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Die
Erfindung betrifft ein modulares Meßgerät mit einem Sensor-Modul, in
dem ein Sensor angeordnet ist, und mit einem Elektronik-Modul, in
dem eine Meßgerät-Elektronik
angeordnet ist.
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Meßgeräte, insb.
vor Ort installierte Feldmeßgeräte, bilden
die Basis der industriellen Meß-
und Regeltechnik. So werden z.B. in nahezu allen industriellen Anlagen,
z.B. in der Chemie, in der Lebensmittelindustrie oder in Wasseraufbereitungsanlagen,
Meßgerät eingesetzt,
um Prozeßgrößen, wie
z.B. Druck, Temperatur, Füllstand,
Durchfluß oder
andere Meßgrößen, vor
Ort zu messen und/oder zu überwachen.
Die Meßgeräte sind
an einem Meßort
angeordnet und enthalten einen physikalisch-elektrischen Sensor,
der die gewünschte Prozeßgröße erfaßt und in
eine elektrische Größe umwandelt.
Die elektrische Größe wird
einer Elektronik zugeführt,
die diese weiterverarbeitet und in ein elektrisches Ausgangssignal
umwandelt, das eine Anzeige und/oder eine Weiterleitung des Meßergebnisses
ermöglicht.
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So
ist beispielsweise in der EP-A 984 248 ein modulares Meßgerät beschrieben,
das umfaßt:
- – ein
Sensor-Modul
– mit
einem Sensorraum in dem ein physikalisch-elektrischer Sensor angeordnet
ist, und
- – ein
Elektronik-Modul
– mit
einem Elektronikraum in dem eine Meßgerät-Elektronik angeordnet ist,
sowie
- – ein
am Elektronik-Modul gehaltertes, mit der Meßgerät-Elektronik elektrisch verbundenes
erstes Anschlußelement
und ein lediglich an diesem gehaltertes, mit dem Sensor elektrisch
verbundenes zweites Anschlußelement,
- – wobei
Sensor-Modul und Elektronik-Modul unter Bildung eines zwischen Sensor-
und Elektronikraum liegenden, insb. gegüber der umgebenden Atmosphäre fluiddicht
und/oder druckdicht verschlossenen, Verbindungsraums wieder lösbar miteinander
mechanisch verbunden sind,
- – wobei
zum Anschließen
der Meßgerät-Elektronik
an den Sensor die beiden Anschlußelemente miteinander elektrisch,
insb. galvanisch, verbunden sind, so daß Meßgerät-Elektronik und Sensor miteinander
elektrisch gekoppelt sind, und
- – wobei
die beiden miteinander verbundenen Anschlußelemente in dem zwischen Sensor-
und Elektronikraum gebildeten Verbindungsraum untergebracht sind.
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Das
gezeigte Elektronik-Modul weist ferner eine mittels eines Gehäuse-Deckels
verschließbare Öffnung auf,
durch die die Meßgerät-Elektronik
in das Elektronik-Modul
eingeführt
werden kann. Bei allfällig
erforderlichen Reparaturen der Meßgerät-Elektronik ist der Gehäuse-Deckel
entsprechned wieder zu öffnen.
Die elektrischen Verbindungen sind manuell zu trennen und anschließend die
entsprechenden Leiterplatten zu entfernen und gegen neu zu ersetzen.
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Das
Entfernen und Anbringen des Gehäuse-Deckels
sowie auch einer Leiterplatte erfordert viel Platz, da entweder
die Leiterplatte aus dem Elektronik-Modul herausgezogen oder der
Gehäuse-Deckel über die
Leiterplatte geführt
werden muss. Außerdem
muss für
die Wiederherstellung einer sicheren elektrischen Verbindungen zumeist
die Sicht zu den Steckern und Buchsen gewährleistet sein. In Abfüll-Anlagen
für Flüssigkeiten bei
denen auf engstem Raum zahlreiche Feldmeßgeräte wie auch Armaturen gestellt
sind ist jedoch zumeist kein für
den Austausch der Meßgerät-Elektronik
ausreichender Platz angeboten. Zudem kann auch oftmals die Verbindung
zwischen dem üblicherweise
installiert belassenen Elektronk-Modul und der Meßgerät-Elektronik nicht
eingesehen werden, so daß das
Herstellen der elektrischen wie Verbindung zumeist erheblichen Schwierigkeiten
unterliegt.
