EP4623649A1 - Modular ausgelegtes feldgerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein modular aufgebautes Feldgerät (1) zur Bestimmung einer Prozessgröße, das trotz eines Kunststoff-Gehäuses (1) EMV-technischen Anforderungen genügt und einfach zu fertigen ist. Dabei ist das Sensor-Modul (13), welches zur Bestimmung der Prozessgröße dient, an einer Durchführung im Gehäuse (11) angeordnet. Zwecks EMV-Schutz ist eine leitfähige Einfassung (12) vorgesehen, die im Innenraum (111) des Gehäuses (11) befestigt ist und einen ersten Innenbereich (111a) umschließt. Ein erster Endbereich (121) der Einfassung (12) ist gen Durchführung (112) ausgerichtet. Der gegenüberliegende, zweite Endbereich (122) der Einfassung (12) wird durch eine Leiterplatte (14) so abgeschlossen, dass der Innenbereich (111a) von außen elektromagnetisch komplett abgeschirmt ist. Dementsprechend ist auch das mit dem Sensor-Modul (13) verbundene Auswerte-Modul (15), welches zur externen Kommunikation dient, EMV-technisch geschützt, da es auf einer dem Innenbereich (111a) zugewandten Fläche der Leiterplatte (14) in dem geschützten Innenbereich (111a) angeordnet ist.

Description

Modular ausgelegtes Feldgerät

Die Erfindung betrifft ein modular ausgelegtes Feldgerät, das trotz nichtmetallischem Gehäuse EMV-technischen Anforderungen bezüglich gestrahlter und leitungsgebundener Störungen genügt und einfach zu fertigen ist.

In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung oder zur Beeinflussung bestimmter Prozessgrößen dienen. Zur Erfassung der jeweiligen Prozessgröße umfasst das Feldgerät je nach Typ spezifische elektronische Komponenten, um das entsprechende Mess-Prinzip umzusetzen. Je nach Auslegung kann der jeweilige Feldgeräte-Typ somit beispielsweise zur Messung eines Füllstandes, eines Durchflusses, eines Druckes, einer Temperatur, eines pH-Wertes und/oder einer Leitfähigkeit zum Einsatz kommen. Verschiedenste solcher Feldgeräte-Typen werden von der Firmengruppe Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.

Aufgrund der Vielfalt an Feldgeräte-Typen ist eine modulare Auslegung erstrebenswert, da es sowohl für den Hersteller als auch den Anwender eine Vielzahl an Vorteilen bietet: Zum einen sinkt durch Standardisierung von einzelnen Modulen die Komplexität und die damit verbunden Kosten. Zum anderen kann durch Standardisierung von Schnittstellen eine große Variantenvielfalt mit wenigen Varianten an Modulen erzeugt werden, um selbst einzelne Feldgeräte-Typen an unterschiedliche Anforderungen anzupassen.

