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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System mit mindestens einer Sensoreinheit, mindestens einem Elektronikmodul und mindestens einem Schutzgehäuse zur Bildung einer Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter oder einer Rohrleitung. Das System umfasst vorzugsweise zumindest eine oder mehrere der folgenden Sensoreinheiten: Schwinggabel, Schwingstab, kapazitive Stabsonde, konduktive Stabsonde, frontbündige kapazitive oder konduktive Sonde. Es können jedoch auch andere Sensoreinheiten von dem System umfasst sein, z. B. Drucksensoren, Durchflussmesser, Leitfähigkeitssensoren, oder Radarantennen zur Füllstandsmessung.
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Aus der Prozessmesstechnik ist eine Vielzahl an Messgeräten zur Bestimmung oder Überwachung einer oder mehrerer unterschiedlicher Prozessgrößen bekannt. Derartige Vorrichtungen besitzen meist eine Sensoreinheit mit einem Sensorgehäuse, welches einen Prozessanschluss zur Befestigung des Messgeräts in oder an einer Wandung eines Behälters oder einer Rohrleitung aufweist. Mit dem Sensorgehäuse verbunden ist ein weiteres Gehäuse, welches außerhalb des Prozesses verbleibt, die Elektronikeinheit beherbergt und als Schutzgehäuse dient. Häufig ist die Elektronikeinheit in Form eines Moduls mit eigenem Gehäuse in das Schutzgehäuse eingebracht. Weitere Elemente des Schutzgehäuses sind beispielsweise ein Display zur Anzeige von Messwerten oder Benutzerinformationen und Schnittstellen zu einem Bussystem, über welches beispielsweise Daten zwischen dem Messgerät und einer Leitwarte austauschbar sind oder auch das Messgerät mit Energie versorgbar ist.
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Aus der Patentschrift
EP 1216404 B1 ist ein skalierbarer Prozessmesswertübertrager bekannt. Verschiedene Sensoreinheiten sind direkt mit verschieden ausgestalteten Transmittermodulen oder mit einem Kontrollraum verbindbar. Als Gehäuseoptionen für das Transmittermodul sind Gehäuse mit ein oder zwei Kammern oder Gehäuse aus verschiedenen Materialien genannt. Ein Schutzgehäuse ist oftmals erforderlich, beispielsweise um für explosionsgefährdete Bereiche gültigen Sicherheitsbestimmungen zu genügen, und gehört daher in der Regel zur nichtveränderbaren Standardausrüstung eines Messgeräts.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine an die jeweiligen Einsatzbedingungen anpassbare Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße bereit zu stellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein System mit mindestens einer Sensoreinheit, mindestens einem Elektronikmodul, und mindestens einem Schutzgehäuse zur Bildung einer Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behälter oder einer Rohrleitung, wobei die Sensoreinheit zur Erfassung mindestens einer Messgröße in den Behälter oder die Rohrleitung einbringbar ist, wobei das Elektronikmodul im Wesentlichen aus einem Elektronikgehäuse und einer darin eingebrachten Elektronikeinheit besteht, und wobei die Sensoreinheit wahlweise mechanisch mit dem Elektronikmodul oder mit dem Schutzgehäuse, in welches das Elektronikmodul eingebracht ist, verbindbar ist.
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Das System ermöglicht den verschiedenartigen Aufbau eines Messgerätes aus einem Sortiment an Bauteilen. Vorzugsweise umfasst das System mehrere Sensoreinheiten, aus welchen die für die Anwendung passende ausgewählt werden und dann entsprechend der Anforderungen an das Messgerät bzw. entsprechend dessen Einsatzort mit dem entsprechenden Elektronikmodul oder einem Schutzgehäuse, in welches das Elektronikmodul einbringbar ist, verbunden werden kann. Jeder Sensoreinheit ist ein passendes Elektronikmodul zugeordnet, wobei ein Elektronikmodul auch derart ausgestaltet sein kann, dass es für verschiedenartige Sensoreinheiten verwendbar ist. Gleiches gilt für das Schutzgehäuse. Im einfachsten Fall umfasst das System nur jeweils eine Sensoreinheit, eine Elektronikeinheit und ein Schutzgehäuse. Hieraus ist dann eine Messvorrichtung mit Sensoreinheit und Elektronikeinheit, oder eine Messvorrichtung mit Sensoreinheit, Elektronikeinheit und Schutzgehäuse bildbar.