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Meßgerät anzugeben, bei dem ein allfälliges Reparieren
oder Austauschen der Meßgerät-Elektronik
einfach und schnell durchführbar
ist, insb. auch unter den zumeist engen Platzverhältnisse
in Abfüll-Anlagen.
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Zur
Lösung
der Aufgabe besteht die Erfindung in einem modularen Meßgerät, das umfaßt:
- – ein
Sensor-Modul
– mit
einem Sensorraum in dem ein physikalisch-elektrischer Sensor angeordnet
ist, und
- – ein
Elektronik-Modul
– mit
einem Elektronikraum in dem eine Meßgerät-Elektronik angeordnet ist,
sowie
- – ein
am Elektronik-Modul gehaltertes, mit der Meßgerät-Elektronik elektrisch verbundenes
erstes und ein am Sensor-Modul gehaltertes, mit dem Sensor elektrisch
verbundenes zweites Anschlußelement,
- – wobei
Sensor-Modul und Elektronik-Modul unter Bildung eines zwischen Sensor-
und Elektronikraum liegenden, insb. gegüber der umgebenden Atmosphäre fluiddicht
und/oder druckdicht verschlossenen, Verbindungsraums wieder lösbar miteinander
mechanisch verbunden sind,
- – wobei
die beiden Anschlußelemente
miteinander elektrisch, insb. galvanisch, verbunden sind, so daß Meßgerät-Elektronik
und Sensor miteinander elektrisch gekoppelt sind, und
- – wobei
die beiden miteinander verbundenen Anschlußelemente in dem zwischen Sensor-
und Elektronikraum gebildeten Verbindungsraum untergebracht sind.
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Nach
einer ersten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung ist wenigstens
eines der beiden Anschlußelemente
bewegbar gehaltert.
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Nach
einer zweiten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung weisen wenigstens
eine Seitenwand wenigstens eines der beiden Anschlußelemente wenigstens
einen im wesentlichen geraden Ansatz und wenigstens eine Seitenwand
des Verbindungsraums wenigstens eine im wesentlichen gerade, mit
dem Ansatz des Anschlußelements
korrspondierende Nut auf, wobei der Ansatz des Anschlußelements
von der Nut des Verbindungsraums aufgenommen ist.
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Nach
einer dritten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung weisen wenigstens
eine Seitenwand wenigstens eines der beiden Anschlußelemente
wenigstens eine im wesentlichen gerade Nut und wenigstens eine Seitenwand
des Verbindungsraums einen im wesentlichen geraden, mit der Nut
des Anschlußelements korrspondierenden
Ansatz auf, wobei der Ansatz des Verbindungsraums von der Nut des
Anschlußelements aufgenommen
ist.
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Nach
einer vierten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung weisen wenigstens
eines der beiden Anschlußelemente
zueinander im wesentlichen parallel ausgerichtete, elektrisch leitfähige Stecker-Elemente und
das andere der beiden Anschlußelemente
mit den Stecker-Elementen korrespondierende, zueinander im wesentlichen
parallel ausgerichtete, elektrisch leitfähige Buchsen-Elemente auf, wobei
die Stecker-Elemente in die Buchsen-Elemente eingeführt sind
und diese so kontaktieren, daß Sensor
und Meßgerät-Elektronik
miteinander elektrisch verbunden sind und wobei Stecker-Elemente
und Buchsen-Elemente im wesentlichen parallel zur wenigstens einen
Nut des Verbindungsraums und/oder zum wenigstens einen Ansatz des
Verbindungsraums ausgerichtet sind.
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Nach
einer fünften
Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung
ragen sowohl die Stecker-Elemente als auch die Buchsen-Elemente
in den Verbindungsraum hinein.
