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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgrösse eines Mediums.
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In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
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Zur Bestimmung des Erreichens eines vorbestimmten Füllstands oder zur Überwachung eines minimalen oder maximalen Füllstands von Flüssigkeiten oder Schüttgütern in einem Behälter sind unter anderem vibronische Messgeräte bekannt. Zur Bestimmung, ob ein bestimmter Grenzfüllstand erreicht ist, wird das vibronische Messgerät auf der entsprechenden Höhe im Behälter angebracht.
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Vibronische Messgeräte weisen in der Regel zwei gabelartig angeordnete Stäbe auf, welche über eine Membran von einer Wandlereinheit zu gegenphasigen Schwingungen angeregt werden. Der Antrieb der Wandlereinheit erfolgt hierbei über piezoelektrische Elemente. Ist das Schwingsystem mit dem Messmedium bedeckt, so wird die Schwingung gedämpft, wobei bei Schüttgütern im Wesentlichen die Amplitudenänderung und bei Flüssigkeiten im Wesentlichen die Frequenzänderung ausgewertet wird. Solche vibronischen Messgeräte werden von der Anmelderin unter dem Namen Liquiphant entwickelt und vertrieben. Der Aufbau eines Liquiphanten ist beispielsweise in der Schrift
EP 1261437 B1 beschrieben.
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Der Antrieb der Wandlereinheit ist gegenwärtig unter anderem als Stapelantrieb oder als Bimorphantrieb realisiert. Beim Stapelantrieb sind piezoelektrische Scheiben aufeinander gestapelt, und es werden zwischen jeweils zwei benachbarten Elementen flächige Elektroden eingefügt und z. B. mittels eines Klebers befestigt. Diese Elektroden weisen aus dem Stapel heraus geführte Kontaktfahnen auf, über welche die piezoelektrischen Elemente anzuschließen sind.
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Der Bimorphantrieb besteht aus einer piezoelektrischen Scheibe, die auf der Membran angeordnet ist. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung an den piezoelektrischen Scheiben verkürzt oder verlängert sich die Scheibe, wodurch sich die Membran in Richtung der Scheibe oder in einer entgegengesetzten Richtung verbiegt. Die Verbiegung der Membran bewirkt, dass die gabelartig angeordneten Stäbe zu Schwingungen angeregt werden.
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Wandlereinheiten werden üblicherweise in einem zylinderförmigen Gehäuse untergebracht. Der Stapelantrieb übt aufgrund der Aufsummierung der Ausdehnungskräfte der einzelnen piezoelektrischen Scheiben einen größeren Druck auf das Gehäuse aus als der Bimorphantrieb. Typische Druckbelastungswerte für das Gehäuse sind 100 bar für den Stapelantrieb und 64 bar für den Bimorphantrieb. Entsprechend der Druckbelastung für das Gehäuse sind auch die Steckverbinder für die jeweiligen Antriebe ausgestaltet, die einen elektrischen Anschluss an die Auswerteeinheit bereitstellen. Folglich müssen die Wandlereinheiten, die mit einem Stapelantrieb ausgestattet sind, mit einem anderen Stecker kontaktiert werden als die Wandlereinheiten, die mit einem Bimorphantrieb ausgestattet sind. Da beide Steckersorten mit den dazugehörigen Verbindungskabeln gelagert werden müssen, ist dies mit großen Lager- und Materialkosten verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lager- und Materialkosten einer Vorrichtung der genannten Art zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Der Gegenstand der Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgrösse eines Mediums, umfassend
eine mechanisch schwingfähige Einheit, deren Schwingungen für die Bestimmung und/oder Überwachung der mindestens einen Prozessgrösse herangezogen werden,
eine erste Wandlereinheit zum Anregen und Empfangen der Schwingungen der schwingfähigen Einheit, wobei die erste Wandlereinheit einen ersten Steckverbinder aufweist,
mindestens eine Auswerteeinheit, welche die elektrischen Signale der ersten Wandlereinheit empfängt und auswertet, wobei die Auswerteeinheit einen Raststecker passend zu einem zweiten Steckverbinder einer zweiten Wandlereinheit aufweist,
wobei ein mechanischer Adapter vorgesehen ist, der eine lösbare Verbindung zwischen dem Raststecker der Auswerteeinheit und dem ersten Steckverbinder der ersten Wandlereinheit herstellt.