Konkret teilen sich die elektronischen Komponenten von modular aufgebauten Feldgeräten in mindestens zwei Module auf: Im Sensor-Modul ist das jeweilige Messprinzip zur Erfassung der Prozessgröße implementiert, während das Auswerte- Modul das analoge oder digitale Rohsignal des Sensor-Moduls in ein standardisiertes analoges Ausgangssignal oder digitales Protokoll umwandelt. Hierzu stehen eine Vielzahl unterschiedlicher Industrie-Standards mit jeweils spezifischen Eigenschaften zur Verfügung, wie unter anderem „4...20 mA“, „HÄRT', „10-Link“, „Foundation Fieidbus“, „Profibus“, „Modbus“ oder „ETHERNET IP“. Allgemein wird unter dem Begriff „Modul“ im Rahmen der Erfindung prinzipiell eine separate Anordnung bzw. Kapselung derjenigen elektronischen Schaltungen verstanden, die für einen konkreten Einsatzzweck, bspw. zur Messsignal-Verarbeitung oder als Schnittstelle vorgesehen sind. Das jeweilige Modul kann also je nach Einsatzzweck entsprechende Analogschaltungen zur Erzeugung bzw. Verarbeitung analoger Signale umfassen. Das Modul kann jedoch auch Digitalschaltungen, wie FPGA’s, Microcontroller oder Speichermedien in Zusammenwirken mit entsprechenden Programmen umfassen. Dabei ist das Programm ausgelegt, die erforderlichen Verfahrensschritte durchzuführen bzw. die notwendigen Rechenoperationen anzuwenden. Neben bestimmten Elektronik-Modulen kann auch das Gehäuse von Feldgeräten so ausgelegt werden, dass es für verschiedene Feldgeräte-Typen einsetzbar ist. Hierzu muss das Gehäuse so konzipiert sein, dass dem Sensor-Modul Messprinzip-übergreifend ein unmittelbarer Kontakt zum entsprechenden Prozess gewährleistet wird, um die Prozessgröße bestimmen zu können. Außerdem muss das Gehäuse die Module des jeweiligen Feldgeräte-Typs EMV-geschützt („Elektro Magnetische Verträglichkeit“') unterbringen. Das heißt, die Module sind einerseits vor elektromagnetischen Störungen von außen zu schützen. Andererseits ist potenziell störende elektromagnetische Strahlung der Module nach außen zu verhindern. Darüber hinaus ist sicherzustellen, dass die betriebliche Abwärme der Module ausreichend abgeleitet wird. Dementsprechend kann das Gehäuse beispielsweise aus einem Metall, wie beispielsweise Edelstahl gefertigt werden. Hierdurch fungiert das Gehäuse als Faraday’scher Käfig und ist konstruktiv entsprechend zu erden. Vorteilhaft an einem metallischen Gehäuse ist dessen Schlagfestigkeit, die Beständigkeit gegenüber Lösemitteln und die Feuersicherheit

Bei einer Mehrzahl an Anwendungen ist jedoch ein nicht-metallisches Gehäuse vorteilhaft bzw. erforderlich. So basieren beispielsweise Feldgeräte, die in korrosiven Umgebungen, wie etwa küstennahen Standorten sowie bei Prozessen mit sauren oder alkalischen Medien eingesetzt werden, vorzugsweise auf einem Kunststoff-basierten Gehäuse. Die elektronischen Module werden in solchen Fällen durch eine zusätzliche, elektrisch leitfähige Einfassung geschützt, welche einen entsprechenden Innenbereich im Innenraum des Gehäuses als Faraday’schen Käfig für die Module ausbildet. Ein entsprechendes Feldgerät ist beispielsweise in der Veröffentlichungsschrift DE 10 2015 107 306 A1 gezeigt.

Allerdings weist die elektromagnetische Schirmung und das thermische Management bei nicht-metallischen Gehäusen mit Metall-Einfassung ohne technische Hilfsmaßnahmen nicht die gleiche Effektivität, wie metallische Gehäuse auf. Dabei stehen sich die technisch hierfür zusätzlich erforderlichen Hilfsmaßnahmen zum Teil entgegen oder tragen zu steigenden Produktions- und Entwicklungskosten des Gehäuses bei.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein modular aufgebautes Feldgerät mit Kunststoff-Gehäuse bereitzustellen, das hinsichtlich EMV-Schutz und thermischem Management effizient ausgelegt und mit geringem Aufwand fertigbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Feldgerät zur Bestimmung einer Prozessgröße, das folgende Komponenten umfasst:

Ein elektrisch isolierendes Gehäuse, mit o einem Innenraum, und o einer Durchführung, die sich entlang einer Geräte-Achse an den Innenraum anschließt, eine elektrisch leitfähige Einfassung, die im Innenraum befestigt ist und einen ersten Innenbereich des Innenraums entlang eines Teilsegments der Geräte- Achse radial umschließt, mit o einem ersten Endbereich, welcher gen Durchführung ausgerichtet ist, und o einem zweiten Endbereich, welcher dem ersten Endbereich in Bezug zur Geräte-Achse gegenüberliegt, ein Sensor-Modul, dass derart in der Durchführung des Gehäuses angebracht ist, um die Prozessgröße zu erfassen, eine Leiterplatte, welche den zweiten Endbereich der Einfassung derart abschließt, so dass der Innenbereich elektromagnetisch abgeschirmt ist, und ein Auswerte-Modul, welches auf einer dem Innenbereich zugewandten Fläche der Leiterplatte angeordnet ist und elektrisch mit dem Sensor-Modul kontaktiert ist, um die Prozessgröße zu übertragen.

