-
Die Erfindung betrifft ein elektropneumatisches Feldgerät gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.
-
Derartige elektropneumatische Feldgeräte sind schon seit längerem bekannt und werden beispielsweise durch elektropneumatische Stellungsregler, durch I/P-Umformer oder dergleichen gebildet. Ein elektropneumatisches Feldgerät dient häufig als Steuergerät zum Steuern eines pneumatischen Stellantriebs einer prozesstechnischen Anlage, beispielsweise einer Anlage der Petrochemie, der Lebensmittelindustrie oder dergleichen. Ein solcher Stellantrieb betätigt wiederum ein Stellventil zum Regeln einer Prozessfluid-Strömung.
-
Ein gattungsgemäßes elektropneumatisches Feldgerät umfasst dabei ein einen Gehäusedeckel aufweisendes Schutzgehäuse, in dem wenigstens eine Elektronik-Komponente und wenigstens eine Pneumatik-Komponente angeordnet sind. Das Schutzgehäuse ist mit einem elektrischen Feldeingang, einem pneumatischen Versorgungseingang und einem pneumatischen Feldausgang versehen, die jeweils von außen zugänglich im oder am Schutzgehäuse angeordnet sind. Der elektrische Feldeingang ist mit der Elektronikkomponente innerhalb des Schutzgehäuses verbunden. Der pneumatische Versorgungseingang und der pneumatische Feldausgang sind mit der Pneumatik-Komponente pneumatisch gekoppelt. Die Pneumatik-Komponente ist mit der Elektronik-Komponente signalmäßig verbunden, worüber diese gesteuert wird.
-
Zum Schutz des elektropneumatischen Feldgeräts ist dieses mit einer Entlüftungseinrichtung im Schutzgehäuse versehen. Die Entlüftungseinrichtung dient dazu, dass ein ausgehend von der Pneumatik-Komponente innerhalb des Schutzgehäuses des Feldgeräts entstehender Überdruck verhindert wird, der über einem festgelegten Schwellwert liegt. Ein derartiger Überdruck kann beispielsweise durch Druckspitzen in der Pneumatik-Komponente entstehen, die durch ein Sicherheitsventil der Pneumatik-Komponente in den Innenraum des Schutzgehäuses ausgeglichen werden. Daher bedarf es einer Entlüftungseinrichtung des Schutzgehäuses, um den so entstehenden Überdruck im Schutzgehäuse auf Umgebungsdruck ausgleichen zu können.
-
Aus der
DE 20 2015 100 970 U1 ist ein Entlüftungsventil zur Entlüftung von fluidischen Systemen bekannt. Das Entlüftungsventil umfasst dabei einen Entlüftungsventilkörper mit einem Anschluss sowie eine durch eine Membran abgedeckte Austrittsöffnung. Steigt der Druck im Fluid innerhalb des Anschlusses des Entlüftungsventils über einen bestimmten Schwellwert, hebt sich die Membran an und entlüftet über ihre Austrittsöffnung.
-
Eine weitere Entlüftungseinrichtung für fluidische Systeme ist auch aus der
EP 3 137 796 B1 bekannt.
-
In der
EP 2 016 318 B1 ist ein Prozessventil beschrieben, das eine modular strukturierte Gehäuseaggregation für eine Kontrollelektronik aufweist, d.h. für eine Überwachungs-, Steuerungs- und/oder Regelelektronik. Diese Gehäuseaggregation ist entsprechend den Anforderungen des Prozessventils wahlweise aus einem vorgegebenen begrenzten Vorrat an Modulen in Verbindung mit einem Abdeckelement zusammengesetzt, das zwei unterschiedliche Ausführungsformen aufweist. Die jeweiligen Abdeckelemente sind mit einer Bedieneinheit ausgebildet, die ein Anzeige- und Bedienelement aufweisen, und nehmen die gesamte Kontrollelektronik auf. Die Kontrollelektronik ist entsprechend den Anforderungen des Prozessventils mit unterschiedlichen Platinen ausgebildet. Sämtliche Module und das jeweilige Abdeckelement sind über identische Verbindungsstellen miteinander verbindbar. Die Gehäuseaggregation ist unter Zwischenschaltung eines Adapterteils mit einem Antriebsgehäuse des Prozessventils verbunden. Im Adapterteil ist ein Halterungsring angeordnet, welcher der Gehäuseaggregation gegenüber dem Antriebsgehäuse eine Drehbarkeit ermöglicht.
