EP4214472A1 - Funksensormodul und baukastensystem zur bildung eines funksensormoduls - Google Patents

Funksensormodul und baukastensystem zur bildung eines funksensormoduls

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Publication number
EP4214472A1
EP4214472A1 EP21754717.3A EP21754717A EP4214472A1 EP 4214472 A1 EP4214472 A1 EP 4214472A1 EP 21754717 A EP21754717 A EP 21754717A EP 4214472 A1 EP4214472 A1 EP 4214472A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
radio
module
sensor module
fsm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21754717.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Eck
Arno Klug
Gabriel BACHMANN
Christian MUESSIG
Michael Heider
Christian FROHMADER
Sebastian GUTSCH
Thomas EIFERT
Christian WIRL
Lars GOETTL
Heiko Kern
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WIKA Alexander Wiegand SE and Co KG
Original Assignee
WIKA Alexander Wiegand SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WIKA Alexander Wiegand SE and Co KG filed Critical WIKA Alexander Wiegand SE and Co KG
Publication of EP4214472A1 publication Critical patent/EP4214472A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422—Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427—Housings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G—PHYSICS
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    • H05K2201/10151—Sensor

Definitions

  • the invention relates to a wireless sensor module and modular system for forming a wireless sensor module.
  • Radio sensor modules for transmitting measured values are generally known from the prior art.
  • the invention is based on the object of specifying a new type of radio sensor module and a modular system for forming a radio sensor module.
  • radio sensor module which has the features specified in claim 1
  • modular system which has the features specified in claim 30.
  • the radio sensor module is designed in particular for the transmission of measurement data obtained from a pressure, temperature, flow rate or level measurement.
  • the radio sensor module comprises a sensor base module with at least one sensor board comprising a sensor and/or a connection for connection to a sensor external to the radio sensor module.
  • the radio sensor module includes a process connection and/or an extended sensor connection, a housing section which accommodates the sensor base module and the sensor circuit board, and a radio sensor unit with a structural support.
  • the structural support carries a radio circuit board and an energy store that supplies it with electrical energy, the energy store comprising an electric battery and an electric capacitor.
  • the battery and the capacitor are electrically connected in parallel.
  • the battery enables the radio sensor module to be supplied with energy in continuous operation.
  • the capacitor connected in parallel is provided for buffering and takes over or supports the energy supply, in particular when current peaks occur and/or during inrush current phases of the wireless sensor module.
  • the capacitor also supports a voltage of the battery when it is put back into operation after a long idle period and initially starts with voltage dips when the cell chemistry is put into operation.
  • the battery consists of a lithium cell which works in particular on the basis of lithium thionyl chloride.
  • the capacitor is designed as a hybrid layer capacitor, which includes electrodes and/or a cell structure based on lithium intercalation compounds. Such a structure allows atoms, ions or small molecules to be stored between the crystal lattice planes of layered crystals.
  • a battery designed in this way and a capacitor designed in this way have a low internal resistance and can emit high current pulses.
  • SOCf pure thionyl chloride structure
  • this can also be used in other optimized mixtures, such as sulfuryl chloride (SO2CI2) in combination with thionyl chloride and lithium (Li).
  • the lithium cell is characterized in that it has a mass fraction of 10% to 30% lithium cobalt nickel oxide and 10% to 20% graphite or carbon (Ce) and 15% to 50% of the aforementioned lithium thionyl chloride.
  • An electrolyte of the lithium cell for example, essentially comprises a solution of lithium tetrachloroaluminate in thionyl chloride. Based on the electrochemical reaction, the thionyl chloride is also an active depolarizer.
  • the electrolyte is therefore often referred to as a catholyte or liquid cathode.
  • the cathode is made of highly porous acetylene black with a Teflon binder.
  • a rated power is, for example, 2.2 Ah to 3.0 Ah at a voltage of 3 volts to 4 volts.
  • an average continuous discharge current for the lithium cell is approx. 100 mA depending on the cycle, which is why the combination with the capacitor to buffer short current peaks is an optimal addition.
  • a pulse current capability of the capacitor is up to 0.5 ampere or 0.75 ampere or 1 ampere with a mass of only 3.0 grams to 5.0 grams designed.
  • a rated power is 0.05 Wh to 0.10 Wh at a voltage of 3 volts to 4 volts.
  • the structure used for this purpose was a hybrid layer capacitor type.
  • the intercalation connections are spirally wound to improve performance.
  • the capacity of the battery is 5 Wh to 15 Wh and the capacity of the capacitor is 90 Ws to 220 Ws. Such values have proven to be particularly suitable for use in the radio sensor module.
  • the capacitor can be electrically charged by the battery, in particular during normal operation, so that the capacitor is always charged for buffering.
  • the energy store and the radio circuit board are arranged in the radio sensor unit in an interlocked manner. This enables a compact arrangement of the energy store and the radio circuit board.
  • an interleaving angle formed between an axial surface plane of the radio sensor unit and an axial surface plane of the energy store is greater than zero degrees, so that extensions of the axial surface planes intersect outside. This enables a particularly compact arrangement of the energy store and the radio circuit board.
  • the axial surface planes run at least essentially perpendicular to a central axis of the housing section, or the energy store and the radio circuit board are arranged relative to one another in such a way that their axial surface planes run parallel.
  • the energy store and the wireless circuit board are arranged off-centre to a central axis of the wireless sensor unit, or the energy store and the wireless circuit board are arranged in a central axis of the wireless sensor unit.
  • the radio circuit board has an upper section and a lower section, with an antenna being mounted on the radio circuit board in the upper section and a plug connector coupled to the energy store being arranged below the antenna. This enables a space-saving arrangement of the antenna and the connector as well as simple coupling of the radio circuit board.
  • the radio sensor unit comprises a housing cap mechanically coupled to the structural support or to an intermediate ring arranged between the sensor base module and the radio sensor unit, which in particular encloses the energy store and the radio circuit board in a sealed manner and thus protects against external influences.
  • an O-ring is arranged between the housing cap and the structural support or between the housing cap and the intermediate ring, which enables cost-effective and reliable sealing.
  • the housing cap and the structural support or the housing cap and the intermediate ring have locking elements for forming a bayonet lock.
  • the bayonet lock enables a connection that is easy to establish, stable and easy to detach.
  • the housing cap has an inner stop and/or an inner step, the energy store being fixed axially by means of the stop and/or the step.
  • the energy store is fixed or mounted in a vibration-damped manner by means of at least one spring element. This enables the energy store to be stored and fixed in a simple and reliable manner and also protects it from shocks.
  • the housing cap is made of plastic and is therefore particularly light and inexpensive and does not impair radio communication.
  • the housing section accommodating the sensor base module and the sensor circuit board is made of stainless steel. This results in great mechanical stability and chemical resistance to process media and environmental influences.
  • the housing cap and the housing section are connected to one another via the structural support or intermediate ring and consequently in a particularly simple manner and without the need for additional components.
  • the structural support has integrally formed receptacles for the energy store and the radio circuit board, with the receptacles each being designed in particular as a guide section which encompasses the energy store and the radio circuit board in sections and/or are mounted in U-shaped and/or circular sections . This enables the energy store and the radio circuit board to be held in a simple and reliable manner without the need for additional holding elements.
  • the structural support is designed as a universally usable circuit board holder, with an inner receptacle or an inner shaft being combined with different circuit board geometries and/or different types of energy stores and being closed from the outside with different housing caps, sealed and, in the event of a change of the Energy storage can be opened again.
  • a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor or a microcontroller is provided, each of which is designed to activate the sensor base module.
  • the sensor base module processes at least one measured value recorded by the sensor when activated, and the metal-oxide-semiconductor field-effect transistor or microcontroller are designed to switch off the sensor base module after processing the measured value, in particular after a time of 50 ms to 500 ms, in particular 200 ms, to deactivate.
  • energy consumption of the radio sensor module can be reduced.
  • the clock of a request for measured values can be set externally by a user, in particular via a radio interface with an app on a mobile device or via another interface, for example a universal radio sensor interface using a UART or I 2 C protocol.
  • the metal-oxide-semiconductor field effect transistor and the microcontroller are designed to switch the sensor base module to the at least one sensor and/or to the connection for connecting to a radio sensor module-external sensor in a stand-by mode maintain and thus further reduce energy consumption.
  • the metal-oxide-semiconductor field effect transistor or microcontroller activates the sensor base module with the at least one sensor and/or with the connection for connection to a sensor external to the radio sensor module when a measured value is requested via an interrupt from the standstill by mode.
  • the sensor base module can be operated in stand-by mode with low energy consumption for a maximized period of time and is only actively operated for a minimized period of time when measured value acquisition and transmission is required. This enables the wireless sensor module to operate with particularly low energy consumption.
  • the sensor base module and the at least one corresponding sensor have a power consumption of less than 1 pA in the standby mode.
  • the senor is a piezo sensor, a thick-film ceramic sensor, a thin-film sensor, a thermal flow sensor or an optical level sensor.
  • Such sensors detect the corresponding measured value particularly reliably.
  • the wireless circuit board includes transmission units for data transmission using at least two different wireless standards, the wireless standards including, for example, Bluetooth and/or wireless HART and/or a proprietary transmission method based on a chirp spread spectrum modulation technique.
  • the radio circuit board includes at least one chip antenna. This allows data to be transmitted to other devices that may have different radio standards.
  • the radio circuit board is designed to be smaller than a second possible radio circuit board when it is designed for transmission according to the Bluetooth standard or wireless HART, in particular it is shorter in one direction in space.
  • the wireless circuit board is designed for transmission according to the so-called Lora Standard, the wireless circuit board having larger dimensions and accessing a printed circuit board antenna for transmission.
  • the radio circuit board is designed for transmission in accordance with the so-called Lora standard and the Bluetooth standard.
  • the radio circuit board is longer than in the sole training for transmission according to the Bluetooth standard.
  • a holding geometry that is present here is characterized in particular by the fact that printed circuit boards are held in the same receptacle regardless of the length of the radio circuit board and both a printed antenna for transmission according to the Lora standard and a chip-internal antenna for transmission according to the Bluetooth standard are used.
  • the radio sensor unit comprises at least one communication interface which is designed for data transmission with the sensor and/or at least one sensor external to the radio sensor module .
  • the wireless sensor unit includes an electrical module coupling section with electrical contacts
  • the sensor base module includes an electrical module coupling section with electrical contacts.
  • the contacts enable transmission of sensor signals and transmission of energy.
  • a coupling direction of the electrical contacts of the module coupling sections of the wireless sensor unit and sensor base module is in the same direction as a mounting direction of the wireless circuit board and energy store of the wireless sensor unit.
  • an opening of the process connection or of the extended sensor connection is in the same direction as the coupling direction of the electrical module coupling sections, which results in simplified assembly of the radio sensor module and its components.
  • At least one of the module coupling sections has a captive securing ring, which is in particular fastened to the radio sensor unit.
  • the securing ring enables the connection of the module coupling sections to be secured, the captive arrangement making it easy to handle the module coupling sections.
  • both module coupling sections have complementary locking elements for forming a bayonet lock for the joint connection.
  • the bayonet lock enables a connection between the wireless sensor unit and the sensor base module that is easy to establish, stable and also easy to detach.
  • both module coupling sections have complementary threads, in particular M12 threads, to form a bayonet lock for the common connection, the threads enabling a particularly secure connection.
  • the electrical contacts of one of the module coupling sections are designed as socket contacts and the electrical contacts of the other module coupling section are designed as pin contacts which are complementary to the socket contacts. This enables a simple, secure, robust and durable connection.
  • the module coupling sections form, for example, a fixed coupling connector for the radio sensor unit and the sensor base module, so that no further fastening devices are required.
  • the Coupling connectors are designed in such a way that only electrical socket contacts are mounted on the radio sensor unit, while robust and durable pin contacts are mounted on the sensor base module.
  • the coupling connector has only 4 to 5 contacts.
  • the coupling connector comprises a cable, so that the radio sensor unit can be placed away from the sensor base unit at a position at which there are improved transmission and reception conditions.
  • the process connection is designed to position and hold the wireless sensor module on a complementary connection solely mechanically. Thus, no additional positioning and holding means is required.
  • this includes a detection unit which is designed to detect a local proximity of a mobile terminal device to a radio sensor using location data previously stored in a database by comparing an actual position of the mobile terminal device with the location data of the database. This results in the possibility of outputting a message via the mobile terminal device when approaching the radio sensor module, for example when falling below a local area and/or radius. Messages and measured values from the radio sensor can be triggered both by local proximity, falling below a distance and by threshold values stored in the mobile terminal device and/or radio sensor module if these are exceeded during a measurement.
  • the approach can also be determined via satellite-based position determination systems using the mobile device, with one or more positions of at least one wireless sensor being initially determined during configuration and stored by the associated mobile device in a database for position evaluations for a wireless sensor during configuration.
  • all devices within an available radius can also be connected upon request Carry out a comparison with such a database without each radio sensor having its own satellite-supported position determination.
  • the wireless sensor unit is connected via a first connection protocol to a receiving station for evaluating and displaying measured values and via a second connection protocol to a user's mobile terminal device.
  • the mobile terminal includes in particular a position determination and a voice interface via which the user can also request measurement values via voice and dictation services.
  • a message can be output via an available device, even if the local area and/or radius is not reached.
  • communication with the mobile terminal takes place via the second protocol, in particular via a mobile network, the Internet or via GSM services.