Dabei kann das Auswerte-Modul gemäß beliebiger industrieller Kommunikations- Standards ausgelegt werden, bspw. um

- gemäß des digitalen Protokolls, „PROFIBUS“, „HÄRT', „WirelessHART', „WLAN“, „PROFINET', „PROFISAFE“, „IO-Link‘, „MODBUS TCP', „MODBUS RTU“, oder „ETHERNET/IP', oder mittels analoger Signale gemäß des Standards „Namur IEC 60947-5-6“, “4- 20 mA“ oder „0-10 V“ mit übergeordneten Einheiten zu kommunizieren.

Prinzipiell ist das erfindungsgemäße Feldgerät zur Messung jeglicher Art von Prozessgröße einsetzbar. Dementsprechend kann das Sensor-Modul ausgelegt werden, um als Prozessgröße beispielsweise einen Füllstand, eine Temperatur, einen Druck, einen Durchfluss, eine Stoffmengenkonzentration, eine Leitfähigkeit, eine Viskosität, einen Beschleunigungswert und/oder einen Dielektrizitätswert zu bestimmen.

Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass die Leiterplatte zum Schutz der Module vor elektromagnetischer Störsignale beiträgt und somit auf weitere diesbezügliche Hilfsmaßnahmen verzichtet werden kann. Sofern die Leiterplatte eine mit dem Auswerte- Modul verbundene, elektrische Durchkontaktierung in den EMV-technisch nichtgeschützten Bereich des Gehäuse-Innenraums umfasst, ist es EMV-technisch besonders vorteilhaft, wenn an der Durchkontaktierung ein auf EMV-Störungen abgestimmter Hochfrequenz-Filter zur Bedämpfung leitungsgebundener Störungen verschaltet ist. Hierzu kann der Hochfrequenz-Filter einen LC-Tiefpassfilter, insbesondere mindestens 2. Ordnung und/oder eine stromkompensierte Drosselschaltung umfassen. EMV-technisch kann der Schutz im Innenbereich weiter erhöht werden, wenn die Leiterplatte eine überwiegend vollflächige Metalllage umfasst. Insbesondere, sofern diese Metalllage aus Kupfer besteht, ergibt sich der synergetische Effekt der gleichzeitigen Wärmeableitung aus dem EMV-geschützten Innenbereich. Maximiert wird dieser Effekt, wenn die Leiterplatte und die Einfassung derart ausgelegt sind, dass die Metalllage am zweiten Endbereich im befestigten Zustand eine elektrische Kontaktfläche mit einem thermischen Widerstand von maximal 15 Kelvin/Watt, insbesondere weniger als 5 Kelvin/Watt ausbildet. Hierzu kann die Einfassung an der Kontaktfläche bzw. dem zweiten Endbereich mechanisch beispielsweise durch Planfräsen bearbeitet werden, um eine etwaige, thermisch und elektrisch schlecht leitende Gusshaut zu entfernen, sofern die Einfassung aus einem Edelstahl, Zink-Druckguss, Aluminium-Druckguss gefertigt ist. Allgemein ist es im Rahmen der Erfindung jedoch auch denkbar, dass die Einfassung aus einem Kunststoff oder einer Keramik mit jeweils leitfähiger Beschichtung gefertigt ist.

Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Feldgerät ist außerdem, dass es mit geringem Aufwand fertigbar ist. Dabei umfasst das Verfahren zu dessen Fertigung folgende zentralen Verfahrensschritte, wobei die Reihenfolge der Ausführung variieren kann: Befestigen der Leiterplatte an der der Einfassung, so dass das Auswerte-Modul gen Innenbereich gerichtet ist, Befestigen des Sensor-Moduls an der Durchführung oder am ersten Endbereich der Einfassung, Verbinden des Sensor-Moduls mit dem Auswerte-Modul, und Befestigen der Einfassung im Innenraum des Gehäuses.

Anhand der nachfolgenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Gezeigt wird:

Fig. 1 : Ein Feldgerät zur Bestimmung einer Prozessgröße in einem Behälter,

Fig. 2: eine Explosionsansicht des Feldgeräte-Gehäuses mit innerer Einfassung,

Fig. 3: eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Feldgerätes, und

Fig. 4: eine Detailansicht der Einfassung im Bereich der Leiterplatte.