-
Nachteilig an den bekannten elektropneumatischen Feldgeräten ist jedoch, dass diese zum einen sehr groß bauen und zum anderen für unterschiedliche Ausführungen jeweils individuell angepasste sowie ausgebildete Gehäuse bereitgestellt werden müssen. Es besteht jedoch Bedarf an einer modularen Bauweise mit einem einheitlichen Schutzgehäuse für unterschiedliche Varianten der elektropneumatischen Feldgeräte, in dem beispielsweise unterschiedliche I/P-Wandler angeordnet werden können. Die Entlüftungseinrichtung soll dabei auch für unterschiedliche Einbaulagen von elektropneumatischen Feldgeräten funktionieren. Insbesondere sollen diese Feldgeräte auch für explosionsgeschützte Anwendungen geeignet sein. Bei derartigen Feldgeräten sind bei den Schutzgehäusen nur bestimmte Spaltabstände erlaubt. Zudem müssen die Schutzgehäuse druckfest ausgeführt sein. Die Entlüftungseinrichtung muss dabei auch den Explosionsschutzanforderungen genügen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektropneumatisches Feldgerät gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass unter Vermeidung der genannten Nachteile sowohl eine kompakte Bauweise als auch eine sichere Entlüftung ermöglicht wird.
-
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
-
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine Integration der Entlüftungseinrichtung in den Gehäusedeckel und die Anordnung des Gehäusedeckels im Bereich der Pneumatik-Komponente sowohl eine kompakte Bauweise geschaffen als auch eine sichere Entlüftung gewährleistet werden können. Zudem ergeben sich dadurch weitere konstruktive Gestaltungsmöglichkeiten, welche die Entlüftungseinrichtung weiter optimieren lassen.
-
Nach der Erfindung ist daher die Pneumatik-Komponente von dem mit dem Schutzgehäuse lösbar verbundenen Gehäusedeckel zumindest bereichsweise umgeben und die Entlüftungseinrichtung des Schutzgehäuses in den Gehäusedeckel integriert. Hierdurch wird der Innenraum durch die Entlüftungseinrichtung nicht eingeschränkt, wodurch sich unterschiedliche Varianten von pneumatischen Komponenten in den Innenraum des Schutzgehäuses integrieren lassen.
-
Insbesondere ist die Elektronikkomponente und/oder der elektrische Feldeingang an einem vom Gehäusedeckel entfernt liegenden Bereich im Schutzgehäuse angeordnet. Hierdurch wird es einfacher, bestimmte IP-Schutzklassen für das Feldgerät zu erreichen, also die Eignung und Zulassung der elektrischen Komponenten des Feldgeräts für verschiedene Umgebungsbedingungen, und dabei den Schutz von Menschen vor potenzieller Gefährdung bei deren Benutzung zu gewährleisten.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umgreift der Gehäusedeckel den pneumatischen Versorgungseingang so, dass dieser an eine pneumatische Quelle frei anschließbar ist. Hierdurch wird eine einfache Montage ermöglicht, ohne die Zugänglichkeit zum pneumatischen Versorgungseingang einzuschränken.
-
Um ein einfaches Auswechseln der Pneumatik-Komponente sowie eine einfache Anordnung der in den Gehäusedeckel integrierten Entlüftungsentlüftungseinrichtung nah an der Pneumatik-Komponente zu ermöglichen, umschließt der Gehäusedeckel die Pneumatik-Komponente vollständig seitlich. Bei abgenommenem Gehäusedeckel kann dadurch die Pneumatik-Komponente ohne weiteres auch seitlich zur Demontage ergriffen werden. Bei montiertem Gehäusedeckel ist die Entlüftungseinrichtung dabei unmittelbar neben der Pneumatik-Komponente angeordnet.