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Nach
einer sechsten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung ist wenigstens
eines der Stecker-Elemente und/oder wenigstens eines Buchsen-Elemente
innerhalb des zugehörigen
Anschlußelements lateral-
und/oder dreh-beweglich gehalten.
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Nach
einer siebenten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung ist die wenigstens
eine Nut der Seitenwand und der mit dieser korrespondierende Ansatz
so angeordnet sind, daß eine
Einbaulage des Sensor-Modul relativ zum Elektronik-Modul eindeutig
codiert und ein fehlerhafter Zusammenbau verhindert.
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Nach
einer achten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung sind zum Verhindern
eines fehlerhafter Zusammenbaus von Sensor-Modul und Elektronik-Modul der wenigstens
eine Ansatz des Verbindungsraums und die mit diesem korrespondierende
Nut des jeweiligen Anschlußelements
so angeordnet, daß eine
Einbaulage des Sensor-Modul relativ zum Elektronik-Modul eindeutig
bestimmt ist.
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Nach
einer neunten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung sind zum Verhindern
eines fehlerhafter Zusammenbaus von Sensor-Modul und Elektronik-Modul die wenigstens
eine Nut des Verbindungsraums und der mit dieser korrespondierende
Ansatz des jeweiligen Anschlußelements
so angeordnet sind, daß eine Einbaulage
des Sensor-Modul relativ zum Elektronik-Modul eindeutig bestimmt
ist.
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Nach
einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Meßgerät weiters eine im wesentlichen rinförmige Dichtung,
die so im Verbindungsraum angeordenet ist, daß sie wenigstens eines der
beiden Anschlußelemente
seitlich umschließt
und die mit einer Außenseite
wenigstens eine Seitenwand des Verbindungsraums kontaktiert.
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Nach
einer elften Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung ist die Dichtung
koaxial, insb. konzentrisch, zum umschlossenen Anschlußelement
angeordnet.
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Nach
einer zwölften
Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung
ist die Dichtung innerhalb des Verbindungsraums im Bereich eines
in der Seitenwand des Verbindungsraums umlaufenden Spalts angeordnet, und
zwar zwischen Anschlußelement
und Seitenwand des Verbindungsraums liegend.
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Nach
einer dreizehnten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung weist die
Dichtung an der die Seitenwand des Verbindungsraums kontaktierenden
Außenseite
zwei zueinander im wesentlichen parallel verlaufende Dichtlippen
auf.
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Nach
einer vierzehnten Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung ist die Dichtung
so im Verbindungsraum angeordnet, daß die beiden Dichtlippen im
wesentlichen parallel zum Spalt in der Seitenwand des Verbindungsraums
verlaufen.
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Nach
einer fünfzehnten
Ausgestaltung des Meßgeräts der Erfindung
ist die Dichtung so im Verbindungsraum angeordnet, daß der Spalt
in der Seitenwand des Verbindungsraums im wesentlichen zwischen den
Dichtlippen der Dichtung verläuft.
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Das
erfindungsgemäße Meßgerät bietet
den Vorteil, daß die
elektrische Verbindung beim Entfernen des Elektronik-Moduls vom
Sensor-Modul, insb. bei Verwendung des die beiden Anschlußelemente
umfassenden integrierten Stecksystem, automatisch getrennt wird.
Der erforderliche Steckweg und somit der Platzbedarfes für das Austauschen
des Elektronik-Moduls kann so erheblich verringert, beispielsweise
auf etwa 25 mm. Bei Bedarf kann anschließend die Meßgerät-Elektronik aus dem Elektronik-Modul
herausgezogen und repariert oder aber auch mit einem kompletten
Elektronik-Modul ersetzt werden. Zu dem kann die korrekte Positionierung
und Kontaktierung des Elektronik-Moduls mit dem Sensor-Modul beim
Zusammenbau durch eine mechanische Kodierung und Zentrierung auf
einfach Weise sichergestellt werden. Das erste Anschlußelement ist
dafür mit
dem Sensor-Modul fest verbunden und das zweite Anschlußelement
im Sensor-Modul begrenzt bewegbar gehaltert. Dadurch können die
Toleranzen aufgenommen werden und die allfällig vorhandenen Steckkontakte
bleiben von zusätzlicher
Belastungen verschont. Die empfindlichen elektrischen Steckerkontakte
sind außerdem
im Elektronik-Moduls versenkt angeordnet und so vor unbeabsichtigten
Beschädigungen
geschützt.