Zum prinzipiellen Verständnis der Erfindung ist in Fig. 1 ein Prozess-Behälter 3 einer Prozessanlage gezeigt, welcher beispielsweise zum Ablauf chemischer bzw. biologischer Reaktionen, oder zur Lagerung von Füllgut 2 dient. Dabei kann der Behälter 3 je nach Art des Füllgutes 2 und je nach Einsatzgebiet bis zu mehr als 100 m hoch sein. In Abhängigkeit des Prozesses ist als Prozessgröße innerhalb des Behälters 3 beispielsweise ein Füllstand, ein Grenzstand, eine Temperatur, ein pH-Wert oder eine Leitfähigkeit zu bestimmen. Um die spezifische Prozessgröße bestimmen zu können, ist ein Feldgerät 1 mit einem entsprechend ausgelegten Sensor-Modul 13 in einer definierten Einbauposition am Behälter s angebracht. Dazu ist das Gehäuse 11 des Feldgerätes 1 über einen Anschluss-Adapter 17 derart an einer Öffnung des Behälters 3 befestigt bzw. ausgerichtet, dass das Sensor-Modul 13 über eine Durchführung 112 im Gehäuse 11 Zugang zum Behälter-Inneren hat und somit die Prozessgröße erfassen kann.

Im Falle des Füllstandes als Prozessgröße kann das Sensor-Modul 13 beispielsweise auf dem FMCW-Radar-Prinzip basieren. Zur Druckmessung kann das Sensor-Modul 13 wiederum eine Membran umfassen, deren Druck-abhängige Auslenkung kapazitiv oder resistiv erfasst wird. Um als Prozessgröße die Temperatur im Behälter 3 messen zu können, ist es nach dem Stand der Technik bekannt, das Sensor-Modul 13 beispielsweise mit einem temperaturabhängigen Widerstand wie einem Pt100 auszulegen. In Abhängigkeit des implementierten Messprinzips erzeugt das Sensor- Modul 13 den zur Prozessgröße korrespondierenden Messwert zunächst als analoges Mess-Signal, bspw. in Form eines Gleichstroms, einer Gleichspannung oder auch einem Wechselspannungs-Signal, das entweder direkt im Sensor-Modul 13 oder alternativ im Auswerte-Modul 15 weiter verarbeitet, zum Beispiel verstärkt, gefiltert, skaliert und/oder in ein digitales Signal umgewandelt wird.

Bis auf das Sensor-Modul 13 sind alle weiteren Module 15 des Feldgerätes 1 komplett außerhalb des Behälters 3 im Gehäuse 11 angeordnet. Dabei ist das Gehäuse 11 zwecks Korrosions- und Witterungsbeständigkeit aus einem Kunststoff, wie beispielsweise ABS, PBT, PEEK oder PP gefertigt. Entgegen der Darstellung in Fig. 1 kann das Feldgerät 1 bei entsprechender Auslegung auch an einem Rohrleitungsabschnitt angeordnet sein, um als Prozessgröße beispielsweise einen Durchfluss zu messen.

Wie aus Fig. 1 und Fig. 3 ersichtlich wird, ist das Feldgerät 1 über ein im Gehäuse 11 untergebrachtes Auswerte-Modul 15 mit einer übergeordneten Einheit 4, wie z. B. einem lokalen Prozessleitsystem oder einem dezentralen Server-System verbunden. Hierüber kann das Feldgerät 1 mittels eines entsprechenden Standards, wie etwa „4-20 mA“, „PROFIBUS“, „HÄRT', „WLAN“ oder „ETHERNET/IP' den aktuellen Messwert der Prozessgröße übertragen, beispielsweise um Zu- oder Abflüsse am Behälter s zu steuern. Hierzu ist das Auswerte-Modul 15 innerhalb des Feldgerätes 1 elektrisch entsprechend mit dem Sensor-Modul 13 verbunden. Um das Mess-Signal des Sensor- Moduls 13 weiterzuverarbeiten, bspw. durch Normierung des Mess-Signals in Bezug zu einem durch Kalibration bekannten Referenzwert, und/oder durch Werte- und Zeit- Diskretisierung des Mess-Signals, wird der Messwert vorzugsweise in einen digitalen Wert überführt. Je nach Auslegung des Sensor-Moduls 13 ist es denkbar, dass das Sensor-Modul 13 das Mess-Signal diesbezüglich zumindest zu einem gewissen Grad vorverarbeitet, bevor der Messwert der Prozessgröße an das Auswerte-Modul 15 übermittelt wird.