-
Vorzugsweise weist die Entlüftungseinrichtung zwei in Reihe angeordnete Kammern auf, wobei die erste Kammer zumindest ein Rückschlagventil umfasst, welches mit einem Innenraum des Schutzgehäuses so verbunden ist, dass bei einer Entlüftung der Pneumatik-Komponente die Luft vom Innenraum durch das Rückschlagventil in die erste Kammer, dann in die zweite Kammer und anschließend aus der zweiten Kammer aus dem Schutzgehäuse herausströmt. Hierdurch erfolgt ein sukzessiver Druckabbau des im Entlüftungsfall aus der Pneumatik-Komponente oder anderen in dem Schutzgehäuse angeordneten Pneumatik-Bauteilen ausströmenden Fluids über den Innenraum, die erste Kammer und die zweite Kammer. Eine Gefährdung der unmittelbaren Umgebung des Schutzgehäuses im Entlüftungsfall wird dadurch erheblich verringert.
-
Um auf alle Fälle zu verhindern, dass beispielsweise Regenwasser über den Gehäusedeckel in das Schutzgehäuse eindringt, sind die erste Kammer und die zweite Kammer über eine Art Labyrinthdichtung vor eintretender Feuchtigkeit geschützt. Diese Art von Labyrinthdichtung soll aber ein Entlüften der Pneumatik-Komponente über das Rückschlageventil und die erste und zweite Kammer trotzdem weiterhin ermöglichen.
-
Dabei kann die Labyrinthdichtung einen die erste Kammer und die zweite Kammer trennenden segmentierten Steg umfassen. Ergänzend oder alternativ hierzu kann die Labyrinthdichtung auch zumindest durch einen zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer angeordneten Absatz gebildet sein, der in Richtung pneumatischen Versorgungseingang hin abfällt. Durch diese herstellungstechnisch einfach umzusetzenden Maßnahmen kann die gewünschte Art von Labyrinthdichtung ohne weiteres realisiert werden.
-
Für ein zügiges Entlüften im Entlüftungsfall kann die zweite Kammer seitlich angeordnete und/oder stirnseitig im Gehäusedeckel angeordnete, die zweite Kammer nach außen verbindende Entlüftungsöffnungen als Teil der Labyrinthdichtung aufweisen. Dabei kann auch in die zweite Kammer möglicherweise eindringendes Strahlwasser umgehend wieder ablaufen. Ein Eindringen in die erste Kammer kann dadurch vermieden werden.
-
Vorzugsweise ist das Rückschlagventil durch eine über einer Lüftungsöffnung angeordnete Membran gebildet, wobei die Lüftungsöffnung den Innenraum des Schutzgehäuses und die erste Kammer miteinander verbindet. Durch diese Konstruktion kann der für das Rückschlagventil benötigte Bauraum äußerst klein und somit das Feldgerät insgesamt kompakt gehalten werden.
-
Ein zusätzlicher Schutz vor eindringendem Wasser kann auf einfache Weise auch dadurch erreicht werden, dass die Lüftungsöffnung gegenüber ihrem benachbarten Bereich auf der der Membran zugewandten Seite erhaben ausgebildet ist.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Rückschlagventile vorgesehen. Dabei können die Rückschlagventile über den Umfang in gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet sein, bevorzugt in einer Ebene senkrecht zu einer Längsachse des Schutzgehäuses. Unabhängig davon, wo die Entlüftung der Pneumatik-Komponente auftritt, kann die Luft immer über das nächstgelegene Rückschlagventil auf kürzestem Wege entweichen. Die Entlüftungseinrichtung weist daher ein Ansprechverhalten mit kurzer Reaktionszeit, also äußerst kurzem Zeitversatz im Entlüftungsfall auf.
-
Um insbesondere eine kompakte Bauweise und einfache Montage sowie Herstellung zu ermöglichen, ist der Gehäusedeckel zweiteilig ausgebildet. Der Gehäusedeckel umfasst einen Innenring und einen Außenring. Der Innenring und der Außenring sind zueinander konzentrisch angeordnet. Insbesondere überlappen sich der Außenring und der Innenring zu mehr als 60%, vorzugsweise mehr als 70%, bevorzugt mehr als 80%, insbesondere mehr als 90%.
-
Dabei können zwischen dem Innenring und dem Außenring die erste und die zweite Kammer angeordnet sein. Die Labyrinthstruktur zum Schutz vor Feuchtigkeit lässt sich dadurch einfach einarbeiten.
-
Vorzugsweise weist der Außenring dabei die Entlüftungsöffnungen auf.