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Ein
weiterer Vorteil dieses Meßgeräts besteht
darin, daß er
modular aufgebaut ist. Elektronik und Sensor sind separate Bausteine,
die unabhängig
voneinander eingesetzt werden können
und lediglich durch das Anschlußelement
miteinander zu verbinden sind. Damit kann der Meßgerät mit geringem Aufwand gefertigt werden
und bietet ein hohes Maß an
Flexibilität.
Es kann z.B. ein Baukasten aus verschiedenen Elektroniken und verschiedenen
Sensortypen vorgesehen werden, die beliebig miteinander kombinierbar
sind.
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Die
Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figur der Zeichnung,
in der ein Ausführungsbeispiel
dargestellt ist, näher
erläutert.
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1 zeigt
perspektivisch ein modulares Meßgerät mit einem
Sensor- und einem Elektronik-Modul,
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2, 3 zeigen
perspektivisch das Meßgerät von 1 mit
einem vom Sensor-Modul getrennten Elektronik-Modul und
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4 zeigt
eine für
das das Meßgerät von 1 geeignete
Dichtung in einem Querschnitt.
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In 1 ist
ein modulares Meßgerät dargestellt.
Das Meßgerät umfaßt ein Sensor-Modul 5 mit
einem Sensorraum in dem ein physikalisch-elektrischer Sensor 7 angeordnet
ist, und ein Elektronik-Modul 13 mit einem Elektronikraum
in dem eine Meßgerät-Elektronik
angeordnet ist. Der Sensor 7 kann z.B. ein Drucksensor, ein
Temperatursensor, eine kapazitive Füllstandssonde, ein Ultraschallsensor
oder ein Mikrowellen sendendes und empfangendes Mikrowellenmodul
oder, wie hier gezeigt, ein in den Verlauf einer Rohrleitung einsetzbarer Durchflußmesser
sein.
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Ferner
weist das Meßgerät ein am
Elektronik-Modul 13 gehaltertes, mit der Meßgerät-Elektronik 7 elektrisch
verbundenes erstes Anschlußelement 19 und
ein am Sensor-Modul 5 gehaltertes, mit dem Sensor 7 elektrisch
verbundenes zweites Anschlußelement 20 auf.
Sensor-Modul 5 und Elektronik-Modul 13 sind unter
Bildung eines zwischen Sensor- und Elektronikraum liegenden, insb.
gegüber
der umgebenden Atmosphäre
fluiddicht und/oder druckdicht verschlossenen, Verbindungsraums 17 wieder
lösbar
miteinander mechanisch verbunden. Die beiden Anschlußelemente 19, 20 sind
miteinander elektrisch, insb. galvanisch, verbunden, so daß Meßgerät-Elektronik
und Sensor miteinander elektrisch gekoppelt sind, wobei die beiden
miteinander verbundenen Anschlußelemente
in dem zwischen Sensor- und Elektronikraum gebildeten Verbindungsraum 17 untergebracht
sind.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung weisen wenigstens eines der beiden
Anschlußelemente
zueinander im wesentlichen parallel ausgerichtete, elektrisch leitfähige Stecker-Elemente
und das andere der beiden Anschlußelemente mit den Stecker-Elementen
korrespondierende, zueinander im wesentlichen parallel ausgerichtete,
elektrisch leitfähige
Buchsen-Elemente auf. Die Stecker-Elemente sind in die Buchsen-Elemente
eingeführt
und kontaktieren diese so, daß Sensor 7 und
Meßgerät-Elektronik 7 miteinander
elektrisch verbunden sind.