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Durch die Ausgestaltung als kompaktes Modul ist die Elektronik einfach handhabbar. Ist das Elektronikmodul mit der Sensoreinheit verbunden, stellt es einen Aufsatz dar; ist es in ein aufgebrachtes Schutzgehäuse eingebracht, fungiert das Elektronikmodul als Einsatz.
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In einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung weist das System einen ersten Adapter auf, über welchen die Sensoreinheit mit dem Schutzgehäuse verbindbar ist.
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In einer Ausgestaltung weisen der erste Adapter und/oder die Sensoreinheit mindestens eine Arretierung auf, sodass der mit der Sensoreinheit verbundene erste Adapter eine vorgebbare Position relativ zu der Sensoreinheit einnimmt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist das System einen zweiten Adapter auf, über welchen die Sensoreinheit mit dem Elektronikmodul verbindbar ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der zweite Adapter und/oder die Sensoreinheit mindestens eine Arretierung aufweisen, sodass der mit der Sensoreinheit verbundene zweite Adapter eine vorgebbare Position relativ zu der Sensoreinheit einnimmt.
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Gemäß einer Ausgestaltung sind/ist der erste Adapter und/oder der zweite Adapter auf die Sensoreinheit aufschraubbar.
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In einer alternativen Ausgestaltung sind/ist der erste Adapter und/oder der zweite Adapter auf die Sensoreinheit aufsteckbar und mittels eines Befestigungsmittels, insbesondere einer Klemmscheibe oder eines Sicherungsrings, befestigbar.
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In einer Ausgestaltung sind das Elektronikmodul und/oder lösbar mit der Sensoreinheit verbindbar. Durch die lösbare Verbindung des Elektronikmoduls allein oder in Kombination mit dem Schutzgehäuse ist ein Austausch des Elektronikmoduls ohne Ausbau der Sensoreinheit aus dem Prozess möglich. Dies macht die Vorrichtung auch in der Wartung kostengünstig, da im Fall eines Defekts nur das jeweils defekte Teil an Stelle der kompletten Vorrichtung austauschbar ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Schutzgehäuse mit dem ersten Adapter und/oder das Elektronikmodul mit dem zweiten Adapter verschraubbar sind/ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist das Elektronikgehäuse aus Kunststoff gefertigt. Beispielsweise handelt es sich um ein Spritzgussteil. Das Schutzgehäuse ist beispielsweise metallisch, kann jedoch ebenfalls aus einem Kunststoff, insbesondere als Spritzgussteil, gefertigt sein. In jedem Fall ist das Schutzgehäuse derart ausgestaltet, dass es mechanischen Belastungen Stand hält. Das Elektronikgehäuse hingegen verhindert in erster Linie das Eindringen von Staub oder Feuchte.
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Ein Vorteil an dem modularen Aufbau der Vorrichtung liegt unter anderem darin, dass die Vorrichtung umgestaltet werden kann, beispielsweise indem nachträglich ein Schutzgehäuse aufgebracht wird, und die Vorrichtung somit auch für einen erweiterten Einsatzbereich nutzbar wird. Weiterhin kann die kostengünstigere Variante ohne Schutzgehäuse ausgewählt werden, falls ein Schutzgehäuse nicht erforderlich ist. Im Fall einer defekten Elektronikeinheit kann das Elektronikmodul ohne weiteres durch ein neues ersetzt werden. Insbesondere durch die mechanische Verbindung von Elektronikmodul oder Schutzgehäuse mit der Sensoreinheit über einen entsprechend ausgestalteten Adapter ist die Montage und Demontage besonders einfach.
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Vorzugsweise sind für den Fall, dass das System verschiedene Sensoreinheiten umfasst, die verschiedenen Sensoreinheiten, insbesondere deren Sensorgehäuse, derart aneinander angepasst, dass für alle Sensoreinheiten der gleiche Adapter zur Verbindung mit dem Elektronikmodul oder mit dem Schutzgehäuse verwendbar ist. Zur Ermöglichung beliebiger Kombinationen aus Sensoreinheit und Gehäusevariante umfasst das System dann nur zwei verschiedene Adapter.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es sind zwei Messgeräte dargestellt, welche aus dem beanspruchten System gebildet sind.
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1 zeigt ein Messgerät mit Schutzgehäuse und Elektronikeinsatz in einer Explosionsdarstellung;
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2 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Messgeräts mit Elektronikaufsatz.