-
Das Rückschlagventil oder die Rückschlagventile können im Innenring angeordnet sein.
-
Für eine einfache und kompakte Gestaltung ist es günstig, wenn die Membran als ein den Innenring umfassender Membranring ausgebildet ist.
-
Um den Gehäusedeckel möglichst kleinbauend ausführen zu können, ist jeweils die Membran durch den Außenring relativ zur Lüftungsöffnung des Rückschlagventils am Innenring gehalten. Hierdurch erübrigen sich zusätzliche Maßnahmen zur Fixierung der Membran des Rückschlagventils.
-
Um beispielsweise ein Eindringen von Fluid von einer Seite des Gehäusedeckels in die erste Kammer zu verhindern, ist zwischen Innenring und Außenring eine Dichtung angeordnet. Die Dichtung kann dabei als O-Ring ausgebildet sein, der in eine Nut auf der Außenseite des Innenrings in diesem oder auf der Innenseite des Außenrings eingebracht ist.
-
Zur einfacheren Herstellung können der Gehäusedeckel und zumindest der dem Gehäusedeckel zugeordnete Bereich des Schutzgehäuses rotationssymmetrisch ausgebildet sein.
-
Bei Prozessen in der chemischen und petrochemischen Industrie ist die Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre in der Regel nicht auszuschließen. In diesem Fall müssen die eingesetzten Anlagenkomponenten, wie eben die elektropneumatischen Feldgeräte nach der Erfindung, speziellen Anforderungen bezüglich des Explosionsschutzes gerecht werden. Bei der Zündschutzart der druckfesten Kapselung „Ex d“ beruht die Funktionsweise auf dem Einschluss einer im Gehäuseinneren eventuell auftretenden Explosion, sodass eine Übertragung der Explosion auf die das Gehäuse umgebende Atmosphäre verhindert wird. Erreicht wird dieses durch eine explosionsdruckfeste Auslegung des Gehäuses zusammen mit zünddurchschlagsicheren Spalten an allen Gehäuseöffnungen, wobei die elektrischen Komponenten, die eine explosionsfähige Atmosphäre zünden können, im Gehäuse eingeschlossen sind. Die Anforderungen an Betriebsmittel der Zündschutzart der druckfesten Kapselung sind in der Norm DIN EN 60079-1 beschrieben. Das Schutzgehäuse ist daher insbesondere für die Anforderungen für explosionssicheren Betrieb ausgebildet ist, insbesondere nach DIN EN 60079-1.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind modulare Steckplätze für mehrere Elektronik-Komponenten und/oder Pneumatik-Komponenten im Schutzgehäuse vorgesehen. Hierdurch können auf einfache Weise mit einem einheitlichen Schutzgehäuse unterschiedliche Varianten von elektropneumatischen Feldgeräten gebildet werden.
-
Beispielswiese können dabei an einer Stirnseite einer Innenstruktur des Schutzgehäuses der Steckplatz der Pneumatik-Komponente oder mehrere Steckplätze für Pneumatik-Komponenten vorgesehen sein.
-
Vorzugsweise sind die Entlüftungsöffnungen im Gehäusedeckel über den gesamten Umfang des Gehäusedeckels gleichmäßig verteilt angeordnet. Hierdurch wird beispielsweise das Risiko minimiert, dass bei Eisregen die Entlüftungseinrichtung vollständig von außen vereist.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Pneumatik-Komponente durch einen I/P-Wandler gebildet und/oder die Elektronik-Komponente durch einen Regler oder einen Messwandler.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel.
-
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
- 1 eine perspektivische Ansicht auf ein Modul des elektropneumatischen Feldgeräts gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung;
- 2 eine perspektivische Explosionsansicht mit abgenommenen Gehäusedeckel des Moduls des elektropneumatischen Feldgeräts von 1;
- 3 eine perspektivische Detailansicht eines ersten Längsschnitts durch das Modul des elektropneumatischen Feldgeräts von 1;
- 4 eine perspektivische Detailansicht eines zweiten Längsschnitts durch das Modul des elektropneumatischen Feldgeräts von 1, und
- 5 eine perspektivische Explosionsansicht des Gehäusedeckels des Moduls des elektropneumatischen Feldgeräts gemäß der Ausführungsform nach der Erfindung.