  • the sensor base module forms a lower sensor module and the wireless sensor unit forms an upper sensor module.
  • An EMC circuit board is arranged between the radio circuit board and the sensor circuit board, with all electrical connections formed between the lower sensor module and the upper sensor module being routed via the EMC circuit board.
  • the terms “lower sensor module”, “upper sensor module”, “bottom” and “top” refer to a normal intended use of the wireless sensor module or to the drawings shown. Of course, in a real application, there can also be “overhead” mounting or other mounting orientations of the radio sensor module, in which case the top and bottom can be different.
  • the term “bottom” means a side of the radio sensor module on which a Connection for a process medium or an external plug connection is provided.
  • the EMC circuit board forms a coupling level between the respective upper sensor module and the lower sensor module in a simple manner. Furthermore, the EMC circuit board combines all means for regulating electromagnetic compatibility on one circuit board, which can always be designed in the same way as a subordinate standard component.
  • all electrical connections between the sensor circuit board, the radio circuit board and the EMC circuit board are implemented via plug connectors that are permanently fixed to printed circuit boards of the sensor circuit board, the radio circuit board and the EMC circuit board, and the EMC circuit board, and the EMC circuit board forms a sealing section between the radio sensor unit and sensor base module.
  • the design of the plug connectors enables a simple electrical connection of the sensor circuit board, the radio circuit board and the EMC circuit board.
  • the formation of the sealing section by the EMC circuit board enables a simple seal between the wireless sensor unit and the sensor base module without additional sealing elements.
  • the plug connectors are formed in at least one at least six-pin connector plug and a UART protocol or FC protocol is provided as the internal data protocol.
  • a UART protocol or FC protocol is provided as the internal data protocol.
  • the EMC circuit board is sealed and connected to part of a housing of the lower sensor module or the structural support or the intermediate ring and/or the EMC circuit board is guided in a sealed manner in the housing, the structural support or the intermediate ring.
  • the EMC circuit board is coupled to the module coupling section of the radio sensor unit to implement a simple and reliable coupling and/or the EMC circuit board is coupled to the sensor circuit board by means of a plug connection.
  • the extended sensor connection is designed for coupling to a sensor external to the radio sensor module.
  • a radio sensor module's own process connection can be omitted.
  • intelligent and/or configurable software is provided, which can control the timing of a transmission of sensor data as desired and/or required by a control room, a router or an operator or depending on the state of charge of the energy storage device. At the same time, it is possible to save and execute certain operating patterns from a library by means of a teach-in process or specification or by selection.
  • the modular system according to the invention for forming an aforementioned radio sensor module comprises a sensor base module with at least one sensor board comprising a sensor and/or a connection for connection to a radio sensor module-external sensor.
  • the modular system also includes a process connection and/or an extended sensor connection, a housing section which accommodates the sensor base module and the sensor circuit board, and at least one wireless sensor unit with a structural support.
  • the structural support is designed to accommodate radio circuit boards with different dimensions and energy storage devices with different dimensions provided for the electrical supply of these and includes fastening structures which are designed for damage-free assembly and disassembly of the radio circuit board and the energy storage device.
  • the modular system includes a number of different radio circuit boards and a number of energy stores with different dimensions, in particular each comprising an electric battery and an electric capacitor, which are electrically connected in parallel.
  • the modular system includes housing caps of different sizes, each of which can be mechanically coupled to a structural support, with the respective lengths of the housing caps starting from a
  • Coupling structure for coupling to the structural support correspond to an opposite end with the different dimensions of the energy storage and / or different dimensions of the different radio circuit boards.
  • the modular system enables a modular structure of a wireless sensor module, which allows different wireless components, sensor cells or sensor elements to be coupled with different energy stores.
  • the energy stores can be accommodated in different sizes by the structural support and a matching housing cap, without structural changes being required for this.
  • the modular system enables the radio sensor unit to be connected via an interface to a sensor inside the radio sensor module, to a sensor outside the radio sensor module, or to an energy store.
  • the modular system enables different sensor base modules to be combined with different wireless sensor units.
  • a lower sensor base module which has a pressure, temperature, flow rate or level sensor.
  • a sensor base module can also be added to the wireless sensor unit, which acts as a sensor signal processing module and can be connected via different protocols, for example with currents from 4 mA to 20 mA, so-called HART protocols, Profibus protocols or any other protocol, with a cable another wireless sensor module external sensor can be coupled.
  • This modularity is made possible in particular by a sensor interface, which is independent of the measured variable, between the radio sensor unit and the sensor base module or on the part of a sensor signal processing module.
  • radio circuit boards can be used and connected with connectors, the radio circuit boards in particular each having the same circuit board geometries and connection options and in particular only in one axis, ie z. B. in their length, are different.
  • the modular system makes it possible for the first time to use different energy storage devices with different radio circuit boards and radio standards on a platform basis to combine in a wireless sensor unit, which in turn with a
  • FIG. 1 shows a schematic of a radio sensor with an integrated antenna according to the prior art
  • 3A shows a schematic sectional view of a radio sensor module
  • FIG. 3B shows a further sectional view of the radio sensor module according to FIG. 3A
  • FIG. 4A schematically shows a sectional view of a radio sensor module
  • FIG. 4B schematically shows a further sectional view of the radio sensor module according to FIG. 4A
  • Fig. 5 shows a schematic sectional view of a radio sensor module
  • Fig. 6A schematically a perspective view of a partially disassembled
  • Wireless sensor module in a first configuration 6B schematically shows a perspective view of a partially dismantled wireless sensor module in a second configuration
  • FIG. 7 shows a schematic exploded view of a wireless sensor module with differently designed lower sensor modules in section
  • FIG. 8 shows a schematic sectional view of a dismantled radio sensor module with a coupling connector for connecting an upper sensor module and a lower sensor module
  • FIG. 9A schematically shows a wireless sensor module in an application environment
  • FIG. 1 shows a possible exemplary embodiment of a radio sensor FS according to the prior art.
  • the radio sensor FS includes an integrated antenna A coupled to a radio circuit board FP and a sensor S, to which a sensor circuit board SP is assigned.
  • the antenna A is here integrated as a component in a housing cap KG.
  • the sensor circuit board SP can send sensor data via the antenna A and, for this purpose, draws electrical energy from a single-cell energy store ES, for example a rechargeable battery or a battery.
  • a single-cell energy store ES for example a rechargeable battery or a battery.
  • the sensor circuit board SP is designed for an evaluation and processing of sensor data recorded by means of the sensor S.
  • FIG. 2 shows another possible exemplary embodiment of a radio sensor FS according to the prior art.
  • the antenna A is placed on the outside of the housing cap KG.
  • FIG. 3A shows a sectional illustration of a possible exemplary embodiment of a wireless sensor module FSM according to the invention.
  • the radio sensor module FSM comprises an upper sensor module OSM and a lower sensor module USM coupled to this.
  • a sensor S designed as a pressure or temperature sensor is assigned to a sensor circuit board SP, both of which are arranged in the lower sensor module USM.
  • the sensor circuit board SP is connected to a radio circuit board FP via an EMV circuit board EMV and forms an interface between the upper sensor module OSM and the lower sensor module USM.
  • An antenna A designed as a radio antenna is arranged “onboard” on the radio circuit board FP in the upper sensor module OSM.
  • the radio circuit board FP and the sensor circuit board SP are, as shown in more detail in FIG.
  • a housing cap KG sealingly encloses the energy store ES and the radio circuit board FP, ie at least essentially the upper sensor module OSM.
  • FIG. 3B shows a further sectional view of the radio sensor module FSM in a plane SA according to FIG. 3A, which illustrates an arrangement of the battery BA and the capacitor K in the position relative to the radio circuit board FP.
  • Both the battery BA and the capacitor K are accommodated within the upper sensor module OSM in a radio sensor unit and are projected from a structural support TT or support part shown in more detail in FIG. 4A orientation to each other.
  • the structural support TT is designed to accommodate one or different radio circuit boards FP, ie radio circuit boards.
  • an axis Gl of a printed circuit board level of the radio circuit board FP is intertwined with an axis G2 of a middle level of the combined energy store ES, consisting of battery BA and capacitor K, and at an intersection point SCP of the two levels, these have an angle a of 5 ° to 35 ° or 10 ° to 60 ° to each other.
  • the battery BA and the capacitor K are in particular electrically connected to one another in parallel. Different circuit board geometries and different battery types can be combined with one another by designing the inner arrangement shown, as is described in more detail in the following explanations.
  • FIG. 4A shows a sectional illustration of a further possible exemplary embodiment of a radio sensor module FSM according to the invention, in particular a more detailed basic view of the radio sensor module FSM according to FIGS. 3A and 3B.
  • the wireless sensor unit is arranged as the upper sensor module OSM on the lower sensor module USM.
  • the sensor S is coupled and arranged in the lower sensor module USM with the sensor circuit board SP for evaluating and amplifying the sensor data.
  • the sensor S is enclosed by the lower part of the sensor AUT, which accommodates the sensor S and the sensor circuit board SP, in particular in a sealed manner.
  • the lower part of the transducer AUT creates a connection to the lower process connection PA, on which a thread is formed.
  • the lower part of the pickup AUT provides device connection surfaces GA on its outside, to which a user can couple the lower part of the pickup AUT to a process using a tool and, in particular, attach it in a sealed manner.
  • the lower part of the transducer AUT is designed in the form of a trough and, as shown in the exemplary embodiment, includes the process connection PA. This is welded or molded onto the lower part of the AUT transducer.
  • the process connection is not part of the lower part of the transducer AUT.
  • the upper sensor module OSM comprises a structural carrier TT or a carrier part, which accommodates the energy store comprising the battery B A and the capacitor K, as well as the radio circuit board FP with the integrated antenna A.
  • the battery BA and the capacitor K are coupled to the radio circuit board FP via a connector SV1 and supply all circuit boards of the upper sensor module OSM with electrical energy when requested.
  • a spring element FE fixes the battery BA and the capacitor K via elastic prestressing in the structural support TT and dampens externally acting vibrations for the energy store ES.
  • the radio circuit board FP has the antenna A, which is designed as an integrated conductor track or as a component mounted “onboard”.
  • the radio circuit board FP is coupled via a second connector SV2 to the EMC circuit board EMV, which forms an interface between the upper sensor module OSM and the lower sensor module USM.
  • the EMC circuit board EMC is coupled to the sensor circuit board SP via a further connector SV3.
  • the electrical plug connector SV3 transmits both sensor data and energy, but it is also designed with multiple pin contacts so that other lower sensor modules USM can be coupled.
  • this plug connector SV3 is designed in such a way that a universal radio transmission connection UFSV can be provided at this point.
  • An interface created in this way is also characterized in particular by the fact that sensors S or sensor circuit boards SP connected at this point are briefly switched on in time windows for individual querying of measured values. This can be done, for example, by switching on an electrical current via MOSFETs or via a starting value when requested and controlled by the radio circuit board FP.
  • the lower sensor module USM can be switched on and off according to predetermined times or cycles that have been defined in software or a memory or configured by a user, in particular by radio control via a mobile communication device.
  • an integrated lamp for example a light-emitting diode LED, on the radio circuit board FP gives the user a current status.
  • the lamp can be seen, for example, via an opening OE in the housing cap KG.
  • the housing cap KG is routed to the structural support TT via a bayonet catch BJ and can therefore be removed without tools. Furthermore, the housing cap KG has a stop AS on the inside for the axial guidance and limitation of the energy store ES, with the stop AS also being able to be designed as a molded step on a plastic part.
  • the housing cap KG also seals via an O-ring OR to form a centering intermediate ring ZR, which seals the EMV circuit board EMV and is tightened with a welded connection SW all the way around the lower part of the transducer AUT.
  • FIG. 4B shows a further sectional view of the radio sensor module FSM, which illustrates the arrangement of the energy store ES in the structural support TT.
  • the structural support TT which accommodates the battery BA, the capacitor K and the radio circuit board FP.
  • both the battery BA and the radio circuit board FP are interchangeably guided by molded-on guide ribs AN in the housing cap KG.
  • the axes Gl, G2 of the printed circuit board level of the radio circuit board FP are also intertwined here with the middle level of the combined energy store ES, consisting of battery BA and capacitor K, for a more compact arrangement, and the point of intersection SCP between the two levels or axes Gl , G2 of the planes has in particular the angle aa of 5° to 35° or 10° to 60°.
  • the point of intersection SCP between the two planes is in particular outside of the housing cap KG.
  • the battery BA and the capacitor K are in this case connected in particular via an integrated circuit which automatically eliminates an electrical separation from the radio circuit board FP in the event of excess temperature or overload.
  • FIG. 5 shows a sectional illustration of a further possible exemplary embodiment of a wireless sensor module FSM according to the invention.
  • the intermediate ring ZR accommodates the EMC circuit board EMV as an interface between the lower sensor module USM and the upper sensor module OSM, with the intermediate ring ZR optionally being permanently connected to the structural support TT or the lower sensor part AUT.
  • the housing cap GK can be removed after turning in direction (1). Thereafter, the radio circuit board FP can be removed or exchanged in direction (2) or a short energy store ES-K in direction (3), ie vertically upwards, from shafts of the structural support TT. In this way it is possible to change both an energy store ES-K and a radio circuit board FP.
  • the spring element FE fixes and/or mounts the energy store ES in a vibration-damped manner, regardless of its length, within the upper sensor module OSM.
  • a different configuration with a larger, ie in particular longer, energy store ES-L is shown with dashed lines.