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In 1 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens einer Prozessgröße, im Folgenden als Messgerät 1 bezeichnet, dargestellt, welche aus einer Sensoreinheit 2, einem Elektronikmodul 3, einem ersten Adapter 4 und einem Schutzgehäuse 6 gebildet ist. Das Schutzgehäuse 6 ist beispielsweise aus einem Metall oder Kunststoff gefertigt und druckfest ausgestaltet, sodass es eine Kapselung nach Zündschutzart Ex d darstellt. Die Sensoreinheit 2 ist in der 1 nur angedeutet. Beispielsweise handelt es sich bei der Sensoreinheit 2 um eine Schwinggabel zur Erfassung eines Grenzfüllstandes, der Viskosität und/oder der Dichte eines gasförmigen oder flüssigen Mediums, einen Schwingstab zur Erfassung eines Grenzfüllstands eines Schüttguts, oder um eine kapazitive oder konduktive Sonde zur Bestimmung des Füllstands oder der Leitfähigkeit eines Mediums.
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Die Verbindung der Sensoreinheit 2 mit dem Schutzgehäuse 6 erfolgt über einen ringförmigen ersten Adapter 4. Hierzu wird das Schutzgehäuse 6 auf das Sensorgehäuse 21 aufgesetzt und nachfolgend der erste Adapter 4 auf das Sensorgehäuse 21 aufgesteckt. Der erste Adapter 4 ist mit einem Sicherungsring 41 oder einer Klemmscheibe fixierbar, sodass erster Adapter 4 und Sensoreinheit 2 sicher miteinander verbunden sind. Alternativ können Sensorgehäuse 21 und erster Adapter 4 auch ein Gewinde aufweisen, sodass der erste Adapter 4 aufschraubbar ist. Weiterhin ist ein Schutz gegen Aufdrehen des ersten Adapters 4 vorteilhaft, beispielsweise in Form einer Rastnase. Hierdurch ist weiterhin ein Ausrichten des ersten Adapters 4 möglich, sodass er eine definierbare Position einnimmt. Gleiches gilt für das Schutzgehäuse 6.
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In das montierte Schutzgehäuse 6 ist das Elektronikmodul 3 einbringbar. Das Elektronikmodul 3 ist an dem ersten Adapter 4 befestigbar, beispielsweise mittels eines Bajonettverschlusses, eines Gewindes, oder über Schrauben. Auch hier ist ein Schutz gegen Aufdrehen vorteilhaft, falls ein Aufdrehen nicht bereits durch die Art der Befestigung selbst verhindert ist. Vorzugsweise weist das Elektronikmodul 3 zwei Schrauben auf, über welche das Elektronikmodul 3 mit dem ersten Adapter 4 verschraubbar ist. Schutzgehäuse 6, Elektronikmodul 3, erster Adapter 4 und Sensoreinheit 2 sind lösbar miteinander verbunden, sodass eine Demontage, z. B. zum Austausch eines Teils, jederzeit möglich ist.
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Die Positionierung und Befestigung der einzelnen Bestandteile erfolgt hierbei jeweils so, dass eine Ausrichtung und Arretierung möglich ist. In dem Sensorgehäuse 21 sind elektrische Zuleitungen angeordnet, welche mit dem Elektronikmodul 3 zu verbinden sind. Bei einer Schwinggabel beispielsweise dienen die Zuleitungen der Kontaktierung der Antriebs-/Empfangselemente, welche die schwingfähige Einheit zu mechanischen Schwingungen anregen und die empfangenen Schwingungen in elektrische Signale umwandeln. Vorzugsweise sind die Zuleitungen in einem Anschlussstecker zusammengefasst, welcher in ein entsprechendes Gegenstück im Elektronikmodul 3 einbringbar ist. Um ein Verdrehen der Zuleitungen zu vermeiden, was ein Lösen der Kontaktierungen mit sich bringen könnte, ist eine Arretierung des ersten Adapters 4, des Schutzgehäuses 6 und des Elektronikmoduls 3 vorteilhaft.
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Das Schutzgehäuse 6 weist mindestens eine Kabeldurchführung zum Zugriff auf eine Kommunikationsschnittstelle am Elektronikmodul 3 auf, beispielsweise eine 4–20 mA-Schnittstelle. Über diese ist beispielsweise das Ausgangssignal des Messgerätes 1 an eine Leitwarte und/oder nachgeordnete Aktoren weiterleitbar.