-
In den 1 bis 4 ist ein Modul einer Ausführungsform eines elektropneumatischen Feldgeräts in Form eines elektropneumatischen Stellungsreglers 10 dargestellt. Der Stellungsregler 10 dient zur Überwachung, Steuerung und/oder Regelung eines hier nicht dargestellten Stellventils als Teil einer Stellventilanordnung einer prozesstechnischen Anlage. Der elektropneumatische Stellungsregler 10 ist über ein pneumatisches Leitungssystem an einen pneumatischen Stellantrieb des Stellventils angeschlossen. Das Stellventil wird zum Regeln der Prozessfluidströmung einer prozesstechnischen Anlage von dem Stellantrieb betätigt und durch den elektropneumatischen Stellungsregler 10 gesteuert/geregelt.
-
Der Stellungsregler 10 umfasst mehrere Module, wobei hier lediglich ein der Pneumatik zugeordnetes Modul gezeigt ist. Der Stellungsregler 10 umfasst ein Schutzgehäuse 12. Das Schutzgehäuse 12 besteht aus mehreren, modulartig miteinander verbundenen Gehäuseteilen, wobei das der Pneumatik zugeordnete Gehäuseteil 14 endseitig mit einem Gehäusedeckel 16 versehen ist.
-
Auf seiner dem Gehäusedeckel 16 entfernt gelegenen Seite des Gehäuseteils 14 ist ein Flansch 18 mit mehreren, über den Umfang in den Flansch 18 integrierten, gleichmäßig verteilten Flanschsegmenten 20 vorgesehen. Über den Flansch 18 und die Flanschsegmente 20 wird das Gehäuseteil 14 mit weiteren Modulen des Schutzgehäuses 12 verbunden.
-
In den 1 bis 4 ist im Wesentlichen der Teil des Stellungsreglers 10 dargestellt, der eine Pneumatik-Komponente 22 umfasst und betrifft. Zudem weist der Stellungsregler 10 noch Elektronik-Komponenten auf, die an der der Pneumatik-Komponente 22 entfernt gelegenen Stirnseite einer Innenstruktur 26 des Gehäuseteils 14 - hier nicht sichtbar - angeordnet sind und mit einem, in den Figuren ebenfalls nicht dargestellten, elektrischen Feldeingang verbunden sind.
-
Die Pneumatik-Komponente 22 ist auf der dem Gehäusedeckel 16 zugewandten Stirnseite der Innenstruktur 26 des Gehäuseteils 14 angeordnet. Ein pneumatischer Versorgungseingang 24 steht aus dem Schutzgehäuse 12 seitlich hervor und ist zum Anschluss an eine hier nicht dargestellte pneumatische Quelle frei anschließbar. Auf der dem pneumatischen Versorgungseingang 24 entfernt gelegenen Seite der Pneumatik-Komponente 22 ist ein hier im Einzelnen nicht dargestellter pneumatischer Feldausgang vorgesehen. Die Elektronik-Komponente ist mit der Pneumatik-Komponente 22 in bekannter Weise signalmäßig verbunden und steuert oder regelt diese darüber.
-
Gemäß 3 ist die Pneumatik-Komponente 22 mit der Stirnseite der Innenstruktur 26 des Gehäuseteils 14 verschraubt. Hierfür sind in der Pneumatik-Komponente 22 zwei um 180° versetzt angeordnete Montageausnehmungen 28 vorgesehen, die entsprechenden Gewindebohrungen 30 in der Stirnseite der Innenstruktur 26 des Gehäuseteils 14 zugeordnet sind. Über den Gewindebohrungen 30 zugeordnete Schrauben 32 ist die Pneumatik-Komponente 22 mit der Innenstruktur 26 des Gehäuseteils 14 fest verschraubt, kann aber bei Bedarf wieder davon gelöst und einfach ausgewechselt oder gewartet werden. Hierfür müssen lediglich der Gehäusedeckel 16 entfernt und anschließend die Schrauben 32 herausgeschraubt werden.