  • the use of a longer radio circuit board FP with an antenna A is dashed and indicated as an option.
  • ES-K ES-L
  • different housing caps GK can be mounted, which are characterized in particular by a different length, which is at different heights in the direction of extension of the wireless sensor module FSM, i.e. opposite to the process connection PA, for example differentiate.
  • the structure of the radio sensor module FSM shown corresponds in particular to the exemplary embodiment shown in FIGS. 4A and 4B.
  • FIG. 6A shows a perspective view of a further possible exemplary embodiment of a partially dismantled wireless sensor module FSM according to the invention in a first configuration, that is to say in particular in a first assembly variant.
  • the structural support TT is equipped with a short, small energy store ES-K, which protrudes from the structural support TT with an overall height B 1 .
  • the radio circuit board FP is arranged in a short version with a height FP1 projecting over the structural support TT, with the connector SV1 being oriented at a height (X) in the upper sensor module OSM to the structural support TT or to the intermediate ring ZR.
  • a bayonet track BJB is formed on the structural support TT, into which a nub BN of the housing cap KG engages when it is placed and can be locked by turning.
  • FIG. 6B shows a perspective view of a further possible exemplary embodiment of a partially disassembled wireless sensor module FSM according to the invention in a second configuration, that is to say in particular in a second assembly variant.
  • the structural support TT is equipped with a larger, long energy store ES-L, which protrudes from the structural support TT with an overall height B2.
  • the overall height B2 is greater than the overall height B1 of the exemplary embodiment of the radio sensor module FSM illustrated in FIG. 6A.
  • the radio board FP is designed in a longer version with a height FP2 projecting above the structural support TT, with the plug connector SV1 also here, as in the exemplary embodiment shown in Figure 6A, at the same height (X) in the upper sensor module OSM to the structural support TT or to the intermediate ring ZR oriented.
  • the plug connector SV1 is oriented towards the energy store ES, ES-K, ES-L in particular at the same height (X) in order to enable all combinations without cable lengthening or cable shortening.
  • the structure of the radio sensor module FSM shown corresponds in particular to the exemplary embodiment shown in FIGS. 4A and 4B.
  • FIG. 7 shows an exploded view of a possible further exemplary embodiment of a wireless sensor module FSM according to the invention with differently designed lower sensor modules USM in section as a platform view with possible couplings.
  • the upper sensor module OSM includes the housing cap KG, which accommodates the radio circuit board FP and the energy store ES.
  • the EMC circuit board EMC which is mounted in a sealed manner in the intermediate ring ZR, is coupled to this via a universal radio transmission connection UFSV2.
  • the intermediate ring ZR also forms a seal with the housing cap KG.
  • the EMC circuit board EMC has a universal radio transmission connection UFSV3 as a termination of the upper sensor module OSM, via which several different lower sensor modules USM1, USM2, USM3 can be coupled and operated.
  • the senor S2 can be designed as a pressure sensor or other sensor which can be operated according to the 4 mA to 20 mA standard or the so-called Hart or Profibus standard.
  • the sensor S2 can also be addressed via a different sensor protocol.
  • the sensor S2 can be addressed via an interrupt or sequentially addressed and switched on via a MOSFET.
  • the structure of the radio sensor module FSM shown corresponds in particular to the exemplary embodiment shown in FIGS. 4A and 4B.
  • FIG 8 is a sectional view of a possible further embodiment of a dismantled wireless sensor module FSM according to the invention with a coupling connector KV1 for connecting the upper sensor module OSM and the lower sensor module USM, comprising, among other things, a sensor S and a sensor board SP, shown.
  • the radio sensor module FSM includes, in addition to the coupling connector KV1 as an electrical module coupling section, the universal radio transmission connection UFSV3 at a process P.
  • the upper sensor module OSM and the lower sensor module USM are connected to one another, in particular via a fixed coupling connector KV1, comprising pin contacts ST on the part of the upper sensor module OSM and socket contacts BU on the part of the lower sensor module USM, with the lower sensor module USM having its process connection PA on a process P mounted so that no additional fastening devices are required.
  • a fixed coupling connector KV1 comprising pin contacts ST on the part of the upper sensor module OSM and socket contacts BU on the part of the lower sensor module USM, with the lower sensor module USM having its process connection PA on a process P mounted so that no additional fastening devices are required.
  • radio transmission connection UFSV3 is designed in such a way that only electrical socket contacts BU, which are tinned, are mounted on the upper sensor module OSM, and robust and durable pin contacts ST, which are round, are mounted on the lower sensor module USM.
  • the coupling connector KV1 also has in particular only four, maximum five contacts, and is therefore very compact and has a captive
  • Securing ring SOSI with thread Gl A which is designed, for example, as an M12 thread and is mounted on the socket connector of the upper sensor module OSM.
  • the upper thread Gl A here engages in a thread G2A on the connector section STA of the lower sensor module USM.
  • the upper sensor module OSM and the lower sensor module USM can also be separated at this middle module interface and connected to a coupling connector KV with cable, so that the upper sensor module OSM can be placed at a location where improved transmission and reception conditions exist.
  • the coupling connector KV also has in particular only four, a maximum of five contacts and has a captive retaining ring SOSI with thread G2B, which is designed, for example, as an M12 thread and for Attachment to the G2A thread of the STA connector section of the lower
  • the coupling connector KV has an upper plug section STA1 with a thread GIB, which is designed for attachment to the thread Gl A of the upper sensor module OSM.
  • a user has the option of exchanging an energy store ESI for another energy store ES2, in particular for another battery BA, by detaching the housing cap KG1.
  • This can also have an additional capacity ZK and thus a longer design.
  • the radio circuit board FP and, as a result, the radio standard can also be exchanged without changing a measuring point, the upper sensor module OSM or the entire radio sensor module FSM including the lower sensor module USM or decoupling it from the process P.
  • FIG. 9A shows a possible exemplary embodiment of a radio sensor module FSM according to the invention in an application environment using two connection protocols P1, P2 for transmitting measured values or for communication.
  • the upper sensor module OSM is connected via a first connection protocol PI to a receiving station GW1 for evaluating and displaying measured values on a terminal TM. This forms a communication path UPI.
  • the upper sensor module OSM is connected to a mobile terminal MBT of a user US via a second connection protocol P2. This forms a further communication path UP2.
  • the mobile terminal device MBT has a position determination and a voice interface via which the user can request US measured values, for example via voice and dictation services.
  • a message can be output via an available device, even if the distance falls below a local area or radius.
  • communication takes place with the mobile terminal MBT via the second protocol P2, in particular via a mobile network or the Internet IN or via GSM services, with a second receiving station GW2 and/or a database DB.
  • the first connection protocol PI can, for example, also be implemented as a so-called Https push service in the form of a so-called JSON file.
  • the communication paths UPI, UP2 are thus formed, via which, in particular via different types of transmission, sensor data are sent redundantly to different recipients.
  • FIG. 9B A possible exemplary embodiment of a wireless sensor module FSM according to the invention in a further application environment in a building G is shown in FIG. 9B.
  • Messages and measured values of a radio sensor FS can be triggered on the one hand by a local approach and/or falling below a distance and on the other hand by threshold values stored in the radio sensor module FSM if these are exceeded during a measurement.
  • the approach of the mobile terminal device MBT to the radio sensor module FSM can also be implemented via a satellite-based position determination GPS, with one or more positions of a radio sensor FS or sensors S being initially determined during a configuration and determined by the associated mobile terminal device MBT during a configuration and stored in a database DB for position evaluations for a wireless sensor FS or sensor S.
  • all devices in an available radius can carry out a comparison with such a database DB upon request, without each radio sensor FS having its own satellite-supported position determination GPS.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Funksensormodul (FSM), umfassend - ein Sensorbasismodul mit zumindest einer einen Sensor (S, S2) umfassenden Sensorplatine (SP) und/oder oder einen Anschluss zur Verbindung mit einem funksensormodulexternen Sensor, - einen Prozessanschluss (PA) und/oder einen erweiterten Sensoranschluss, - einen Gehäuseabschnitt, welcher das Sensorbasismodul und die Sensorplatine (SP) aufnimmt, und - eine Funksensoreinheit mit einem Strukturträger (TT), der eine Funkplatine (FP) und einen diese mit elektrischer Energie versorgenden Energiespeicher (ES, ES1, ES2 ES-K, ES-L) in sich trägt, wobei der Energiespeicher (ES, ES1, ES2 ES-K, ES-L) eine elektrische Batterie (BA) und einen elektrischen Kondensator (K) umfasst, welche elektrisch parallel verschaltet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Baukastensystem zur Bildung eines solchen Funksensormoduls (FSM).

Description

BESCHREIBUNG
TITEL DER ERFINDUNG
Funksensormodul und Baukastensystem zur Bildung eines Funksensormoduls
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Funksensormodul und Baukastensystem zur Bildung eines Funksensormodul s .
STAND DER TECHNIK
Aus dem Stand der Technik sind allgemein Funksensormodule zur Übertragung von Messwerten bekannt.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Funksensormodul und ein Baukastensystem zur Bildung eines Funksensormoduls anzugeben.
Die Aufgabe wird erfmdungsgemäß gelöst durch ein Funksensormodul, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Baukastensystem, welches die im Anspruch 30 angegebenen Merkmale aufweist.
Mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das erfindungsgemäße Funksensormodul ist insbesondere zur Übermittlung von gewonnen Messdaten aus einer Druck-, Temperatur-, Durchfluss- oder Niveaumessung, ausgebildet. Das Funksensormodul umfasst ein Sensorbasismodul mit zumindest einer einen Sensor umfassenden Sensorplatine und/oder oder einen Anschluss zur Verbindung mit einem funksensormodulextemen Sensor. Weiterhin umfasst das Funksensormodul einen Prozessanschluss und/oder einen erweiterten Sensoranschluss, einen Gehäuseabschnitt, welcher das Sensorbasismodul und die Sensorplatine aufnimmt, und eine Funksensoreinheit mit einem Strukturträger. Der Strukturträger trägt eine Funkplatine und einen diese mit elektrischer Energie versorgenden Energiespeicher in sich, wobei der Energiespeicher eine elektrische Batterie und einen elektrischen Kondensator umfasst. Die Batterie und der Kondensator sind elektrisch parallel verschaltet.
Die Batterie ermöglicht dabei eine Energieversorgung des Funksensormoduls im Dauerbetrieb. Der parallel geschaltete Kondensator ist zur Pufferung vorgesehen und übernimmt oder unterstützt die Energieversorgung insbesondere bei auftretenden Stromspitzen und/oder während Einschaltstromphasen des Funksensormoduls. Insbesondere stützt der Kondensator auch eine Spannung der Batterie, wenn diese nach längerer Ruhezeit wieder in Betrieb genommen wird und hierbei anfänglich mit Spannungseinbrüchen bei der Inbetriebnahme der Zellchemie startet.
In einer möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls besteht die Batterie aus einer Lithium-Zelle, welche insbesondere auf Lithium-Thionylchlorid-Basis arbeitet. Weiterhin ist der Kondensator als Hybrid-Layer-Kondensator ausgebildet, welcher Elektroden und/oder einen Zellaufbau basierend auf Lithium-Interkalationsverbindungen umfasst. Ein solcher Aufbau ermöglicht die Einlagerung von Atomen, Ionen oder kleinen Molekülen zwischen Kristallgitterebenen von Schichtkristallen. Dabei weisen eine derart ausgebildete Batterie und ein derart ausgebildeter Kondensator einen geringen Innen wider stand auf und können hohe Strompulse abgeben. Alternativ zu einem reinen Thionylchlorid-Aufbau (SOCf) kann dieses auch in weiteren optimierten Mischungen, wie beispielsweise als Sulfuryl-Chlorid (SO2CI2) in Kombination mit Thionylchlorid und Lithium (Li) verwendet werden. Beispielsweise zeichnet sich die Lithium-Zelle dadurch aus, dass diese einen Masseanteil von 10 % bis 30 % Lithium-Kobalt-Nickel-Oxid und 10 % bis 20 % Graphit bzw. Kohlenstoff (Ce) sowie 15 % bis 50 % von vorgenanntem Lithium-Thionylchlorid. Ein Elektrolyt der Lithium-Zelle umfasst beispielsweise im Wesentlichen eine Lösung von Lithiumtetrachloroaluminat in Thionylchlorid. Ausgehend von der elektrochemischen Reaktion ist das Thionylchlorid auch ein aktiver Depolarisator. Der Elektrolyt wird deshalb oft als Katholyt oder Flüssigkathode bezeichnet. Die Kathode ist beispielsweise aus hochporösem Azetylen-Ruß mit Teflonbinder gefertigt. Verbleibende Anteile entfallen auf vernickelte Stahlkontakte und ein Gehäuse. Insgesamt haben diese Bauteile beispielsweise eine Masse von 17 Gramm bis 20 Gramm. Eine Nennleistung beträgt beispielsweise 2,2 Ah bis 3,0 Ah bei einer Spannung von 3 Volt bis 4 Volt.
Beispielsweise beträgt ein mittlerer Dauerentladestrom für die Lithium -Zelle je nach Zyklus ca. 100 mA, weshalb die Kombination mit dem Kondensator zur Pufferung kurzer Stromspitzen eine optimale Ergänzung ist.