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Durch das Verbinden des Raststeckers mit dem ersten Steckverbinder mittels eines Adapters erübrigt sich ein weiterer Stecker samt Verbindungskabel, der direkt an dem ersten Steckverbinder angeschlossen werden würde. Dadurch reduzieren sich die Lager- und Materialkosten.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform sind die erste Wandlereinheit als Stapelantrieb und die zweite Wandlereinheit als Bimorphantrieb oder umgekehrt ausgebildet. Auf diese Weise lassen sich ein Adapter für den Steckverbinder einer Wandlereinheit mit Stapelantrieb und ein Adapter für den Steckverbinder einer Wandlereinheit mit Bimorphantrieb herstellen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform stellt der mechanische Adapter eine lösbare Verbindung mit dem Raststecker der Auswerteeinheit und/oder mit dem ersten Steckverbinder der ersten Wandlereinheit her. Durch eine lösbare Verbindung auf beiden Seiten des Adapters ist es gewährleistet, dass der Adapter ganz aus der Verbindung gelöst werden kann. Dadurch kann der Raststecker eine direkt Verbindung mit einer zweiten Wandlereinheit eingehen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist mindestens einer der lösbaren Verbindungen mittels einer mechanischen Arretierung realisiert. Eine mechanische Arretierung kann z. B. mittels einer formschlüssigen Verbindung, insbesondere durch Snap-In-Technik realisiert werden, die sich manuell leicht wieder lösen lässt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist mindestens einer der mechanischen Arretierungen des Adapters mittels mindestens eines Rastverschlusses realisiert, die vorzugsweise in einem Außenbereich des Adapters (7) angeordnet ist. Ein Rastverschluss lässt sich einfach und schnell öffnen und schließen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist der Raststecker als ein 4-Pin-Raststecker oder als 5-Pin-Raststecker ausgebildet, und mindestens einer der Steckverbinder ist als ein 4-Pin-Steckverbinder oder als 5-Pin-Steckverbinder ausgebildet. 4-Pin- und 5-Pin-Raststecker und Steckverbinder gehören zu den gängigen Steckern und Steckverbindern.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Adapter rohrförmig mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet, wobei eine erste Öffnung des Adapters zum lösbaren Verbinden mit dem Raststecker und eine zweite Öffnung des Adapters zum lösbaren Verbinden mit dem ersten Steckverbinder vorgesehen sind. Da der Raststecker und der zweite Steckverbinder eine rechteckige Außenkontur aufweisen, ist es vorteilhaft den Adapter mit zwei Öffnungen zu versehen, die jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Auf diese Weise passen der Raststecker und der erste Steckverbinder optimal in den Adapter.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist der mechanische Adapter aus einem Kunststoff ausgebildet. Da der Raststecker und der zweite Steckverbinder aus Kunststoff ausgebildet sind, ist es vorteilhaft den Adapter ebenfalls aus einem Kunststoff auszubilden. Auf diese Weise ergibt sich keine ungleiche Temperaturausdehnung zwischen dem Adapter und dem Raststecker oder dem zweiten Steckverbinder.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform weist der mechanische Adapter mindestens eine zweite mechanische Arretierung, bevorzugt eine äußere Rastnase zum Arretieren des Adapters an einem Gehäuse auf. Eine Rastnase ist die beste Möglichkeit eine mechanische Arretierung zu realisieren, da es sich leicht und schnell wieder lösen lässt.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1a: eine Seitenansicht einer Steckverbindung zwischen einem Flügelstecker einer Auswerteeinheit mit einem ersten Steckverbinder einer ersten Wandlereinheit nach dem Stand der Technik,
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1b: eine Explosionsansicht eines Verbindungskabels mit einem Flügelstecker zum Anschließen an einer Wandlereinheit und einem Stecker zum Anschließen an einer Auswerteeinheit nach dem Stand der Technik,
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2a: eine Seitenansicht einer Steckverbindung zwischen einem Raststecker einer Auswerteeinheit und einem zweiten Steckverbinder einer zweiten Wandlereinheit nach dem Stand der Technik, und
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2b: eine Explosionsansicht eines Verbindungskabels mit einem Raststecker zum Anschließen an einer Wandlereinheit und einem Stecker zum Anschließen an einer Auswerteeinheit nach dem Stand der Technik,
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3: eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Adapters, der eine lösbare Verbindung zwischen dem zweiten Raststecker einer Auswerteeinheit und dem ersten Steckverbinder der ersten Wandlereinheit herstellt.
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1a zeigt eine Seitenansicht einer Steckverbindung 1 zwischen einem Flügelstecker 8 einer Auswerteeinheit 21 und einem ersten Steckverbinder 3 einer ersten Wandlereinheit 2 nach dem Stand der Technik. Hierzu wird der Flügelstecker 8 auf den Steckverbinder 3 aufgeschoben, so dass zwischen dem Flügelstecker 8 und dem Steckverbinder 3 eine formschlüssige Verbindung zustande kommt. Ferner weist der Flügelstecker 8 zwei Flügel 14 auf, die seitlich an dem Flügelstecker 8 angeordnet sind und nach außen zeigen. Diese Flügel 14 können zur Befestigung an einem Innenraum eines Gehäuses (nicht dargestellt) einer Wandlereinheit 2 verwendet werden. Sowohl der Flügelstecker 8 als auch der erste Steckverbinder 3 sind als 4-Pin-Flügelstecker bzw. 4-Pin-Steckverbinder ausgebildet.