-
Der Gehäusedeckel 16 ist ebenfalls mit dem Gehäuseteil 14 verschraubt und somit lösbar mit diesem verbunden. Hierfür weist der Gehäusedeckel 16 ein Innengewinde 38 und der zugeordnete zylindrische Bereich 14a der Innenstruktur 26 des Gehäuseteils 14 ein Außengewinde 40 auf. Das Außengewinde 40 der Innenstruktur 26 greift in das Innengewinde 38 des Gehäusedeckels 16 ein. Muss die pneumatische Komponente 22 ausgewechselt oder gewartet werden, wird der Gehäusedeckel 16 von der Innenstruktur 26 durch relatives Drehen des Innengewindes 38 gegenüber dem Außengewinde 40 abgeschraubt und von dem Gehäuseteil 14 entfernt.
-
Weiterhin ist der Gehäusedeckel 16 zweigeteilt aufgebaut und umfasst einen Innenring 34 und einen dazu konzentrisch angeordneten Außenring 36. Der Außenring 36 überlappt dabei den Innenring mit mehr als 75 %. Der Innenring 34 ist im Hinblick auf den Außenring 36 bezogen auf die Längsachse 48 des Schutzgehäuses 12 länger ausgebildet und steht dadurch über den Außenring 36 innen hervor. Der Innenring 34 erstreckt sich im Wesentlichen bis zum freien Ende der Pneumatik-Komponente 22 und umschließt diese dort bündig. Der Außenring 36 erstreckt sich im Wesentlichen von der Ebene der Innenstruktur 26 des Gehäuseteils 14, an der die Pneumatik-Komponente 22 anliegt, bis zu ca. 20 % bis 25 % weniger in Richtung freies Ende der Pneumatik-Komponente 22 als der Innenring 34. Von dem freien Ende der Pneumatik-Komponente 22 erstreckt sich der pneumatische Versorgungseingang 24 weiter in Richtung freies Ende des Moduls des elektropneumatischen Stellungsreglers 10 und somit auch von dem freien Ende des Innenrings 34 weg.
-
Der Gehäusedeckel 16 ist zwischen seinem Innenring 34 und seinem Außenring 36 im Hinblick auf die 3 und 4 von links nach rechts mit einer Dichtung 42, einer ersten Kammer 44 sowie einer zweiten Kammer 46 versehen. Die erste Kammer 44 und die zweite Kammer 46 sind strömungstechnisch in Reihe angeordnet.
-
In den Innenring 34 ist an seiner Außenseite eine umlaufende, radial zu der Längsachse 48 eingebrachte Nut 50 vorgesehen, in welche die Dichtung 42 in Form einer O-Ring Dichtung eingebracht ist. Hierüber wird die erste Kammer 44 beispielsweise vor von der Flanschseite des Gehäusedeckels 16 möglicherweise eintretender Feuchtigkeit geschützt.
-
Neben der Nut 50 ist die erste Kammer 44 angeordnet, welche sich ringförmig in Umfangsrichtung um 360° zwischen Innenring 34 und Außenring 36 erstreckt. In dem Innenring 34 und der ersten Kammer 44 sind mehrere Rückschlagventile 52 vorgesehen. Die Rückschlagventile 52 sind radial in einer Ebene senkrecht zur Längsachse 48 angeordnet, weisen zueinander einen gleichen Abstand auf und sind somit über den Umfang des Innenrings 34 gleichmäßig verteilt angeordnet.
-
Ein Rückschlagventil 52 umfasst eine radial nach innen durch den Innenring 34 hindurch verlaufende Entlüftungsbohrung 54. Die Entlüftungsbohrung 54 verbindet einen Innenraum 56 des Schutzgehäuses 12 mit der ersten Kammer 44. Im Bereich der ersten Kammer 44 ist eine Entlüftungsöffnung 58 des Rückschlagventils 52 vorgesehen, welche gegenüber dem benachbarten Bereich der Außenseite des Innenrings 34 in der ersten Kammer 44 erhoben ist. Hierdurch wird vermieden, dass beispielsweise in der ersten Kammer 44 angesammeltes Kondenswasser über die Entlüftungsöffnung 58 und die Entlüftungsbohrung 54 in den Innenraum 56 des Schutzgehäuses 12 gelangen kann.