Neben dem aufbereiteten Messwert der Prozessgröße können zwischen der übergeordneten Einheit 4 und dem Auswerte-Modul 15 zudem auch anderweitige Informationen über den allgemeinen Betriebszustand des Feldgerätes 1 kommuniziert werden. Dabei versteht sich von selbst, dass die Datenübertragung bidirektional ausgelegt sein kann, so dass über das Auswerte-Modul 15 prinzipiell auch Daten, wie bspw. Softwareupdates oder Kalibrationsdaten an das Feldgerät 1 übertragbar sind. Die modulare Auslegung des Auswerte-Moduls 15 weist den Vorteil auf, dass das dies nicht lediglich in einem speziellen Feldgeräte-Typ einsetzbar ist.

Da das Gehäuse 11 des Feldgerätes 1 elektrisch isolierend ist, ist im Innenraum 111 des Gehäuses 11 eine elektrisch leitfähige Einfassung 12 angeordnet, die einen separaten Innenbereich 111 a ausbildet, welcher vor hochfrequenten, elektromagnetischen Störeinflüssen schützt. Hierzu kann die Einfassung 12 beispielsweise aus einem Edelstahl, Zink-Druckguss, Aluminium-Druckguss oder einem Kunststoff mit leitfähiger Beschichtung gefertigt werden. Dabei sind in Fig. 2 die Einfassung 12 und das Gehäuse 11 in Bezug zu einer definierten Geräte-Achse a als Explosionsansicht dargestellt. Demnach wird der EMV-geschützte Innenbereich 111a des Innenraums 111 dadurch gebildet, dass ihn die Einfassung 12 entlang eines Teilsegments der Geräte-Achse a radial umschließt. Hierdurch gliedert sich die Einfassung 12 in einen in etwa kreisrunden, ersten Endbereich 121 , welcher gen Durchführung 112 ausgerichtet ist. Der korrespondierende zweite Endbereich 122 der Einfassung 12 liegt dem ersten Endbereich 121 in Bezug zur Geräte-Achse a gegenüber.

Geerdet wird die Einfassung 12 bei dem in Fig. 2 bzw. Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel über einen radial zulaufenden Erdungs-Klemmanschluss 123, welcher über eine korrespondierende Ausnehmung im Gehäuse 11 kontaktierbar ist. Alternativ ist auch denkbar, die Einfassung 12 bzw. die Module 13, 15 über die Kabeleinführung 16 zu erden, zum Beispiel über einen Kabelschirm oder eine Verrohrung.

Fertigungstechnisch wird die Einfassung 12 bei der Montage entlang der Geräte-Achse a von einer gegenüberliegenden Öffnung des Gehäuses 11 aus in Richtung der Durchführung 112 in den Innenraum 111 eingeführt und dort befestigt, beispielsweise mittels einer Steckverbindung. Hierzu weist der Innenraum 111 des Gehäuses 11 korrespondierend zur Einfassung 12 entlang der Geräte-Achse a eine grundsätzlich zylindrische Geometrie auf. Im montierten Zustand ist derjenige Endbereich 122 der Einfassung 12, welcher dem Sensor-Modul 13 abgewandt ist, von einer orthogonal zur Geräte-Achse a angeordneten Leiterplatte 14 abgeschlossen, wie aus der Schnittansicht des Feldgerätes 1 in Fig. 3 hervorgeht. Dabei ist das Auswerte-Modul 15 erfindungsgemäß auf einer dem Innenbereich 111 a zugewandten Fläche der Leiterplatte 14 angeordnet. Hierdurch wird das Auswerte-Modul 15 in Zusammenwirken mit der Einfassung 12 EMV-technisch vollständig geschützt. Wie in Verbindung mit Fig. 2 zu erkennen ist, kann die Leiterplatte 14 über eine Schraubverbindung 143 an der Einfassung 12 befestigt werden, die im gezeigten Ausführungsbeispiel vier Schrauben, entsprechende Innengewinde in der Einfassung 12 und entsprechende Bohrlöcher in der Leiterplatte 14 umfasst.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsvariante ist das Auswerte-Modul 15 bzw. die entsprechende Fläche der Leiterplatte 14 zusätzlich durch einen Weichverguss bzw. einen entsprechenden ersten Vergussbecher 146 gekapselt. Dabei ist auch das Sensor- Modul 13 in einem zweiten Vergussbecher 131 mittels Weichverguss gekapselt und in der dort gezeigten Ausführung mechanisch derart am ersten Vergussbecher 146 des Auswerte-Moduls 15 befestigt, so dass das Sensor-Modul 13 passend in der Durchführung 112 positioniert bzw. ausgerichtet ist, um die Prozessgröße zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das Sensor-Modul 13 auch am ersten Endbereich 121 der Einfassung 12 befestigt werden.

