Figuren 1-5 näher erläutert werden. Sie zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Feldgeräts.
- 2: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Feldgeräts vor dem Vergießen des Leiterelements.
- Fig, 3: eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Feldgeräts vor dem Vergießen des Leiterelements.
- 4: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Feldgeräts nach dem Vergießen des Leiterelements.
- 5: eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung des Leiterelements, des Dichtelements und des Halters.
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Die vorliegende Erfindung ist für alle Arten von Feldgeräten einsetzbar. Dies gilt insbesondere für die Feldgeräte, welches eingangs beschrieben wurden, aber auch für alle hier nicht explizit benannten Feldgeräte.
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In 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Feldgeräts 1 gezeigt. Das Feldgerät 1 der Prozess- und Automatisierungstechnik dient zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer chemischen und/oder physikalischen Prozessgröße eines Mediums 2 und ist beispielhaft außerhalb eines das Medium 2 enthaltenden Behälters angeordnet, wobei das Feldgerät 1 bündig mit der Behälterwand 20 abschließt. Das Feldgerät 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in welchem eine erste Kammer 4 und eine zweite Kammer 5 angeordnet sind, die durch eine, insbesondere druckdicht mit dem Gehäuse 2 verbundene, Trennwand 6 voneinander getrennt sind. Die Trennwand 6 weist eine Durchgangsbohrung 9 auf (siehe 2), in welche ein Leiterelement 12 zumindest teilweise eingebracht und mittels einer Vergussmasse (siehe 4) vergossen ist. Das Leiterelement 12 ist dazu ausgestaltet, eine elektronische Verbindung mindestens zwischen einer in der ersten Kammer 4 angeordneten mindestens ersten Einheit 7 und einer in der zweiten Kammer 5 angeordneten mindestens zweiten Einheit 8 herzustellen. Die mindestens erste Einheit 7 ist beispielsweise eine Sensoreinheit, welche dazu ausgestaltet ist, mindestens eine Messgröße des Mediums 2 zu bestimmen. Die mindestens zweite Einheit 8 ist beispielsweise eine Elektronikeinheit, welche dazu ausgestaltet ist, anhand der mindestens einen Messgröße die mindestens eine Prozessgröße zu ermitteln. Zur Verbindung des Leiterelements 12 mit der mindestens ersten Einheit 7 und der mindestens zweiten Einheit 8 können mindestens ein in der ersten Kammer 4 angeordnetes, mindestens erstes Anschlusselement 16 sowie ein in der zweiten Kammer 5 angeordnetes, mindestens zweites Anschlusselement 17 vorgesehen sein. Beispielsweise sind das mindestens erste Anschlusselement 16 und/oder das mindestens zweite Anschlusselement 17 eine Klemme oder ein Federkontaktstift.
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In 2 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Feldgeräts 1 vor dem Vergießen des Leiterelements 12 dargestellt. Die Trennwand 6 weist mindestens eine Durchgangsbohrung 9 mit einer Wandung 10 auf. Die Wandung 10 weist zumindest teilweise und/oder zumindest abschnittsweise eine strukturierte Oberfläche 11 auf, welche in 2 beispielhaft in Form eines Gewindes ausgestaltet ist. Zur besseren Anschaulichkeit ist in 3 eine Detailansicht gezeigt, in der die strukturierte Oberfläche 11 in Form eines Gewindes gut zu erkennen ist. Alternative Möglichkeiten der Ausgestaltung der strukturierten Oberfläche 11 sind damit nicht ausgeschlossen. Beispielsweise kann die strukturierte Oberfläche 11 eine definierte Rauigkeit aufweisen. Das Leiterelement 12 ist zumindest teilweise in die mindestens eine Durchgangsbohrung 9 eingeführt. Zusätzlich ist in 2 eine optionale Dichtung 14 gezeigt, welche derart angeordnet und/oder ausgestaltet ist, dass die Vergussmasse 13 in ihrer räumlichen Ausdehnung in Richtung der ersten Kammer 4 oder der zweiten Kammer 5 begrenzt ist. Wie aus 2 ersichtlich, begrenzt die Dichtung 14 das Vordringen der Vergussmasse 13 über die Dichtung hinaus in Richtung der ersten Kammer 4. Ein optionaler Halter 15 dient dabei zur Ausrichtung und/oder Positionierung des Leiterelements 12, welches sich vor und während des Vergussprozesses in einer vorgegebenen Position befinden soll.
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Das Leiterelement 12 ist beispielhaft als Leiterplatte 18 mit zwei senkrecht zur Leiterplatte 18 angeordneten, an der Leiterplatte 18 befestigten Stiften 19 dargestellt. Die Trennwand 6 weist in diesem Beispiel zwei Durchgangsbohrungen 9 auf, in welche jeweils ein Stift 19 eingeführt ist. Alternativ kann das Leiterelement 12 unter anderem einen Kupferdraht, eine Leiterplatte und/oder zumindest zwei Stifte umfassen.
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4 zeigt das erfindungsgemäße Feldgerät 1 nach Abschluss des Vergussprozesses. Das Leiterelement 12 ist zumindest teilweise in der mindestens einen Durchgangsbohrung 9 mittels der Vergussmasse 13 vergossen. Die strukturierte Oberfläche 11 unterstützt die Haftung der Vergussmasse 13 in der Durchgangbohrung 9.
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In 5 sind das in den Figuren 2-4 beispielhaft eingesetzte Leiterelement 12, sowie die optionale Dichtung 14 und der optionale Halter 15 im Detail gezeigt. Auf der Leiterplatte 18 des Leiterelements sind beispielsweise Kontaktflächen 21 vorgesehen, welche mit dem mindestens ersten Anschlusselement 16 oder dem mindestens zweiten Anschlusselement 17 verbindbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Feldgerät
- 2
- Medium
- 3
- Gehäuse
- 4
- erste Kammer
- 5
- zweite Kammer
- 6
- Trennwand
- 7
- erste Einheit
- 8
- zweite Einheit
- 9
- Durchgangsbohrung
- 10
- Wandung
- 11
- strukturierte Oberfläche
- 12
- Leiterelement
- 13
- Vergussmasse
- 14
- Dichtung
- 15
- Halter
- 16
- erstes Anschlusselement
- 17
- zweites Anschlusselement
- 18
- Leiterplatte
- 19
- Stift
- 20
- Behälterwand
- 21
- Kontaktflächen