Beispielsweise beträgt eine Pulsstromfähigkeit des Kondensators bis zu 0,5 Ampere oder 0,75 Ampere oder 1 Ampere bei einer Masse von nur 3,0 Gramm bis 5,0 Gramm ausgelegt. Beispielsweise beträgt eine Nennleistung 0,05 Wh bis 0,10 Wh bei einer Spannung von 3 Volt bis 4 Volt. Vom Aufbau wurde hierfür der Typ eines Hybridschicht-Kondensators.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls sind die Interkalationsverbindungen zu einer Verbesserung einer Leistung spiralförmig gewickelt.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls beträgt eine Kapazität der Batterie 5 Wh bis 15 Wh und eine Kapazität des Kondensators 90 Ws bis 220 Ws. Derartige Werte haben sich als besonders geeignet für eine Anwendung in dem Funksensormodul erwiesen.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist der Kondensator, insbesondere während eines Normalbetriebs, von der Batterie elektrisch aufladbar, so dass der Kondensator zur Pufferung stets geladen ist. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls sind der Energiespeicher und die Funkplatine zueinander verschränkt in der Funksensoreinheit angeordnet. Dies ermöglicht eine kompakte Anordnung von Energiespeicher und Funkplatine.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist ein zwischen einer axialen Flächenebene der Funksensoreinheit und einer axialen Flächenebene des Energiespeichers ausgebildeter Verschränkungswinkel größer Null Grad, so dass sich Verlängerungen der axialen Flächenebenen außerhalb kreuzen. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Anordnung von Energiespeicher und Funkplatine.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls verlaufen die axialen Flächenebenen zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer zentralen Achse des Gehäuseabschnitts oder der Energiespeicher und die Funkplatine sind derart zueinander angeordnet, dass deren axialen Flächenebenen parallel verlaufen.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls sind der Energiespeicher und die Funkplatine außermittig zu einer zentralen Achse der Funksensoreinheit angeordnet oder der Energiespeicher und die Funkplatine sind in einer zentralen Achse der Funksensoreinheit angeordnet. Hierdurch kann eine bessere Raumausnutzung erreicht werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls weist die Funkplatine einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt auf, wobei im oberen Abschnitt eine Antenne auf der Funkplatine angebracht ist und unterhalb der Antenne ein mit dem Energiespeicher gekoppelter Steckverbinder angeordnet ist. Dies ermöglicht eine bauraumsparende Anordnung der Antenne und des Steckverbinders sowie eine einfache Kopplung der Funkplatine.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls umfasst die Funksensoreinheit eine mit dem Strukturträger oder einem zwischen dem Sensorbasismodul und der Funksensoreinheit angeordnetem Zwischenring mechanisch gekoppelte Gehäusekappe, welche insbesondere den Energiespeicher und die Funkplatine dichtend umschließt und somit vor äußeren Einflüssen schützt. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist zwischen der Gehäusekappe und dem Strukturträger oder zwischen der Gehäusekappe und dem Zwischenring ein O-Ring angeordnet, welcher eine kostengünstige und zuverlässige Abdichtung ermöglicht.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls weisen die Gehäusekappe und der Strukturträger oder die Gehäusekappe und der Zwischenring Verschlusselemente zur Ausbildung eines Bajonettverschlusses auf. Der Bajonettverschluss ermöglicht eine einfach herzustellende, stabile und auch einfach zu lösende Verbindung.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls weist die Gehäusekappe einen inneren Anschlag und/oder eine innere Stufe auf, wobei mittels des Anschlags und/oder der Stufe der Energiespeicher axial fixiert ist. Alternativ oder zusätzlich ist der Energiespeicher mittels zumindest eines Federelements fixiert oder vibrationsgedämpft gelagert. Dies ermöglicht eine einfache und zuverlässige Lagerung und Fixierung des Energiespeichers sowie einen Schutz desselben vor Erschütterungen.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist die Gehäusekappe aus Kunststoff gebildet und ist somit besonders leicht, kostengünstig verfügbar und beeinträchtigt eine Funkkommunikation nicht.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist der das Sensorbasismodul und die Sensorplatine aufnehmende Gehäuseabschnitt aus Edelstahl gebildet. Daraus ergibt sich eine große mechanische Stabilität sowie eine chemische Beständigkeit gegenüber Prozessmedien und Umgebungseinflüssen.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls sind die Gehäusekappe und der Gehäuseabschnitt über den Strukturträger oder Zwischenring und daraus folgend besonders einfach und ohne das Erfordernis zusätzlicher Bauteile miteinander verbunden. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls weist der Strukturträger angeformte Aufnahmen für den Energiespeicher und die Funkplatine auf, wobei die Aufnahmen jeweils insbesondere als Führungsabschnitt ausgebildet sind, welche den Energiespeicher und die Funkplatine abschnittsweise umfassen und/oder in U- und/oder kreisförmigen Abschnitten lagern. Dies ermöglicht eine einfach realisierbare und zuverlässige Halterung des Energiespeichers und der Funkplatine ohne das Erfordernis zusätzlicher Halteelemente.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist der Strukturträger als universell einsetzbarer Leiterplattenhalter ausgeführt, wobei eine innere Aufnahme oder ein innerer Schacht mit unterschiedlichen Leiterplattengeometrien und/oder unterschiedlichen Typen von Energiespeichern kombiniert und von außen mit unterschiedlichen Gehäusekappen verschlossen, abgedichtet und im Falle eines Wechsels des Energiespeichers wieder geöffnet werden kann.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist ein Metall-Oxid- Halbleiter-Feldeffekttransistor oder ein Mikrocontroller vorgesehen sind, welcher jeweils ausgebildet ist, das Sensorbasismodul zu aktivieren.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls verarbeitet das Sensorbasismodul im aktivierten Zustand zumindest einen vom Sensor erfassten Messwert und der Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor bzw. Mikrocontroller sind ausgebildet, das Sensorbasismodul nach der Verarbeitung des Messwerts, insbesondere nach einer Zeit von 50 ms bis 500 ms, insbesondere 200 ms, zu deaktivieren. Somit kann ein Energieverbrauch des Funksensormoduls verringert werden.
Dies ermöglicht, das Sensorbasismodul zur Anforderung von Messwerten über einen Interrupt aufzuwecken oder über ein Schaltelement für eine bestimmte Zeit einzuschalten. Dies ist je nach Wahl zyklisch möglich. Der Takt einer Anforderung von Messwerten ist hierbei durch einen Benutzer extern einstellbar, insbesondere über eine Funkschnittstelle mit einer App auf einem mobilen Endgerät oder über eine andere Schnittstelle, beispielsweise eine universelle Funksensorschnittstelle unter Verwendung eines UART- oder I2C-Protokolls. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls sind der Metall-Oxid- Halbleiter-Feldeffekttransistor und der Mikro-Controller ausgebildet, das Sensorbasismodul mit dem zumindest einen Sensor und/oder mit dem Anschluss zur Verbindung mit einem funksensormodulextemen Sensor in einem Stand-by-Modus zu halten und somit den Energieverbrauch weiter zu verringern.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls aktiviert der Metall- Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor oder Mikro-Controller das Sensorbasismodul mit dem zumindest einen Sensor und/oder mit dem Anschluss zur Verbindung mit einem funksensormodulextemen Sensor bei Anforderung eines Messwerts über einen Interrupt aus dem Stand-by-Modus. Somit kann das Sensorbasismodul für einen maximierten Zeitraum im Stand-by-Modus mit geringem Energieverbrauch betrieben werden und wird nur bei einem Erfordernis einer Messwerterfassung und -Übertragung für einen minimierten Zeitraum aktiv betrieben. Dies ermöglicht eine besonders energiearme Betriebsweise des Funksensormoduls.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls weisen das Sensorbasismodul und der zumindest eine entsprechende Sensor in dem Stand-by-Modus einen Stromverbrauch von als 1 pA auf.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist der Sensor Piezosensor, ein Dickfilm-Keramik-Sensor, ein Dünnfilmsensor, ein thermischer Flusssensor oder ein optischer Niveausensor. Derartige Sensoren erfassen den entsprechenden Messwert besonders zuverlässig.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls umfasst die Funkplatine Übermittlungseinheiten zur Datenübermittlung mit zumindest zwei verschiedenen Funkstandards, wobei die Funkstandards beispielsweise Bluetooth und/oder Wireless HART und/oder ein proprietäres Übertragungsverfahren, basierend auf einer Chirp-Spread-Spectrum-Modulationstechnik umfassen. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Funkplatine zumindest eine Chipantenne. Dies ermöglicht eine Datenübermittlung zu anderen Geräten, welche unterschiedliche Funkstandards aufweisen können. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist die Funkplatine bei der Ausbildung zur Übermittlung nach Bluetooth Standard oder Wireless HART kleiner, insbesondere in einer Raumerstreckungsrichtung kürzer ausgebildet als eine zweite mögliche Funkplatine.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist die Funkplatine zur Übermittlung gemäß dem so genannten Lora Standard ausgeführt, wobei die Funkplatine hierbei größere Abmessungen aufweist und zur Übermittlung auf eine aufgedruckte Leiterplatten-Antenne zugreift.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist die Funkplatine zur Übermittlung gemäß dem so genannten Lora Standard und dem Bluetooth- Standard ausgebildet. Hierbei ist die Funkplatine länger als bei der alleinigen Ausbildung zur Übermittlung nach dem Bluetooth- Standard. Eine hierbei vorhandene Haltegeometrie zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass unabhängig von der Länge der Funkplatine Leiterplatten in derselben Aufnahme gehalten werden und es werden sowohl eine aufgedruckte Antenne zur Übermittlung nach dem Lora Standard als auch eine Chipinterne Antenne zur Übermittlung nach dem Bluetooth Standard verwendet.
Um eine einfache Kommunikation zwischen dem Funksensormodul und dem Sensor selbst und/oder einem funksensormodulextemen Sensor zu ermöglichen, umfasst die Funksensoreinheit in einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls zumindest eine Kommunikationsschnittstelle, welche zu einer Datenübertragung mit dem Sensor und/oder zumindest einem funksensormodulexternen Sensor ausgebildet ist.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls umfasst die Funksensoreinheit einen elektrischen Modulkopplungsabschnitt mit elektrischen Kontakten und das Sensorbasismodul umfasst einen elektrischen Modulkopplungsabschnitt mit elektrischen Kontakten. Die Kontakte ermöglichen dabei eine Übertragung von Sensorsignalen und eine Übertragung von Energie. Weiterhin ist eine Kopplungsrichtung der elektrischen Kontakte der Modulkopplungsabschnitte von Funksensoreinheit und Sensorbasismodul richtungsgleich mit einer Montagerichtung von Funkplatine und Energiespeicher der Funksensoreinheit. Somit kann die Kopplung der elektrischen Kontakte während der Montage von Funkplatine und Energiespeicher in einfacher Weise erfolgen.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist eine Öffnung des Prozessanschlusses oder des erweiterten Sensoranschlusses richtungsgleich mit der Kopplungsrichtung der elektrischen Modulkopplungsabschnitte, woraus sich eine vereinfachte Montage des Funksensormoduls und seiner Komponenten ergibt.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls weist zumindest einer der Modulkopplungsabschnitte einen unverlierbaren, insbesondere an der Funksensoreinheit befestigten Sicherungsring auf. Der Sicherungsring ermöglicht eine Sicherung der Verbindung der Modulkopplungsabschnitte, wobei durch die verliersichere Anordnung eine einfache Handhabung der Modulkopplungsabschnitte möglich ist.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls weisen beide Modulkopplungsabschnitte komplementäre Verschlusselemente zur Ausbildung eines Bajonettverschlusses zur gemeinsamen Verbindung auf. Der Bajonettverschluss ermöglicht eine einfach herzustellende, stabile und auch einfach zu lösende Verbindung zwischen Funksensoreinheit und Sensorbasismodul.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls weisen beide Modulkopplungsabschnitte komplementäre Gewinde, insbesondere M12-Gewinde, zur Ausbildung eines Bajonettverschlusses zur gemeinsamen Verbindung auf, wobei die Gewinde eine besonders sichere Verbindung ermöglichen.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls sind die elektrischen Kontakte eines der Modulkopplungsabschnitte als Buchsenkontakte ausgebildet und die elektrischen Kontakte des anderen Modulkopplungsabschnitts sind als zu den Buchsenkontakten komplementäre Stiftkontakte ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache, sichere, robuste und langlebige Verbindung.
Die Modulkopplungsabschnitte bilden hierbei beispielsweise einen festen Kopplungsverbinder für die Funksensoreinheit und das Sensorbasismodul, so dass keine weiteren Befestigungsvorrichtungen benötigt werden. Beispielsweise ist der Kopplungsverbinder dabei derart ausgeführt, dass an der Funksensoreinheit nur elektrische Buchsenkontakte montiert sind, am Sensorbasismodul hingegen robuste und langlebige Stiftkontakte. Beispielsweise weist der Kopplungsverbinder nur 4 bis 5 Kontakte auf.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls umfasst der Kopplungsverbinder ein Kabel, so dass die Funksensoreinheit entfernt von der Sensorbasiseinheit an einer Position platziert werden kann, an welche verbesserte Sende- und Empfangsbedingungen bestehen.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist der Prozessanschluss ausgebildet, das Funksensormodul an einem komplementären Anschluss allein mechanisch zu positionieren und zu halten. Somit ist kein zusätzliches Positionier- und Haltemittel erforderlich.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls umfasst dieses eine Erfassungseinheit, welche ausgebildet ist, eine örtliche Annäherung eines mobilen Endgeräts über zuvor in einer Datenbank hinterlegte Ortsdaten zu einem Funksensor durch Abgleich einer Ist-Position des mobilen Endgeräts mit den Ortsdaten der Datenbank zu erfassen. Hieraus resultiert die Möglichkeit, bei Annäherung an das Funksensormodul, beispielsweise bei Unterschreitung eines örtlichen Raums und/oder Radius, eine Nachricht über das mobile Endgerät auszugeben. Nachrichten und Messwerte des Funksensors können hierbei sowohl über die örtliche Annäherung, Unterschreitung einer Entfernung als auch über im mobilen Endgerät und/oder Funksensormodul hinterlegte Schwellwerte ausgelöst werden, wenn diese bei einer Messung überschritten werden.