Schematisch dargestellt ist in Fig. 3 ebenfalls die elektrische Kontaktierung zwischen dem Sensor-Modul 13 und dem Auswerte-Modul 15 durch den Weichverguss hindurch. Hierdurch kann das Mess-Signal des Sensor-Moduls 13, welches den jeweils aktuellen Messwert der Prozessgröße darstellt, zur Auswerte-Einheit 15 übermittelt werden, um dort weiterverarbeitet werden zu können.

Nicht explizit dargestellt ist in Fig. 3, dass im Anschluss-Adapter 17 gen Behälter-Innerem zusätzlich eine mechanische Barriere eingesetzt werden kann, um das Feldgerät 1 vom Behälter-Inneren abzudichten bzw. umgekehrt. Die Barriere ist in diesem Fall wiederum an das jeweils implementierte Messprinzip anzupassen: Im Falle von Radar-basierter Füllstandmessung muss die Barriere transparent für Radar-Signale sein. Im Falle von Temperatur-Messung ist eine hinreichende Wärmeleitfähigkeit erforderlich. Bei pH- Messung muss die Barriere entsprechend lonen-leitend sein, usw.

Da das Feldgerät 1 entsprechend der Darstellungen in Fig. 1 und Fig. 3 über den Anschluss-Adapter 17 am Behälter s befestigt wird, muss das Gehäuse 11 mitsamt den im Innenraum 111 befindlichen Komponenten 12, 13, 14, 15 bspw. mittels einer M48- Gewindeverbindung 18, möglichst stabil am Anschluss-Adapter 17 befestigt sein. Hierzu kann das Gehäuse 11 im Bereich der Durchführung 112 mit einem entsprechenden Innengewinde versehen werden. Der Anschluss-Adapter 17 ist hierzu im gezeigten Ausführungsbeispiel an dessen Gehäuse-zugewandten Endbereich - in Bezug zur Geräte-Achse a - auf Höhe der Durchführung 112 mit einem entsprechenden Außengewinde versehen, so dass die resultierende Gewindeverbindung 18 wiederum entlang der Geräte-Achse a ausgerichtet ist.

Alternativ kann das Innengewinde der Gewindeverbindung 18 nicht in den Kunststoff der Durchführung 112 eingelassen werden, sondern als Bestandteil der Einfassung 12 im Bereich der Durchführung 112. Da die Einfassung 12 wiederum mechanisch im Innenraum 111 des Gehäuse 11 befestigt ist, wird das Gehäuse 11 in diesem Fall indirekt über die Einfassung 12 mechanisch mit dem Anschluss-Adapter 17 verbunden. Hierdurch wird die maximal mögliche Anzahl an Verschraubzyklen der Gewindeverbindung 18 nicht durch den Kunststoff des Gehäuses 11 limitiert. Bemerkbar macht sich dies insbesondere dann, wenn das Gehäuse 11 beispielsweise zu Service- und Wartungsarbeiten periodisch wiederkehrend abgeschraubt werden muss. Bei beiden Befestigungsvarianten wird das Sensor-Modul (13) so ausgelegt, dass es den ersten Endbereich (121) der Einfassung (12) hochfrequenztechnisch verschließt und dadurch vor gestrahlten EMV-Störungen schützt. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Anschluss-Adapter (17) aus Metall ausgeführt wird und einen elektrischen Kontakt zur Einfassung (12) ausbildet.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, umfasst die Leiterplatte 14 auf derjenigen Fläche, die dem Innenbereich 111 a der Einfassung 12 abgewandt ist, elektrische Anschlussklemmen 144, 144‘ zur Kontaktierung des Auswerte-Moduls 15 mit der übergeordneten Einheit 4 bzw. zur Energieversorgung des Feldgerätes 1 . Dabei erfolgt die entsprechende Verkabelung zur übergeordneten Einheit 4 aus dem Gehäuse 11 hinaus in der gezeigten Ausführungsvariante über eine Kabeleinführung 16, sofern kein kabelloses Übertragungsprotokoll implementiert ist.