-
Ein Membranring 60 bedeckt alle Entlüftungsöffnungen 58 in der ersten Kammer 44. Der Membranring 60 ist jeweils Teil des Rückschlagventils 52 und ist auf den Entlüftungsöffnungen 58 zwischen dem Innenring 34 und dem Außenring 36 angeordnet. Der Membranring 60 ist als elastischer Dichtring ausgebildet. Überschreitet der Druck im Innenraum 56 des Schutzgehäuses 12 einen gewissen Schwellwert, hebt sich der Membranring 60 im Bereich der Entlüftungsöffnung 58 an und gewährleistet einen Druckausgleich zwischen dem Innenraum 56 und der ersten Kammer 54. Der Schwellwert wird durch die Federkraft des Membranrings 60 im Bereich der Entlüftungsöffnung 58 festgelegt. Für die Federkraft spielt die Dimensionierung des Membranrings 60, der im Hinblick auf das Elastizitätsmodul gewählte Werkstoff eine Rolle, aber auch, wie stark der Membranring zwischen Innenring 34 und Außenring 36 im Bereich der Entlüftungsöffnungen 58 komprimiert ist. Der Membranring 60 wird dabei durch den sich durch den erhabenen Bereich der Entlüftungsöffnung 58 ergebenden geringeren Abstand zwischen Innenring 34 und Außenring 36 in der ersten Kammer 44 fixiert.
-
Die erste Kammer 44 ist gegenüber der zweiten Kammer 46 durch einen segmentierten, in einer radialen Ebene bezogen auf die Längsachse 48 angeordneten ersten Steg 62 abgetrennt. Der segmentierte erste Steg 62 besteht aus einzelnen Stegteilen 62a, welche zueinander in einem gleichmäßigen Abstand angeordnet sind und den segmentierten ersten Steg 62 bilden. Der segmentierte erste Steg 62 ist integraler Teil des Außenrings 36, auf der Innenseite des Außenrings 36 und somit auf die Außenseite des Innenrings 34 weisend angeordnet. Dabei grenzt der segmentierte erste Steg 62 an einen stufenförmigen, in einer radialen Ebene bezogen auf die Längsachse 48 angeordneten Absatz 64 auf der Außenseite des Innenrings 34 an. Der Absatz 64 fällt in Richtung freies Ende der Pneumatik-Komponente 22 ab.
-
Auf der dem ersten Steg 62 in Richtung freies Ende der Pneumatik-Komponente 22 entfernt gelegenen Seite wird die zweite Kammer 46 durch einen ebenfalls segmentierten zweiten Steg 66 begrenzt. Der segmentierte zweite Steg 66 besteht aus einzelnen Stegteilen 66a, welche zueinander in einem gleichmäßigen Abstand angeordnet sind. Der segmentierte zweite Steg 66 ist integraler Teil des Außenrings 36, auf der Innenseite des Außenrings 36 und somit auf die Außenseite des Innenrings 34 weisend angeordnet. Zwischen den Stegteilen 66a befinden sich Öffnungen 70.
-
Durch die Segmentierung des ersten Stegs 62 und des zweiten Stegs 66 kann im Entlüftungsfall die Luft aus der ersten Kammer 44 durch benachbarte Stegteile 62a in die zweite Kammer 46 und von dort durch benachbarte Stegteile 66a in die Umgebung entweichen.
-
Zudem sind an der zylindrischen Außenwandung des Außenrings 36 mehrere Ausnehmungen 68 vorgesehen, welche durch den Außenring 36 hindurchgehen und die zweite Kammer 46 mit der Umgebung verbinden. Somit kann im Entlüftungsfall auch Luft aus der zweiten Kammer 46 über die Ausnehmungen 68 in die Umgebung entweichen. Die Ausnehmungen 68 sind ebenfalls in einer radialen Ebene bezogen auf die Längsachse 48 in gleichem Abstand zueinander über den Umfang des Außenrings 36 angeordnet.
-
Das Schutzgehäuse 12 ist für explosionsgeschützte Anwendungen entsprechend der DIN EN 60079-1 ausgebildet.
-
Bei der Pneumatik-Komponente 22 handelt es sich um einen I/P-Wandler. Die hier nicht dargestellte Elektronik-Komponente kann ein Regler und/oder ein Messwandler sein.