Die Annäherung kann hierbei auch über satellitengestützte Positionsbestimmungssysteme anhand des mobilen Endgeräts bestimmt werden, wobei initial bei einer Konfiguration eine oder mehrere Positionen zumindest eines Funksensors ermittelt werden und vom zugehörigen mobilen Endgerät während der Konfiguration in einer Datenbank für Positionsauswertungen zu einem Funksensor hinterlegt werden. Insbesondere können auch auf Anforderung alle Geräte in einem verfügbaren Radius auf Anfrage einen Abgleich zu einer solchen Datenbank durchführen, ohne dass jeder Funksensor über eine eigene satellitengestützte Positionsbestimmung verfügt.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist die Funksensoreinheit über ein erstes Verbindungsprotokoll mit einer Empfangsstation zur Auswertung und Darstellung von Messwerten und über ein zweites Verbindungsprotokoll mit dem mobilen Endgerät eines Benutzers verbunden. Das mobile Endgerät umfasst insbesondere eine Positionsbestimmung und eine Sprachschnittstelle, über welche der Benutzer Messwerte auch über Sprach- und Diktierdienste anfordem kann. Bei Annäherung an die Funksensoreinheit kann hierbei auch bei Unterschreitung des örtlichen Raums und/oder Radius eine Nachricht über ein verfügbares Gerät ausgegeben werden. Hierzu findet eine Kommunikation zum mobilen Endgerät über das zweite Protokoll, insbesondere über ein Mobiles Netzwerk, das Internet oder über GSM-Dienste statt. Das erste Protokoll kann hingegen beispielsweise auch ein https-Pushdienst in Form eines so genannte JSON-Files (JSON = JavaScript Object Notation) realisiert sein.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls bildet das Sensorbasismodul ein unteres Sensormodul und die Funksensoreinheit ein oberes Sensormodul. Zwischen der Funkplatine und der Sensorplatine ist eine EMV-Platine angeordnet, wobei alle zwischen dem unteren Sensormodul und dem oberen Sensormodul ausgebildeten elektrischen Verbindungen über die EMV-Platine geführt sind. Dabei sind die Begriffe "unteres Sensormodul", "oberes Sensormodul", "unten" und "oben" mit Bezug auf einen üblichen bestimmungsgemäßen Gebrauch des Funksensormoduls beziehungsweise mit Bezug auf die dargestellten Zeichnungen bezogen. Selbstverständlich kann es in einer realen Anwendung auch zu "Überkopf '-Montagen oder anderen Montageausrichtungen des Funksensormoduls kommen, wobei dann oben und unten verschieden sein können. In einer möglichen Ausgestaltung wird unter dem Begriff "unten" eine Seite des Funksensormoduls verstanden, an welchem ein Anschluss für ein Prozessmedium oder eine äußere Steckverbindung vorgesehen ist. Die EMV- Platine bildet dabei in einfacher Weise eine Koppelebene zwischen jeweils dem oberen Sensormodul und dem unteren Sensormodul. Weiterhin vereint die EMV-Platine alle Mittel zur Regelung der Elektromagnetischen Verträglichkeit auf einer Platine vereint, welche jeweils als ein untergeordnetes Standardbauteil immer gleich ausgebildet sein kann. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls sind alle elektrische Verbindungen zwischen der Sensorplatine, der Funkplatine und der EMV-Platine über an Leiterplatten der Sensorplatine, der Funkplatine und der EMV-Platine fest fixierten Steckverbinder ausgeführt und die EMV-Platine bildet einen dichtenden Abschnitt zwischen Funksensoreinheit und Sensorbasismodul. Die Ausbildung der Steckverbinder ermöglicht eine einfache elektrische Verbindung der Sensorplatine, der Funkplatine und der EMV-Platine. Die Bildung des dichtenden Abschnitts durch die EMV-Platine ermöglicht eine einfache Abdichtung zwischen Funksensoreinheit und Sensorbasismodul ohne zusätzliche Dichtelemente.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls sind die Steckverbinder in zumindest einem zumindest sechspoligen Verbindungsstecker ausgebildet und als internes Datenprotokoll ist ein UART-Protokoll oder FC -Protokoll vorgesehen. Ein solcher Aufbau ist einfach und mit geringem Aufwand realisierbar.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist die EMV-Platine abgedichtet mit einem Teil eines Gehäuses des unteren Sensormoduls oder dem Strukturträger oder dem Zwischenring verbunden und/oder die EMV-Platine ist abgedichtet in dem Gehäuse, dem Strukturträger oder dem Zwischenring geführt. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders einfache Realisierung der Abdichtung zwischen Funksensoreinheit und Sensorbasismodul ohne zusätzliche Dichtelemente und eine einfache Handhabung aller Komponenten bei einer Montage und Demontage des Funksensormodul s .
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist die EMV-Platine zur Realisierung einer einfachen und zuverlässigen Kopplung mit dem Modulkopplungsabschnitt der Funksensoreinheit gekoppelt und/oder die EMV-Platine ist mittels einer Steckverbindung mit der Sensorplatine gekoppelt.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist der erweiterte Sensoranschluss zu einer Kopplung mit einem funksensormodulextemen Sensor ausgebildet. Hierbei kann ein funksensormoduleigenen Prozessanschluss entfallen. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Funksensormoduls ist eine intelligente und/oder konfigurierbare Software vorgesehen, welche eine Taktung einer Versendung von Sensordaten je nach Wunsch und/oder Anforderung durch eine Warte, einen Router oder einen Bediener oder in Abhängigkeit eines Ladezustands des Energiespeichers steuern kann. Gleichzeitig ist es möglich, per Einlernvorgang oder Vorgabe oder nach Wahl aus einer Bibliothek bestimmte Betriebsmuster abzuspeichern und auszuführen.
Das erfmdungsgemäße Baukastensystem zur Bildung eines zuvor genannten Funksensormoduls umfasst ein Sensorbasismodul mit zumindest einer einen Sensor umfassenden Sensorplatine und/oder oder einen Anschluss zur Verbindung mit einem funksensormodulexternen Sensor. Das Baukastensystem umfasst weiterhin einen Prozessanschluss und/oder einen erweiterten Sensoranschluss, einen Gehäuseabschnitt, welcher das Sensorbasismodul und die Sensorplatine aufnimmt, und zumindest eine Funksensoreinheit mit einem Strukturträger. Der Strukturträger ist ausgebildet, Funkplatinen mit unterschiedlichen Abmessungen und zur elektrischen Versorgung dieser vorgesehene Energiespeicher mit unterschiedlichen Abmessungen aufzunehmen und umfasst Befestigungsstrukturen, welche zu einer beschädigungsfreien Montage und Demontage der Funkplatine und des Energiespeichers ausgebildet sind. Weiterhin umfasst das Baukastensystem mehrere unterschiedliche Funkplatinen und mehrere Energiespeicher mit unterschiedlichen Abmessungen, insbesondere jeweils umfassend eine elektrische Batterie und einen elektrischen Kondensator, welche elektrisch parallel verschaltet sind. Zusätzlich umfasst das Baukastensystem unterschiedlich große Gehäusekappen, welche jeweils mit jeweils einem Strukturträger mechanisch koppelbar sind, wobei die jeweiligen Längen der Gehäusekappen ausgehend von einer
Koppel Struktur zur Kopplung mit dem Strukturträger zu einem gegenüberliegenden Ende mit den unterschiedlichen Abmessungen der Energiespeicher und/oder unterschiedlichen Abmessungen der unterschiedlichen Funkplatinen korrespondieren.
Das Baukastensystem ermöglicht einen modularen Aufbau eines Funksensormoduls, der es erlaubt, unterschiedliche Funkkomponenten, Sensorzellen oder Sensorelemente mit unterschiedlichen Energiespeichem zu koppeln. Die Energiespeicher können dabei in unterschiedlicher Größe von dem Strukturträger und einer passenden Gehäusekappe aufgenommen werden, ohne dass hierfür strukturelle Änderungen erforderlich sind. Weiterhin ermöglicht das Baukastensystem, die Funksensoreinheit über eine Schnittstelle wahlweise mit einem funksensormodulintemen Sensor, mit einem funksensormodulexternen Sensor oder einem Energiespeicher zu verbinden.
Weiterhin ermöglicht das Baukastensystem, dass unterschiedliche Sensorbasismodule mit unterschiedlichen Funksensoreinheiten kombiniert werden können. So ist einerseits eine Ausführung eines unteren Sensorbasismoduls möglich, welches über einen Druck-, Temperatur-, Durchfluss- oder Niveausensor verfügt. Andererseits kann an die Funksensoreinheit auch ein Sensorbasismodul angefügt werden, welches als Sensor- Signalverarbeitungsmodul agiert und über unterschiedliche Protokolle, beispielsweise mit Strömen von 4 mA bis 20 mA, so genannte HART -Protokolle, Profibus-Protokolle oder jedes andere Protokoll, mit einem Kabel an einen anderen funksensormodul externen Sensor ankoppelbar ist.
Dieser modulare Ansatz macht es möglich, dass unterschiedlichste vorhandene Sensoren mit unterschiedlichsten Sensortechnologien mit der Funksensoreinheit gekoppelt werden können.
Diese Modularität wird insbesondere durch eine messgrößenunabhängige Sensorschnittstelle zwischen der der Funksensoreinheit und dem Sensorbasismodul bzw. seitens eines Sensor-Signalverarbeitungsmoduls ermöglicht.
Neben der Möglichkeit eines skalierbaren Energieversorgungskonzepts, welches durch unterschiedlich vorgesehenen Bauraum für unterschliche Energiespeicher mit unterschiedlicher Länge in einer Achse eines Batterieschachts bzw. einer Batterieaufnahme realisiert ist, ist weiterhin eine Modularität in Bezug auf verwendete Funkstandards vorgesehen. Hierbei können unterschiedliche Funkplatinen eingesetzt und mit Steckverbindern angeschlossen werden, wobei die Funkplatinen insbesondere jeweils gleiche Leiterplattengeometrien und Anschlussmöglichkeiten aufweisen und insbesondere jeweils nur in einer Achse, also z. B. in ihrer Längenausdehnung, unterschiedlich sind.
Somit ist es mittels des Baukastensystems möglich, erstmals plattformbasiert unterschiedliche Energiespeicher mit unterschiedlichen Funkplatinen und Funkstandards in einer Funksensoreinheit zu kombinieren, welche wiederum mit einem
Sensorbasismodul unterschiedlicher Art oder Messgröße oder aber auch mit vorhandenen Standardsensoren kombinierbar ist.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Funksensor mit integrierter Antenne nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 schematisch einen Funksensor mit aufgesetzter Antenne nach dem Stand der Technik,
Fig. 3 A schematisch eine Schnittdarstellung eines Funksensormoduls,
Fig. 3B schematisch eine weitere Schnittansicht des Funksensormoduls gemäß Figur 3 A,
Fig. 4A schematisch eine Schnittdarstellung eines Funksensormoduls,
Fig. 4B schematisch eine weitere Schnittansicht des Funksensormoduls gemäß Figur 4A,
Fig. 5 schematisch eine Schnittdarstellung eines Funksensormoduls,
Fig. 6A schematisch eine perspektivische Ansicht eines teilweise demontierten
Funksensormoduls in einer ersten Konfiguration, Fig. 6B schematisch eine perspektivische Ansicht eines teilweise demontierten Funksensormoduls in einer zweiten Konfiguration,
Fig. 7 schematisch eine Explosionsdarstellung eines Funksensormoduls mit unterschiedlich ausgebildeten unteren Sensormodulen im Schnitt,
Fig. 8 schematisch eine Schnittdarstellung eines demontierten Funksensormoduls mit einem Kopplungsverbinder zur Verbindung eines oberen Sensormoduls und eines unteren Sensormoduls,
Fig. 9A schematisch ein Funksensormodul in einer Anwendungsumgebung und
Fig. 9B schematisch ein Funksensormodul in einer weiteren
Anwendungsumgebung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel eines Funksensors FS nach dem Stand der Technik dargestellt.
Der Funksensor FS umfasst eine integrierte und mit einer Funkplatine FP gekoppelte Antenne A und einen Sensor S, welchem eine Sensorplatine SP zugeordnet ist. Die Antenne A ist hierbei in eine Gehäusekappe KG als Bauteil integriert.
Die Sensorplatine SP kann Sensordaten über die Antenne A senden und entnimmt hierzu elektrische Energie aus einem einzelligen Energiespeicher ES, beispielsweise einem Akku oder einer Batterie. Neben dem Versand ist die Sensorplatine SP für eine Auswertung und Aufbereitung mittels des Sensors S erfasster Sensordaten ausgebildet.