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Das
Meßgerät ist dafür vorgesehen
und geeignet, an einem Meßort,
beispielsweise in den Verlauf einer nicht gezeigten Fluidleitung,
eingesetzt zu werden. Hierzu weist das Sensor-Modul 5,
wie in den 1 bis 3 schematisch
dargestellt, ein Meßrohr 11 sowie
an dieses angeformte Flansche 1 auf, mit denen das Meßgerät an entsprechende
Gegenflansche montierbar ist. Das Sensor-Modul 5 ist von einem kassettenförmigen Modul-Gehäuse abgeschlossen.
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Neben
dem Sensor-Modul 5 weist das Meßgerät weiters ein mit dem Sensor-Modul mechanisch
und elektrisch verbundenes Elektronik-Modul 13 auf. In diesem
befindet sich eine in 1 nicht dargestellte Meßgerät-Elektronik.
Das Elektronik-Modul 13 ist ebenfalls von einem kassettenförmigen Modul-Gehäuse abgeschlossen.
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Zwischen
dem Sensor-Modul 5 und dem Elektronik-Modul 13 ist
der Verbindungsraum 17 gebildet, durch den das Elektronik-Modul 13 mit
dem Sensor-Modul 5 verbunden ist. Das Anschlußelement 19 erstreckt sich
in den Verbindungsraum 17 hinein und verschließt den Verbindungsraum 17.
Das sensor-zugewandte Ende des Anschlußelements 19 weist
eine Außengeometrie
auf, die im wesentlichen gleich einer Innengeometrie des Verbindungsraums 17 ist.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen eine Seitenwand
eines der beiden Anschlußelemente 19, 20 eine
im wesentlichen gerade Nut 41 und eine Seitenwand des Verbindungsraums
einen im wesentlichen geraden, mit der Nut 41 des Anschlußelements
korrspondierenden Ansatz 42 auf, wobei der Ansatz des Verbindungsraums,
wie aus der der Zusammenschau der 1 bis 3 ohne
weiteres ersichtlich, von der Nut des Anschlußelements aufgenommen ist.
Alternativ oder in Ergänzung
dazu kann auch die Seitenwand eines der beiden Anschlußelemente
ein im wesentlichen gerader Ansatz und dementsprechend die Seitenwand
des Verbindungsraums eine im wesentlichen gerade, mit dem Ansatz
des Anschlußelements
korrspondierende Nut aufweisen, wobei dann der Ansatz des Anschlußelements
von der Nut des Verbindungsraums aufgenommen ist.
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Für den erwähnten Fall,
daß die
beiden Anschlußelemente 19, 20 Stecker-
und mit diesen korrespondierende Buchsen-Elemente aufweisen, sind
diese Stecker- und
Buchsen-Elemente, um ein Zusammenstecken zu ermöglichen, im wesentlichen parallel
zur wenigstens einen Nut des Verbindungsraums und/oder zum wenigstens
einen Ansatz des Verbindungsraums ausgerichtet.
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Zur
Schonung der empfindlichen Stecker- und Buchsen-Elemente sind die
Anschlußelemente
vorzugsweise so ausgebildet, daß sowohl
die Stecker-Elemente
als auch die Buchsen-Elemente in den Verbindungsraum hineinragenund/oder
sind die Stecker-Elemente und/oder die Buchsen-Elemente innerhalb
des zugehörigen
Anschlußelements
lateral- und/oder dreh-beweglich gehalten.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dem wenigstens eines
der beiden Anschlußelemente
bewegbar gehaltert.
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Durch
das beweglich halten der Anschlußelemente und/oder der Stecker-
und Buchsen-Elemete können
allfälige
Toleranzen aufgenommen und die vorhandenen Steckkontakte von zusätzlicher
Belastungen verschont werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Nut der Seitenwand
und der mit dieser korrespondierende Ansatz des Anschlußelements
und/oder der Ansatz des Verbindungsraums und die mit diesem korrespondierende
Nut des Anschlußelements
so angeordnet, daß eine
Einbaulage des Sensor-Modul 5 relativ zum Elektronik-Modul 13 eindeutig
codiert, wodurch ein fehlerhafter Zusammenbau wirksam verhindert ist.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung ist dort, wo die beiden Module
aneinandergrenzen und so einen umlaufenden Spalt 34 bilden
eine Dichtung 33, beispielsweise aus einem Elastomer, vorgesehen.