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2 offenbart eine Explosionsdarstellung eines Messgeräts 1 ohne Schutzgehäuse 6, welches aus einer Sensoreinheit 2 in Form einer Schwinggabel zur vibronischen Messung von Füllstand, Dichte und/oder Viskosität, einem zweiten Adapter 5 und einem Elektronikmodul 3 gebildet ist. Das Elektronikmodul 3 ist mittels des zweiten Adapters 5 an dem Sensorgehäuse 21 der Sensoreinheit 2 befestigbar. Der zweite Adapter 5 ist daher derart ausgestaltet, dass das Elektronikmodul 3 direkt mit dem zweiten Adapter 5 verbindbar ist. Der Teil des zweiten Adapters 5, welcher der Verbindung mit der Sensoreinheit 2 dient, ist gleich wie in der Ausführung mit dem Schutzgehäuse 6 ausgestaltet, d. h. vorzugsweise aufsteckbar oder über ein Gewinde aufschraubbar, sodass eine bestimmte Sensoreinheit 2 auf einfache Weise wahlweise mit dem ersten Adapter 4 oder mit dem zweiten Adapter 5 verbindbar ist.
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Ist der zweite Adapter 5 aufsteckbar ausgestaltet, ist ein Sicherungsring oder eine Klemmscheibe zur Befestigung des zweiten Adapters 5 vorteilhaft.
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Das Elektronikmodul 3 ist mit dem zweiten Adapter 5 in gleicher Weise verbindbar wie mit dem ersten Adapter 4, vorzugsweise über eine Schraubverbindung. Hierzu weist das Elektronikmodul 3 mindestens zwei Ausnehmungen auf, durch welche Schrauben durchführbar sind. Der zweite Adapter 5 besitzt entsprechende Bohrungen zum Befestigen der Schrauben. Durch die mindestens zwei Schrauben ist die relative Ausrichtung von zweitem Adapter 5 und Elektronikmodul 3 zueinander vorgebbar. Zudem ist die Verbindung hierdurch verdrehsicher, was ein Verwinden der elektrischen Zuleitungen verhindert. Neben einer Schraubverbindung sind auch andere dem Fachmann geläufige Befestigungsmechanismen realisierbar, wobei jene zu bevorzugen sind, welche eine lösbare, arretierbare und verdrehsichere Verbindung schaffen.
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Das Elektronikmodul 3 ist derart ausgestaltet, dass es sowohl als Aufsatz auf die Sensoreinheit 2, als auch als Einsatz in das Schutzgehäuse 6 einsetzbar ist. Im Wesentlichen besteht das Elektronikmodul 3 aus einem Elektronikgehäuse, vorteilhaft aus Kunststoff, und einer Elektronikeinheit, welche in dem Elektronikgehäuse angeordnet ist und auch vergossen sein kann. Weiterhin verfügt das Elektronikmodul 3 über mindestens einen Signalausgang zur Ausgabe der Prozessgroße, sowie über Mittel zur Einstellung von Parametern. Bei einem Grenzstandschalter ist ein Parameter beispielsweise, ob ein minimaler oder ein maximaler Füllstand zu überwachen ist. Das Elektronikmodul 3 ist vorzugsweise eigensicher ausgestaltet.
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Die in 2 dargestellte Ausführungsform eignet sich beispielsweise für Anwendungen, bei welchen keine speziellen Sicherheitsanforderungen an das Messgerät 1 gestellt werden und/oder keine Gefahr der Beschädigung des ungeschützten Elektronikmoduls 3 besteht. Ist das Elektronikmodul 3 nach Zündschutzart Ex i eigensicher ausgestaltet, ist ein derartiges Messgerät 1 auch in explosionsgefährdeten Bereichen, wo zündfähige Stoffe auftreten können, einsetzbar. Hierzu ist kein Schutzgehäuse 6 erforderlich. Durch den Verzicht auf das Schutzgehäuse 6 ist das Messgerät 1 kostengünstiger und benötigt weniger Platz. Durch den zweiten Adapter 5 ist das Elektronikmodul 3 zudem einfach montierbar und bei Bedarf austauschbar. Ein Kunststoffgehäuse macht das Elektronikmodul 3 kostengünstig und wegwerfbar. Messwerte oder Betriebsparameter können beispielsweise über LEDs am Elektronikmodul 3 optisch angezeigt werden, sodass diese auch ohne zumeist in dem Schutzgehäuse 6 angeordnetes Display vor Ort ablesbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messgerät
- 2
- Sensoreinheit
- 21
- Sensorgehäuse
- 3
- Elektronikmodul
- 4
- Erster Adapter
- 41
- Sicherungsring
- 5
- Zweiter Adapter
- 6
- Schutzgehäuse
- 61
- Kabeldurchführung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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