Figur 2 zeigt ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel eines Funksensors FS nach dem Stand der Technik. Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antenne A außerhalb auf die Gehäusekappe KG aufgesetzt.
In Figur 3 A ist eine Schnittdarstellung eines möglichen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Funksensormoduls FSM dargestellt.
Das Funksensormodul FSM umfasst ein oberes Sensormodul OSM und ein mit diesem gekoppeltes unteres Sensormodul USM.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein als Druck- oder Temperatursensor ausgebildeter Sensor S einer Sensorplatine SP zugeordnet, welche beide im unteren Sensormodul USM angeordnet sind.
Die Sensorplatine SP ist über eine EMV-Platine EMV mit einer Funkplatine FP verbunden und bildet eine Schnittstelle zwischen dem oberen Sensormodul OSM und dem unterem Sensormodul USM.
Im oberen Sensormodul OSM ist eine als Funkantenne ausgebildete Antenne A "onboard" auf der Funkplatine FP angeordnet.
Die Funkplatine FP und die Sensorplatine SP sind, wie in Figur 4A näher dargestellt, zur Energieversorgung mit einem Energiespeicher ES gekoppelt, welcher eine als Akkumulator ausgebildete Batterie BA und einen Kondensator K umfasst. Eine Gehäusekappe KG umschließt hierbei dichtend den Energiespeicher ES und die Funkplatine FP, also zumindest im Wesentlichen das obere Sensormodul OSM.
Figur 3B zeigt eine weitere Schnittansicht des Funksensormoduls FSM in einer Ebene SA gemäß Figur 3 A, welche eine Anordnung der Batterie BA und des Kondensators K in Lage zur Funkplatine FP verdeutlicht.
Sowohl die Batterie BA als auch der Kondensator K sind innerhalb des oberen Sensormoduls OSM in einer Funksensoreinheit aufgenommen und sind von einem in Figur 4A näher dargestellten Strukturträger TT bzw. Trägerteil in einer vorgehebenen Orientierung zueinander gehalten. Der Strukturträger TT ist dabei ausgebildet, eine oder verschiedene Funkplatinen FP, das heißt Funkleiterplatten, aufzunehmen.
Zu einer kompakten Anordnung ist eine Achse Gl einer Leiterplattenebene der Funkplatine FP zu einer Achse G2 einer mittleren Ebene des kombinierten Energiespeichers ES, bestehend aus Batterie BA und Kondensator K, zueinander verschränkt und in einem Schnittpunkt SCP beider Ebenen weisen diese insbesondere einen Winkel a von 5 ° bis 35 ° oder 10 ° bis 60 ° zueinander auf.
Die Batterie BA und der Kondensator K sind hierbei insbesondere elektrisch parallel miteinander verschaltet. Durch Auslegung der dargestellten inneren Anordnung sind unterschiedliche Leiterplattengeometrien und unterschiedliche Batterietypen miteinander kombinierbar, wie in den folgenden Ausführungen näher beschrieben ist.
In Figur 4A ist eine Schnittdarstellung eines weiteren möglichen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Funksensormoduls FSM, insbesondere eine detailliertere Prinzipansicht des Funksensormoduls FSM gemäß den Figuren 3A und 3B dargestellt.
Dabei ist die Funksensoreinheit als oberes Sensormodul OSM auf dem unteren Sensormodul USM angeordnet.
Auch hierbei ist im unteren Sensormodul USM der Sensor S mit der Sensorplatine SP zur Auswertung und Verstärkung der Sensordaten gekoppelt und angeordnet.
Umfasst wird der Sensor S vom Aufnehmerunterteil AUT, welches den Sensor S und die Sensorplatine SP insbesondere dichtend in sich aufnimmt. Das Aufnehmerunterteil AUT stellt eine Verbindung zum unteren Prozessanschluss PA her, an welchem ein Gewinde angeformt ist.
Weiterhin stellt das Aufnehmerunterteil AUT an seiner Außenseite Geräteanschlussflächen GA zur Verfügung, an denen ein Benutzer mittels Werkzeug das Aufnehmerunterteil AUT an einen Prozess ankoppeln und insbesondere dichtend befestigen kann. Beispielsweise ist das Aufnehmerunterteil AUT wannenförmig ausgebildet und umfasst, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, den Prozessanschluss PA. Dieser ist an das Aufnehmerunterteil AUT angeschweißt oder angeformt. In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Prozessanschluss kein Bestandteil des Aufnehmerunterteils AUT.
Das obere Sensormodul OSM umfasst einen Strukturträger TT bzw. ein Trägerteil, welches den die Batterie B A und den Kondensator K umfassend Energiespeicher sowie die Funkplatine FP mit der integrierten Antenne A aufnimmt.
Die Batterie BA und der Kondensator K sind über einen Steckverbinder SV1 an die Funkplatine FP angekoppelt und versorgen auf Anforderung alle Platinen des oberen Sensormoduls OSM mit elektrischer Energie.
Ein Federelement FE fixiert die Batterie BA und den Kondensator K über eine elastische Vorspannung im Strukturträger TT und dämpft von außen wirkende Vibrationen für den Energiespeicher ES ab.
Die Funkplatine FP weist die Antenne A auf, welche als integrierte Leiterbahn oder als "onboard" montiertes Bauteil ausgebildet ist.
Die Funkplatine FP ist über einen zweiten Steckverbinder SV2 mit der EMV- Platine EMV gekoppelt, welche eine Schnittstelle zwischen oberen Sensormodul OSM und dem unteren Sensormodul USM bildet.
Die EMV-Platine EMV ist über einen weiteren Steckverbinder SV3 mit der Sensorplatine SP gekoppelt. Der elektrische Steckverbinder SV3 überträgt hierbei sowohl Sensordaten als auch Energie, ist mit mehreren Stiftkontakten aber auch so ausgelegt, dass andere untere Sensormodule USM angekoppelt werden können.
Insbesondere ist dieser Steckverbinder SV3 derart ausgebildet, dass an dieser Stelle eine universelle Funksendeverbindung UFSV bereitgestellt werden kann. Eine hierbei erzeugte Schnittstelle zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass an dieser Stelle verbundene Sensoren S oder Sensorplatinen SP in zeitlichen Fenstern zur Einzelabfrage von Messwerten kurz eingeschaltet werden. Dies kann beispielsweise auf Anforderung und Ansteuerung der Funkplatine FP über ein Einschalten eines elektrischen Stromes über MOSFETs oder über einen Startwert erfolgen. Hierdurch kann ein Ein- und Ausschalten des unteren Sensormoduls USM nach vorgegebenen Zeiten oder Taktungen, die in einer Software oder einem Speicher festgelegt oder durch einen Benutzer insbesondere per Funksteuerung über ein mobiles Kommunikationsgerät, konfiguriert wurden, realisiert werden.
Dies kann beispielsweise über den Funkstandard Bluetooth per App geschehen oder auch über einen Fernzugriff über ein anderes Funkprotokoll wie beispielsweise ein so genanntes MIOTY- oder LORAW AN-Protokoll erfolgen. Hierbei gibt beispielsweise eine integrierte Leuchte, beispielsweise eine Leuchtdiode LED, auf der Funkplatine FP dem Benutzer einen aktuellen Status aus. Sichtbar ist die Leuchte beispielsweise über eine Öffnung OE in der Gehäusekappe KG.
Die Gehäusekappe KG ist über ein Bajonettverschluss BJ zum Strukturträger TT geführt und somit werkzeuglos abnehmbar. Weiterhin weist die Gehäusekappe KG im Inneren einen Anschlag AS zur axialen Führung und Begrenzung des Energiespeichers ES auf, wobei der Anschlag AS auch als angeformte Stufe an einem Kunststoffteil ausgeführt sein kann.
Die Gehäusekappe KG dichtet weiterhin über einen O-Ring OR zu einem zentrierenden Zwischenring ZR ab, welcher die EMV-Platine EMV dichtend aufnimmt und mit einer Schweißverbindung SW umlaufend am Aufnehmerunterteil AUT dichtend befestigt ist.
Figur 4B zeigt eine weitere Schnittansicht des Funksensormoduls FSM, welche die Anordnung des Energiespeichers ES in dem Strukturträger TT verdeutlicht.
Gezeigt ist hierbei im Wesentlichen der Strukturträger TT, welcher die Batterie BA, den Kondensator K und die Funkplatine FP aufnimmt. Dabei sind sowohl die Batterie BA als auch die Funkplatine FP durch angeformte Führungsrippen AN in der Gehäusekappe KG wechselbar geführt. Wie schon Figur 3B zeigt sind auch hier zur kompakteren Anordnung die Achsen Gl, G2 der Leiterplattenebene der Funkplatine FP zur mittleren Ebene des kombinierten Energiespeichers ES, bestehend aus Batterie BA und Kondensator K, zueinander verschränkt und der Schnittpunkt SCP zwischen beiden Ebenen bzw. Achsen Gl, G2 der Ebenen weist insbesondere den Winkel a a von 5 ° bis 35 ° oder 10 ° bis 60 ° auf.
Der Schnittpunkt SCP zwischen beiden Ebenen liegt dabei insbesondere außerhalb der Gehäusekappe KG. Die Batterie BA und der Kondensator K sind hierbei insbesondere über eine integrierte Schaltung verschaltet, welche bei Übertemperatur oder Überlast automatisch eine elektrische Trennung zur Funkplatine FP vomimmt.
In Figur 5 ist eine Schnittdarstellung eines weiteren möglichen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Funksensormoduls FSM dargestellt.
Der Zwischenring ZR nimmt auch hierbei die EMV-Platine EMV als Schnittstelle zwischen dem unterem Sensormodul USM und oberen Sensormodul OSM auf, wobei der Zwischenring ZR wahlweise fest mit dem Strukturträger TT oder dem Aufnehmerunterteil AUT verbunden ist.
Die Gehäusekappe GK kann nach Drehung in Richtung (1) abgenommen werden. Hiernach kann die Funkplatine FP in Richtung (2) oder ein kurzer Energiespeicher ES-K in Richtung (3), das heißt senkrecht nach oben, aus Schächten des Strukturträgers TT entnommen oder getauscht werden. Auf diese Art und Weise ist sowohl ein Wechsel eines Energiespeichers ES-K als auch ein Wechsel einer Funkplatine FP möglich.
Da hierbei unterschiedliche Funkplatinen FP möglich sind, kann auf diese Art auch einfach ein Funkstandard bzw. eine Übertragungsart gewechselt werden. Hierbei unterstützend ist insbesondere die senkrechte Ausführung des zweiten Steckverbinders SV2, welcher an der EMV-Platine EMV angeordnet ist.
Auch hierbei fixiert und/oder lagert das Federelement FE den Energiespeicher ES unabhängig von seiner Länge vibrationsgedämpft innerhalb des oberen Sensormoduls OSM. Mit gestrichelten Linien ist eine andere Bestückung mit größerem, das heißt insbesondere längerem, Energiespeicher ES-L dargestellt. Ebenso ist die Verwendung einer längeren Funkplatine FP mit einer Antenne A gestrichelt und als Option angedeutet.
Es können dabei je nach Ausführung des Energiespeichers ES, ES-K, ES-L unterschiedliche Gehäusekappen GK montiert werden, welche sich insbesondere durch eine unterschiedliche Länge auszeichnen, die in Erstreckungsrichtung des Funksensormoduls FSM, also zum Beispiel entgegengesetzt zum Prozessanschluss PA, in unterschiedlichen Höhen unterscheiden.
Im Übrigen entspricht der Aufbau des dargestellten Funksensormoduls FSM insbesondere dem in den Figuren 4A und 4B dargestellten Ausführungsbeispiel.
Figur 6A zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren möglichen Ausführungsbeispiels eines teilweise demontierten erfindungsgemäßen Funksensormoduls FSM in einer ersten Konfiguration, das heißt insbesondere in einer ersten Bestückungsvariante.
Der Strukturträger TT ist hierbei mit einem kurzen, kleinen Energiespeicher ES-K bestückt, welcher mit einer Bauhöhe B 1 aus dem Strukturträger TT herausragt.
Die Funkplatine FP ist in einer kurzen Version mit einer Höhe FP1 über dem Strukturträger TT herausragend angeordnet, wobei der Steckverbinder SV1 auf einer Höhe (X) im oberen Sensormodul OSM zum Strukturträger TT oder zum Zwischenring ZR orientiert ist.
Am Strukturträger TT ist eine Bajonettbahn BJB angeformt, in die eine Noppe BN der Gehäusekappe KG beim Aufsetzen eingreift und durch Drehen verriegelt werden kann.
Im Übrigen entspricht der Aufbau des dargestellten Funksensormoduls FSM insbesondere dem in den Figuren 4A und 4B dargestellten Ausführungsbeispiel. In Figur 6B ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren möglichen Ausführungsbeispiels eines teilweise demontierten erfindungsgemäßen Funksensormoduls FSM in einer zweiten Konfiguration, das heißt insbesondere in einer zweiten Bestückungsvariante, dargestellt.
Der Strukturträger TT ist hierbei mit einem größeren, langen Energiespeicher ES-L bestückt, welcher mit einer Bauhöhe B2 aus dem Strukturträger TT herausragt. Dabei ist die Bauhöhe B2 größer als die Bauhöhe Bl des in Figur 6A dargestellten Ausführungsbeispiels des Funksensormoduls FSM.