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1b zeigt eine Explosionsansicht eines Verbindungskabels 18 zwischen der Wandlereinheit 2 und der Auswerteeinheit 21 nach dem Stand der Technik. An dem Flügelstecker 8 sind vier Kabel 15 zu zwei Kabelsträngen 16 gebunden. Die Kabelstränge 16 führen zu einem Stecker 17, der mit der Auswerteeinheit 21 verbunden werden kann. Die Wandlereinheit 2 ist als Bimorph-Antrieb ausgebildet.
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Diese Art von Steckverbindungen werden bereits bei dem Produkt Liquiphant M von der Firma Endress + Hauser verwendet.
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2a zeigt eine Seitenansicht einer Steckverbindung 1 zwischen einem Raststecker 4 einer Auswerteeinheit 21 und einem zweiten Steckverbinder 5 einer zweiten Wandlereinheit 6 nach dem Stand der Technik. Die zweite Wandlereinheit 6 ist als Stapelantrieb ausgebildet. Der Raststecker 4 weist zwei Rastverschlüsse 19 auf, die in einem Außenbereich des Raststeckers 4 angeordnet sind, um eine Verbindung mit dem zweiten Steckverbinder 5 der zweiten Wandlereinheit 2 einzugehen. Die Wandlereinheit 2 wird mit einer schwingfähigen Einheit 20 mechanisch gekoppelt, damit Schwingungen von der Wandlereinheit an die schwingfähige Einheit gesendet und empfangen werden können.
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2b zeigt eine Explosionsdarstellung eines Verbindungskabels 18 zwischen der zweiten Wandlereinheit 6 und der Auswerteeinheit 21 nach dem Stand der Technik. Der Aufbau des Verbindungskabels 18 ist analog zu 1a, mit dem Unterschied, dass der Raststecker 4 anstelle des Flügelsteckers 8 (siehe 1b) verwendet wird.
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Diese Art von Steckverbindungen werden ebenfalls bereits bei dem Produkt Liquiphant M von der Firma Endress + Hauser verwendet. Aus Material- und Lagerkostengründen ist es vorteilhaft lediglich den Raststecker 4 zu verwenden. Der Raststecker 4 passt jedoch nicht zu dem ersten Steckverbinder 3 der ersten Wandlereinheit 2.
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3 zeigt einen erfindungsgemäßen Adapter 7, der eine lösbare Verbindung zwischen dem Raststecker 4 und dem ersten Steckverbinder 3 herstellt. Eine zweite Variante eines Adapters (nicht dargestellt) könnte eine lösbare Verbindung zwischen dem Flügelstecker 8 und dem zweiten Steckverbinder 5 herstellen.
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Der Adapter 7 ist aus einem farblosen Kunststoff rohrförmig ausgebildet und weist einen rechteckigen Querschnitt mit einer ersten und einer zweiten Öffnung 11, 12 auf. Es versteht sich von selbst, dass der Querschnitt auch kreisförmig oder oval sein kann. Der Raststecker 4 wird über die erste Öffnung 11 und der erste Steckverbinder 3 wird über die zweite Öffnung 12 lösbar miteinander verbunden. Die lösbare Verbindung des Raststeckers 4 mit dem Adapter 7 wird mittels der Rastverschlüsse 19 realisiert. Äußere Rastnasen 13 sind seitlich an dem Adapter 7 angeordnet und weisen in eine vom Adapter 7 abgewandte Richtung. Die zwei äußeren Rastnasen 13 können sich in einem Innenraum eines rohrförmigen Gehäuses der Wandlereinheit (nicht dargestellt) in eine Innenkontur festkrallen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steckverbindung
- 2
- Erste Wandlereinheit
- 3
- Erster Steckverbinder
- 4
- Raststecker
- 5
- Zweiter Steckverbinder
- 6
- Zweite Wandlereinheit
- 7
- Adapter
- 8
- Flügelstecker
- 9
- Formschlüssige Verbindung
- 10
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- 11
- Erste Öffnung des Adapters
- 12
- Zweite Öffnung des Adapters
- 13
- Äußere Rastnasen
- 14
- Flügel
- 15
- Kabeln
- 16
- Kabelstrang
- 17
- Stecker
- 18
- Verbindungskabel
- 19
- Rastverschluss
- 20
- Schwingfähige Einheit
- 21
- Auswerteeinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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