-
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass im Entlüftungsfall der Pneumatik-Komponente 22 der Überdruck im Innenraum 56 des Schutzgehäuses 12 über Rückschlagventile 52 in die erste Kammer 44, anschließend in die zweite Kammer 46 und schlussendlich über die Ausnehmungen 68 oder die durch den segmentierten Steg 66 gebildeten Öffnungen 70 einfach ausgeglichen werden kann. Dabei werden eine kompakte Bauweise und ein einfach herzustellender Aufbau gewährleistet. Der Schwellwert der Entlüftung über das Rückschlagventil 52 kann durch die Wahl eines Membranrings 60 im Hinblick auf seine Dimensionierung und sein Elastizitätsmodul eingestellt werden.
-
Durch diese Konstruktion erfolgt ein sukzessiver Druckabbau des im Entlüftungsfall aus der Pneumatik-Komponente 22 ausströmenden Fluids über den Innenraum 56, die erste Kammer 44 und die zweite Kammer 46. Eine Gefährdung der unmittelbaren Umgebung des Schutzgehäuses im Entlüftungsfall wird dadurch erheblich verringert.
-
Der erste Steg 62, der Absatz 64 im Zusammenwirken mit dem zweiten Steg 66, den Ausnehmungen 68 und den Öffnungen bilden eine Art Labyrinthdichtung, um ein Eindringen von Feuchtigkeit in die zweite Kammer 46, vor allem in die erste Kammer 44, zu vermeiden.
-
Nachdem die Ausnehmungen 68 radial und die Öffnungen 70 axial am Umfang des Außenrings angeordnet sind, kann in die zweite Kammer 46 eindringendes Strahlwasser ohne weiteres wieder ablaufen, ohne in die erste Kammer 44 zu gelangen. Falls doch Wasser in die erste Kammer gelangt, ist es drucklos und wird durch die elastische Dichtung des Rückschlagventils 52, also durch den Membranring 60, vor einem weiteren Eindringen in den Innenraum 56 des Schutzgehäuses 12 gehindert.
-
Durch die über den Umfang des Außenrings 36 angeordneten Öffnungen 70 und Ausnehmungen 68 wird das Risiko minimiert, dass die Entlüftungseinrichtung des Moduls 10 des elektropneumatischen Feldgeräts bei kalten Temperaturen vollständig durch Vereisung ausfällt.
-
Der Gehäusedeckel 16 erstreckt sich im Wesentlichen über die Länge der Pneumatik-Komponente 22, wodurch eine schnelle Reaktionszeit der Entlüftungseinrichtung im Entlüftungsfall gegeben ist, da die Entlüftungseinrichtung nahe bei einer möglichen Überdruckquelle vorgesehen ist.
-
Das Schutzgehäuse 12 und der Gehäusedeckel 16 sind dabei im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet, um einfach hergestellt werden zu können.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- elektropneumatischer Stellungsregler
- 12
- Schutzgehäuse
- 14
- Gehäuseteil
- 14a
- zylindrischer Bereich des Gehäuseteils 14
- 16
- Gehäusedeckel
- 18
- Flansch
- 20
- Flanschsegment
- 22
- Pneumatik-Komponente
- 24
- pneumatischer Versorgungseingang
- 26
- Innenstruktur des Schutzgehäuses 12
- 28
- Montageausnehmung
- 30
- Gewindebohrung
- 32
- Schraube
- 34
- Innenring des Gehäusedeckels 16
- 36
- Außenring des Gehäusedeckels 16
- 38
- Innengewinde des Gehäusedeckel 16
- 40
- Außengewinde des zylindrischen Bereichs 14a des Gehäuseteils 14
- 42
- Dichtung
- 44
- erste Kammer
- 46
- zweite Kammer
- 48
- Längsachse
- 50
- Nut
- 52
- Rückschlagventil
- 54
- Entlüftungsbohrung
- 56
- Innenraum des Schutzgehäuses 12
- 58
- Entlüftungsöffnung
- 60
- Membranring
- 62
- erster Steg
- 62a
- Stegteil des ersten Stegs 62
- 64
- Absatz
- 66
- zweiter Steg
- 66a
- Stegteil des zweiten Stegs 66
- 68
- Ausnehmung
- 70
- Öffnungen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 202015100970 U1 [0005]
- EP 3137796 B1 [0006]
- EP 2016318 B1 [0007]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- Norm DIN EN 60079-1 [0032]
- DIN EN 60079-1 [0032, 0056]