Die Funkplatine FP ist in einer längeren Version mit einer Höhe FP2 über dem Strukturträger TT herausragend ausgebildet, wobei der Steckverbinder SV1 auch hierbei wie in dem in Figur 6A dargestellten Ausführungsbeispiel auf der gleichen Höhe (X) im oberen Sensormodul OSM zum Strukturträger TT oder zum Zwischenring ZR orientiert ist.
In allen Konfigurationen ist der Steckverbinder SV1 zum Energiespeicher ES, ES-K, ES- L also insbesondere auf der gleichen Höhe (X) orientiert, um alle Kombinationen ohne Kabelverlängerungen oder Kabelkürzungen zu ermöglichen.
Im Übrigen entspricht der Aufbau des dargestellten Funksensormoduls FSM insbesondere dem in den Figuren 4A und 4B dargestellten Ausführungsbeispiel.
Figur 7 zeigt eine Explosionsdarstellung eines möglichen weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Funksensormoduls FSM mit unterschiedlich ausgebildeten unteren Sensormodulen USM im Schnitt als Plattformansicht mit möglichen Kopplungen.
Das obere Sensormodul OSM umfasst hierbei die Gehäusekappe KG, welche die Funkplatine FP und den Energiespeicher ES aufnimmt.
Hieran angekoppelt ist über eine universelle Funksendeverbindung UFSV2 die EMV Platine EMV, welche in dem Zwischenring ZR dichtend gelagert ist. Der Zwischenring ZR schließt zur Gehäusekappe KG ebenfalls dichtend ab. Die EMV Platine EMV weist als Abschluss des oberen Sensormoduls OSM eine universelle Funksendeverbindung UFSV3 auf, über die mehrere, unterschiedliche untere Sensormodule USM1, USM2, USM3 ankoppelbar und betreibbar sind.
Hierzu gehört das beispielsweise schon in Figur 5 dargestellte untere Sensormodul USM1 mit integriertem Sensor S, welcher an einen Prozessanschluss PA gekoppelt ist und mit einer zugehörigen Sensorplatine SP in dem Aufnehmerunterteil AUT angeordnet ist.
Es ist jedoch auch möglich, ein anderes unteres Sensormodul USM2 mit einer Platine PL2 in einem Aufnehmerunterteil AUT2 anzuordnen, wobei anstatt eines Prozessanschluss PA nach unten ein Steckverbinder SV4 mit der Platine PL2 gekoppelt ist. Der Steckverbinder SV4 stellt eine Schnittstelle bereit, über die ein herkömmlicher Sensor S2 über ein Kabel KA anschließbar ist.
Dabei kann der Sensor S2 als Drucksensor oder anderer Sensor ausgebildet sein, welcher nach dem 4 mA bis 20 mA Standard oder dem so genannten Hart- oder Profibusstandard betreibbar ist. Auch kann der Sensor S2 über ein anderes Sensorprotokoll ansprechbar sein. Ferner kann der Sensor S2 über einen Interrupt angesprochen werden oder über einen MOSFET sequenziell angesprochen und eingeschaltet werden.
Auch ist es möglich, ein andere unteres Sensormodul USM3 mit einer Platine PL3 in einem Aufnehmerunterteil AUT3 an dem oberen Sensormodul OSM anzuordnen, wobei am nach unten orientierten Steckverbinder SV4 neben einem herkömmlichen Sensor S3 über ein Y-Kabel YK auch eine Powerbank als weiterer externer Energiespeicher PB anschließbar ist. Auf diese Art und Weise kann das obere Sensormodul OSM mit mehr Energie länger senden und/oder Messdaten in kürzeren Abständen senden.
Im Übrigen entspricht der Aufbau des dargestellten Funksensormoduls FSM insbesondere dem in den Figuren 4A und 4B dargestellten Ausführungsbeispiel.
In Figur 8 ist eine Schnittdarstellung eines möglichen weiteren Ausführungsbeispiels eines demontierten erfindungsgemäßen Funksensormoduls FSM mit einem Kopplungsverbinder KV1 zur Verbindung des oberen Sensormoduls OSM und des unteren Sensormoduls USM, umfassend unter anderem einen Sensor S und eine Sensorplatine SP, dargestellt.
Dabei umfasst das Funksensormodul FSM in diesem Ausführungsbeispiel neben dem Kopplungsverbinder KV1 als elektrischen Modulkopplungsabschnitt die universelle Funksendeverbindung UFSV3 an einem Prozess P.
Hierzu sind das obere Sensormodul OSM und das untere Sensormodul USM zueinander insbesondere über einen festen Kopplungsverbinder KV1, umfassend Stiftkontakte ST seitens des oberen Sensormoduls OSM und Buchsenkontakte BU seitens des unteren Sensormoduls USM verbunden, wobei das untere Sensormodul USM mit seinem Prozessanschluss PA auf einem Prozess P montiert ist, so dass keine weiteren Befestigungsvorrichtungen benötigt werden.
Insbesondere ist Funksendeverbindung UFSV3 derart ausgeführt, dass am oberen Sensormodul OSM nur elektrische Buchsenkontakte BU montiert sind, welche verzinnt sind, und am unteren Sensormodul USM sind hingegen robuste und langlebige Stiftkontakte ST montiert, welche rund ausgeführt sind.
Der Kopplungsverbinder KV1 weist außerdem insbesondere nur vier, maximal fünf Kontakte auf, und baut so sehr kompakt und hat einen unverlierbaren
Sicherungsring SOSI mit Gewinde Gl A, welches beispielsweise als M12 Gewinde ausgebildet ist und am Buchsenstecker des oberen Sensormoduls OSM montiert ist.
Das obere Gewinde Gl A greift hierbei in ein Gewinde G2A am Steckerab schnitt STA des unteren Sensormoduls USM.
Wahlweise können das obere Sensormodul OSM und das unter Sensormodul USM auch an dieser mittleren Modulschnittstelle getrennt werden und mit einem Kopplungsverbinder KV mit Kabel verbunden werden, so dass das obere Sensormodul OSM an einer Stelle platziert werden kann, wo verbesserte Sende- und Empfangsbedingungen bestehen. Auch der Kopplungsverbinder KV weist insbesondere nur vier, maximal fünf Kontakte auf und hat einen unverlierbaren Sicherungsring SOSI mit Gewinde G2B, welches beispielsweise als M12 Gewinde ausgebildet ist und zur Befestigung am Gewinde G2A des Steckerabschnitts STA des unteren
Sensormoduls USM ausgebildet ist. Weiterhin weist der Kopplungsverbinder KV einen oberen Steckerabschnitt STA1 mit einem Gewinde GIB auf, welcher zur Befestigung am Gewinde Gl A des oberen Sensormoduls OSM ausgebildet ist.
Ein Benutzer hat insbesondere die Möglichkeit, über Lösen der Gehäusekappe KG1 einen Energiespeicher ESI gegen einen anderen Energiespeicher ES2, insbesondere gegen eine andere Batterie BA, zu tauschen. Dieser kann hierbei auch eine Zusatzkapazität ZK und damit eine längere Bauform haben.
Weiterhin kann die Funkplatine FP und daraus folgend auch der Funkstandard getauscht werden, ohne eine Messstelle, das obere Sensormodul OSM oder das gesamte Funksensormodul FSM samt unterem Sensormodul USM zu verändern oder vom Prozess P zu entkoppeln.
Figur 9A zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Funksensormoduls FSM in einer Anwendungsumgebung unter Nutzung von zwei Verbindungsprotokollen Pl, P2 zur Übermittlung von Messwerten oder zur Kommunikation.
Dabei ist das obere Sensormodul OSM über ein erstes Verbindungsprotokoll PI mit einer Empfangsstation GW1 zur Auswertung und Darstellung von Messwerten auf einem Terminal TM verbunden. Hierdurch wird ein Kommunikationspfad UPI gebildet.
Weiterhin ist das obere Sensormodul OSM über ein zweites Verbindungsprotokoll P2 mit einem mobilen Endgerät MBT eines Benutzers US verbunden. Hierdurch wird ein weiterer Kommunikationspfad UP2 gebildet.
Das mobile Endgerät MBT verfügt über eine Positionsbestimmung und eine Sprachschnittstelle, über die der Benutzer US Messwerte, beispielsweise auch über Sprach- und Diktierdienste, anfordem kann.
Bei Annäherung an einen Funksensor FS kann hierbei auch bei Unterschreitung eines örtlichen Raums oder Radius eine Nachricht über ein verfügbares Gerät ausgegeben werden. Hierzu findet eine Kommunikation zum mobilen Endgerät MBT über das zweite Protokoll P2, insbesondere über ein mobiles Netzwerk oder das Internet IN oder über GSM-Dienste, mit einer zweiten Empfangsstation GW2 und/oder einer Datenbank DB statt. Das erste Verbindungsprotokoll PI kann beispielsweise auch als so genannter Https-Pushdienst in Form eines so genannten JSON-Files realisiert sein.
Somit werden die Kommunikationspfade UPI, UP2 gebildet, über welche, insbesondere über unterschiedliche Übertragungsarten, Sensordaten redundant an unterschiedliche Empfänger gesendet werden.
In Figur 9B ist ein mögliches Ausführungsbeispiel eines erfmdungsgemäßen Funksensormoduls FSM in einer weiteren Anwendungsumgebung in einem Gebäude G dargestellt.
Nachrichten und Messwerte eines Funksensors FS können hierbei einerseits über eine örtliche Annäherung und/oder Unterschreitung einer Entfernung und andererseits über im Funksensormodul FSM hinterlegte Schwellwerte ausgelöst werden, wenn diese bei einer Messung überschritten werden.
Die Annäherung des mobilen Endgeräts MBT an das Funksensormodul FSM kann hierbei auch über eine satellitengestützte Positionsbestimmung GPS realisiert werden, wobei initial bei einer Konfiguration eine oder mehrere Positionen eines Funksensors FS oder von Sensoren S ermittelt werden und vom zugehörigen mobilen Endgerät MBT während einer Konfiguration ermittelt und in eine Datenbank DB für Positionsauswertungen zu einem Funksensor FS oder Sensor S hinterlegt werden. Insbesondere können so auf Anforderung alle Geräte in einem verfügbaren Radius auf Anfrage einen Abgleich zu einer solchen Datenbank DB durchführen, ohne dass jeder Funksensor FS eine eigene satellitengestützte Positionsbestimmung GPS aufweist.