Die im wesentlichen rinförmige
Dichtung ist so im Verbindungsraum angeordenet, daß sie wenigstens
eines der beiden Anschlußelemente
seitlich umschließt
und die mit einer Außenseite
wenigstens eine Seitenwand des Verbindungsraums kontaktiert. Wie
in den 2 und 3 gezeigt, ist die Dichtung
koaxial, insb. konzentrisch, zum umschlossenen Anschlußelement
angeordnet.
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Im
in 2 bis 4 gezeigten Ausführungbeispiel
weisen die beiden Modul-Gehäuse
jeweils einen zylindrischen Abschnitt auf, die beide miteinander
fluchten. Jeder der beiden innere zylindrische Abschnitte weist
eine ringförmig
umlaufende Schulter auf, in der die Dichtung 33 gehalten
ist, und zwar so, daß die
Dichtung innerhalb des Verbindungsraums im Bereich des in der Seitenwand
des Verbindungsraums umlaufenden Spalts 34 angeordnet ist.
Die Dichtung liegt dabei zwischen Anschlußelement und Seitenwand des
Verbindungsraums.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist die Dichtung an ihrer die
Seitenwand des Verbindungsraums kontaktierenden Außenseite
zwei zueinander im wesentlichen parallel verlaufende Dichtlippen 33A, 33B auf.
Die Dichtung 33 ist dabei vorzugsweise so im Verbindungsraum
angeordnet, daß die
beiden Dichtlippen im wesentlichen parallel zum Spalt 34 in
der Seitenwand des Verbindungsraums 17 verlaufen. In vorteilhafter
Weise ist die Dichtung so im Verbindungsraum angeordnet, daß der Spalt
in der Seitenwand des Verbindungsraums im wesentlichen zwischen
den Dichtlippen der Dichtung verläuft.
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Die
Meßgerät-Elektronik
ist eine auf einer oder mehreren Leiterplatten montierte elektronische
Schaltung und die Leiterplatten sind in mit dem Anschlußelement
verbundene oder in diese integrierte Steckplätze im Inneren des Elektronik-Moduls einsteckbar.
An den Steckplätzen
sind elektrische Kontaktelemente vorgesehen, die beim Einstecken
der Leiterplatten einen elektrischen Kontakt herstellen.
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Auf
der sensor-zugewandten Seite des Anschlußelements 19 sind
Anschlüsse
vorgesehen, an die mit diesen korrespondierenden Anschlüsse des
Anschlußelements
anschließbar
sind. Diese Anschlüsse
sind z.B. Klemmstecker, in die Anschlußleitungen 25 des
Sensors 7 einsteckbar sind. Die Anschlüsse sind im Inneren des Anschlußelements 19 ebenfalls
jeweils mit einem Kontaktelement verbunden und darüber an die
elektrische Schaltung angeschlossen.
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Vorzugsweise
sind verbleibende freie Hohlräume
im Inneren des Elektronik-Moduls
und des darin gehalterten Anschlußelements 19 mit einer
Vergußmasse,
z.B. einem Silikongel, ausgefüllt.
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Das
Elektronik-Modul 13 weist eine Öffnung auf, durch die hindurch
die Meßgerät-Elektronik bei deren Montage
einzuführen
ist. Die Öffnung
ist mit einem lösbaren
Gehäuse-Deckel 27 verschlossen.
Bei geöffnetem Gehäuse-Deckel 27 sind
die Anschlußklemmen 23 zugänglich.
Ferner ist eine hermetisch dichte Durchführung vorgesehen, durch die
hindurch von außen
Leitungen in den Elektronik-Modul 5 eingeführt sind,
die dann an die Anschlußklemmen 23 anzuschließen sind.
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Liste
der verwendeten Bezugszeichen