Die Erfindung ist nicht auf die vorhergehenden ausführlichen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie kann in dem Umfang der nachfolgenden Ansprüche modifiziert werden. Ebenfalls können einzelne Aspekte aus den Unteransprüchen miteinander kombiniert werden. BEZUGSZEICHENLISTE
(1) Richtung
(2) Richtung
(3) Richtung
(x) Höhe
A Antenne
AN Führungsrippe
AS Anschlag
AUT Aufnehmerunterteil
B1, B2 Bauhöhe
BA Batterie
BJ Baj onettverschluss
BJB Bajonettbahn
BN Noppe
BU Buchsenkontakt
DB Datenbank
EMV EMV-Platine
ES, ES1, ES2 ES-K, ES-L Energiespeicher
FE Federelement
FP Funkplatine
FP1, FP2 Höhe
FS Funksensor
FSM Funksensormodul
G Gebäude
Gl, G2 Achse
GIA, G2A, GIB, G2B Gewinde
GA Geräteanschlussfläche
GPS satellitengestützte Positionsbestimmung
GW1, GW2 Empfangsstation
IN Internet
K Kondensator
KA Kabel
KV, KV1 Kopplungsverbinder
KG, KG1 Gehäusekappe MBT mobiles Endgerät
OE Öffnung
OR O-Ring
OSM oberes Sensormodul
P Prozess
P1, P2 Verbindungsprotokoll
PA Prozessanschluss
PB externer Energiespeicher
PL2, PL3 Platine
S, S2 Sensor
SA Ebene
SCP Schnittpunkt
SOSI Sicherungsring
SP Sensorplatine
ST Stiftkontakt
STA, STA1 Steckerabschnitt
SV1 bis SV4 Steckverbinder
SW Schweißverbindung
TM Terminal
TT Strukturträger
UFSV, UFSV2, UFSV3 universelle Funksendeverbindung
UPI, UP2 Kommunikationspfad
US Benutzer
USM, USM1, USM2, USM3 unteres Sensormodul
YI< Y-Kabel
ZK Zusatzkapazität
ZR Zwischenring a Winkel

Claims

PATENTANSPRÜCHE Funksensormodul (FSM), insbesondere zur Übermittlung von gewonnen Messdaten aus einer Druck-, Temperatur-, Durchfluss- oder Niveaumessung, umfassend
- ein Sensorbasismodul mit zumindest einer einen Sensor (S, S2) umfassenden Sensorplatine (SP) und/oder oder einen Anschluss zur Verbindung mit einem funksensormodulextemen Sensor,
- einen Prozessanschluss (PA) und/oder einen erweiterten Sensoranschluss,
- einen Gehäuseabschnitt, welcher das Sensorbasismodul und die Sensorplatine (SP) aufnimmt, und
- eine Funksensoreinheit mit einem Strukturträger (TT), der eine Funkplatine (FP) und einen diese mit elektrischer Energie versorgenden Energiespeicher (ES, ESI, ES2 ES-K, ES-L) in sich trägt, wobei der Energiespeicher (ES, ESI, ES2 ES-K, ES-L) eine elektrische Batterie (BA) und einen elektrischen Kondensator (K) umfasst, welche elektrisch parallel verschaltet sind. Funksensormodul (FSM) nach Anspruch 1, wobei
- die Batterie (B A) aus einer Lithium-Zelle besteht, welche insbesondere auf Lithium-Thionylchlorid-Basis arbeitet, und
- der Kondensator (K) als Hybrid-Layer-Kondensator ausgebildet ist, welcher Elektroden und/oder einen Zellaufbau basierend auf Lithium- Interkalationsverbindungen umfasst. Funksensormodul (FSM) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- eine Kapazität der Batterie (BA) 5 Wh bis 15 Wh beträgt und
- eine Kapazität des Kondensators (K) 90 Ws bis 220 Ws beträgt. Funksensormodul (FSM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kondensator (K) von der Batterie (BA) elektrisch aufladbar ist. Funksensormodul (FSM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Energiespeicher (ES, ESI, ES2 ES-K, ES-L) und die Funkplatine (FP) zueinander verschränkt in der Funksensoreinheit angeordnet sind, - ein zwischen einer axialen Flächenebene der Funksensoreinheit und einer axialen Flächenebene des Energiespeichers (ES, ESI, ES2 ES-K, ES-L) ausgebildeter Verschränkungswinkel (a) größer Null Grad ist, so dass sich Verlängerungen der axialen Flächenebenen außerhalb kreuzen,
- die axialen Flächenebenen zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer zentralen Achse des Gehäuseabschnitts verlaufen oder
- der Energiespeicher (ES, ESI, ES2 ES-K, ES-L) und die Funkplatine (FP) derart zueinander angeordnet sind, dass deren axialen Flächenebenen parallel verlaufen. Funksensormodul (FSM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Energiespeicher (ES, ESI, ES2 ES-K, ES-L) und die Funkplatine (FP) außermittig zu einer zentralen Achse der Funksensoreinheit angeordnet sind oder
- der Energiespeicher (ES, ESI, ES2 ES-K, ES-L) und die Funkplatine (FP) in einer zentralen Achse der Funksensoreinheit angeordnet sind. Funksensormodul (FSM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Funkplatine (FP) einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt aufweist,
- im oberen Abschnitt eine Antenne (A) auf der Funkplatine (FP) angebracht ist und
- unterhalb der Antenne (A) ein mit dem Energiespeicher (ES, ESI, ES2 ES-K, ES-L) gekoppelter Steckverbinder (SV1 bis SV4) angeordnet ist. Funksensormodul (FSM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Funksensoreinheit eine mit dem Strukturträger (TT) oder einem zwischen dem Sensorbasismodul und der Funksensoreinheit angeordnetem Zwischenring (ZR) mechanisch gekoppelte Gehäusekappe (KG, KG1) umfasst. Funksensormodul (FSM) nach Anspruch 8, wobei zwischen der
Gehäusekappe (KG, KG1) und dem Strukturträger (TT) oder zwischen der Gehäusekappe (KG, KG1) und dem Zwischenring (ZR) ein O-Ring (OR) angeordnet ist. Funksensormodul (FSM) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Gehäusekappe (KG, KG1) und der Strukturträger (TT) oder die Gehäusekappe (KG, KG1) und der Zwischenring (ZR) Verschlusselemente zur Ausbildung eines Bajonettverschlusses (BJ) aufweisen. Funksensormodul (FSM) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei
- die Gehäusekappe (KG, KG1) einen inneren Anschlag (AS) und/oder eine innere Stufe aufweist,
- mittels des Anschlags (AS) und/oder der Stufe der Energiespeicher (ES, ESI, ES2 ES-K, ES-L) axial fixiert ist und/oder
- der Energiespeicher (ES, ESI, ES2 ES-K, ES-L) mittels zumindest eines Federelements (FE) fixiert oder vibrationsgedämpft gelagert ist. Funksensormodul (FSM) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei
- die Gehäusekappe (KG, KG1) aus Kunststoff gebildet ist,
- der das Sensorbasismodul und die Sensorplatine (SP) aufnehmende Gehäuseabschnitt aus Edelstahl gebildet ist und
- die Gehäusekappe (KG, KG1) und der Gehäuseabschnitt über den Strukturträger (TT) oder Zwischenring (ZR) miteinander verbunden sind. Funksensormodul (FSM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Strukturträger (TT) angeformte Aufnahmen für den Energiespeicher (ES, ESI, ES2 ES-K, ES-L) und die Funkplatine (FP) aufweist und
- die Aufnahmen jeweils insbesondere als Führungsabschnitt ausgebildet sind, welche den Energiespeicher (ES, ESI, ES2 ES-K, ES-L) und die Funkplatine (FP) abschnittsweise umfassen und/oder in U- und/oder kreisförmigen Abschnitten lagern. Funksensormodul (FSM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor oder ein Mikrocontroller vorgesehen ist, welcher jeweils ausgebildet ist, das Sensorbasismodul zu aktivieren, - das Sensorbasismodul im aktivierten Zustand zumindest einen vom Sensor (S, S2) erfassten Messwert verarbeitet und
- der Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor bzw. Mikrocontroller ausgebildet sind, das Sensorbasismodul nach der Verarbeitung des Messwerts, insbesondere nach einer Zeit von 50 ms bis 500 ms, insbesondere 200 ms, zu deaktivieren. Funksensormodul (FSM) nach Anspruch 14, wobei
- der Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor und Mikro-Controller ausgebildet sind, das Sensorbasismodul mit dem zumindest einen Sensor (S, S2) und/oder mit dem Anschluss zur Verbindung mit einem funksensormodulexternen Sensor in einem Stand-by-Modus zu halten,
- das Sensorbasismodul und der zumindest eine entsprechende Sensor (S, S2) in dem Stand-by-Modus einen Stromverbrauch von als 1 pA aufweisen und
- der Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor oder Mikro-Controller das Sensorbasismodul mit dem zumindest einen Sensor (S, S2) und/oder mit dem Anschluss zur Verbindung mit einem funksensormodulexternen Sensor bei Anforderung eines Messwerts über einen Interrupt aus dem Stand-by-Modus aktiviert. Funksensormodul (FSM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (S, S2) ein
- Piezosensor,
- Dickfilm-Keramik-Sensor,
- Dünnfilmsensor,
- thermischer Flusssensor oder
- optischer Niveausensor ist. Funksensormodul (FSM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Funkplatine (FP) Übermittlungseinheiten zur Datenübermittlung mit zumindest zwei verschiedenen Funkstandards umfasst und - die Funkstandards Bluetooth und/oder Wireless HART und/oder ein proprietäres Übertragungsverfahren, basierend auf einer Chirp-Spread- Spectrum-Modulationstechnik umfassen und/oder
- die Funkplatine (FP) zumindest eine als Chipantenne ausgebildete Antenne (A) umfasst. Funksensormodul (FSM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Funksensoreinheit zumindest eine Kommunikationsschnittstelle umfasst und
- die Kommunikationsschnittstelle zu einer Datenübertragung mit dem Sensor (S, S2) und/oder zumindest einem funksensormodulexternen Sensor ausgebildet ist. Funksensormodul (FSM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Funksensoreinheit einen elektrischen Modulkopplungsabschnitt mit elektrischen Kontakten umfasst,
- das Sensorbasismodul einen elektrischen Modulkopplungsabschnitt mit elektrischen Kontakten umfasst und
- eine Kopplungsrichtung der elektrischen Kontakte der Modulkopplungsabschnitte von Funksensoreinheit und Sensorbasismodul richtungsgleich mit einer Montagerichtung von Funkplatine (FP) und Energiespeicher (ES, ESI, ES2 ES-K, ES-L) der Funksensoreinheit ist. Funksensormodul (FSM) nach Anspruch 19, wobei eine Öffnung des Prozessanschlusses (PA) oder des erweiterten Sensoranschlusses richtungsgleich mit der Kopplungsrichtung der elektrischen Modulkopplungsabschnitte ist. Funksensormodul (FSM) nach Anspruch 19 oder 20, wobei
- zumindest einer der Modulkopplungsabschnitte einen unverlierbaren, insbesondere an der Funksensoreinheit befestigten Sicherungsring (SOSI) aufweist, und/oder
- beide Modulkopplungsabschnitte komplementäre Verschlusselemente zur
Ausbildung eines Bajonettverschlusses (BJ) zur gemeinsamen Verbindung aufweisen und/oder - beide Modulkopplungsabschnitte komplementäre Gewinde (Gl A, G2A), insbesondere M12-Gewinde, zur Ausbildung eines Bajonettverschlusses (BJ) zur gemeinsamen Verbindung aufweisen. Funksensormodul (FSM) nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei
- die elektrischen Kontakte eines der Modulkopplungsabschnitte als Buchsenkontakte (BU) ausgebildet sind und
- die elektrischen Kontakte des anderen Modulkopplungsabschnitts als zu den Buchsenkontakten (BU) komplementäre Stiftkontakte (ST) ausgebildet sind. Funksensormodul (FSM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prozessanschluss (PA) ausgebildet ist, das Funksensormodul (FSM) an einem komplementären Anschluss allein mechanisch zu positionieren und zu halten. Funk-Sensormodulaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Erfassungseinheit, welche ausgebildet ist, eine örtliche Annäherung eines mobilen Endgeräts (MBT) über zuvor in einer Datenbank (DB) hinterlegte Ortsdaten zu einem Funksensor durch Abgleich einer Ist-Position des mobilen Endgeräts (MBT) mit den Ortsdaten der Datenbank (DB) zu erfassen. Funksensormodul (FSM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- das Sensorbasismodul ein unteres Sensormodul (USM) bildet,
- die Funksensoreinheit ein oberes Sensormodul (OSM) bildet,
- zwischen der Funkplatine (FP) und der Sensorplatine (SP) eine EMV- Platine (EMV) angeordnet ist,
- alle zwischen dem unteren Sensormodul (USM) und dem oberen Sensormodul (OSM) ausgebildeten elektrischen Verbindungen über die EMV- Platine (EMV) geführt sind. Funksensormodul (FSM) nach Anspruch 25, wobei
- alle elektrische Verbindungen zwischen der Sensorplatine (SP), der Funkplatine (FP) und der EMV-Platine (EMV) über an Leiterplatten der Sensorplatine (SP), der Funkplatine (FP) und der EMV-Platine (EMV) fest fixierten Steckverbinder (SV1 bis SV4) ausgeführt sind und - die EMV-Platine (EMV) einen dichtenden Abschnitt zwischen Funksensoreinheit und Sensorbasismodul bildet. Funksensormodul (FSM) nach Anspruch 26, wobei
- die Steckverbinder (SV1 bis SV4) in zumindest einem zumindest sechspoligen Verbindungsstecker ausgebildet sind und
- als internes Datenprotokoll ein UART-Protokoll oder FC -Protokoll vorgesehen ist. Funksensormodul (FSM) nach Anspruch 25 oder 26, wobei
- die EMV-Platine (EMV) abgedichtet mit einem Teil eines Gehäuses des unteren Sensormoduls (USM) oder dem Strukturträger (TT) oder dem Zwischenring (ZR) verbunden ist und/oder
- die EMV-Platine (EMV) abgedichtet in dem Gehäuse, dem Strukturträger (TT) oder dem Zwischenring (ZR) geführt ist. Funksensormodul (FSM) nach einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei
- die EMV-Platine (EMV) mit dem Modulkopplungsabschnitt der Funksensoreinheit gekoppelt ist und/oder
- die EMV-Platine (EMV) mittels einer Steckverbindung mit der Sensorplatine (SP) gekoppelt ist. Baukastensystem zur Bildung eines Funksensormoduls (FSM) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend
- ein Sensorbasismodul mit zumindest einer einen Sensor (S, S2) umfassenden Sensorplatine (SP) und/oder oder einen Anschluss zur Verbindung mit einem funksensormodulextemen Sensor,
- einen Prozessanschluss (PA) und/oder einen erweiterten Sensoranschluss,
- einen Gehäuseabschnitt, welcher das Sensorbasismodul und die Sensorplatine (SP) aufnimmt, und
- zumindest eine Funksensoreinheit mit einem Strukturträger (TT), welcher ausgebildet ist, Funkplatinen (FP) mit unterschiedlichen Abmessungen und zur elektrischen Versorgung dieser vorgesehene Energiespeicher (ES, ESI, ES2 ES- K, ES-L) mit unterschiedlichen Abmessungen aufzunehmen und welcher Befestigungsstrukturen umfasst, welche zu einer beschädigungsfreien Montage und Demontage der Funkplatine (FP) und des Energiespeichers (ES, ESI, ES2 ES-K, ES-L) ausgebildet sind,
- mehrere unterschiedliche Funkplatinen (FP),
- mehrere Energiespeicher (ES, ESI, ES2 ES-K, ES-L) mit unterschiedlichen Abmessungen, insbesondere jeweils umfassend eine elektrische Batterie (BA) und einen elektrischen Kondensator (K), welche elektrisch parallel verschaltet sind,
- unterschiedlich große Gehäusekappen (KG, KG1), welche jeweils mit jeweils einem Strukturträger (TT) mechanisch koppelbar sind, wobei die jeweiligen Längen der Gehäusekappen (KG, KG1) ausgehend von einer Koppel Struktur zur Kopplung mit dem Strukturträger (TT) zu einem gegenüberliegenden Ende mit den unterschiedlichen Abmessungen der Energiespeicher (ES, ESI, ES2 ES-K, ES-L) und/oder unterschiedlichen Abmessungen der unterschiedlichen Funkplatinen (FP) korrespondieren.
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