Zur elektrischen Kontaktierung der Anschlussklemmen 144, 144‘mit der Auswerte-Einheit 15 ist eine elektrische Durchkontaktierung 141 in der Leiterplatte 14 vorgesehen.

Detailliert dargestellt ist die Durchkontaktierung 141 in der Schnittansicht der Leiterplatte 14 in Fig 4: Demnach wird ersichtlich, dass die vertikal geradlinig verlaufende Durchkontaktierung 141 entsprechend signalführende Leiterbahnlagen auf beiden Flächen der Leiterplatte 14 miteinander verbindet. Korrespondierende, horizontal verlaufende Signalmasse-Lagen sind ebenfalls durch Durchkontaktierungen miteinander verbunden.

Das Auswerte-Modul 15 und die Anschlussklemmen 144, 144‘ sind bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführung der Leiterplatte 14 nicht unmittelbar über die Durchkontaktierung 141 miteinander verbunden, sondern zusätzlich über einen Hochfrequenz-Filter 161 , 162, 163, 164. Dieser dient dazu, etwaige hochfrequente, elektromagnetische Störstrahlung herauszufiltern, um den Innenbereich 111a EMV-technisch zu schützen. Dabei ist der Hochfrequenz-Filter 161 , 162, 163, 164 für diejenigen Übertragungs-Frequenzen, in denen die Übertragungsstandards arbeiten, durchlässig auszulegen. Da die Übertragungs-Frequenzen im Falle von „HÄRT', „Profibus“ und vergleichbaren industriellen Übertragungsstandards unterhalb von 10 kHz liegen, ist es im Rahmen der Erfindung daher vorteilhaft, den Hochfrequenz-Filter 161 , 162, 163, 164 als Tiefpass auszulegen. Um eine hinreichende Flankensteilheit von mindestens 12 dB pro Oktave zu erzielen, ist es weiterhin vorteilhaft, den Hochfrequenz-Filter 161 , 162, 163, 164 mindestens als Tiefpass zweiter Ordnung auszulegen. Nicht gezeigt ist in Fig. 4, dass der Hochfrequenz-Filter 161 , 162, 163, 164 optional um eine stromkompensierte Drossel (besser bekannt im Englischen als „Common Mode Choke“) erweitert werden kann, um Gleichtaktstörungen, welche gegebenenfalls über die Anschlussklemmen 144, 144' eingehen, zu unterdrücken.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Hochfrequenz-Filter 161 , 162, 163, 164 als LC-Tiefpass vierter Ordnung ausgelegt. Dabei sind ein erster Kondensator 161 und eine erste Induktivität 163 des LC-Tiefpasses auf derjenigen Fläche der Leiterplatte 14 angeordnet, welche dem Innenbereich 111 a der Einfassung 12 abgewandt ist. Auf der gegenüberliegenden Fläche der Leiterplatte 4, welche dem Innenbereich 111 a zugewandt ist, sind ein zweiter Kondensator 162 und eine zweite Induktivität 164 des LC- Tiefpasses angeordnet. Es dementsprechend im Rahmen der Erfindung nicht fest vorgeschrieben, auf welcher Fläche der Leiterplatte 14 der Hochfrequenz-Filter 161 , 162, 163, 164 anzuordnen ist. Dabei können die Bauteile des Hochfrequenz-Filters 161 , 162, 163, 164 beispielsweise als SMD-Bauteile ausgelegt werden. Alternativ zu einer Anordnung auf der Leiterplattenoberfläche können die Bauteile 161 , 162, 163, 164 alternativ auch in der Leiterplatte 12 eingebettet sein.

Die EMV-Schutzwirkung wird bei der in Fig. 4 gezeigten Leiterplatte 14 durch eine separate Kupferlage 142, die mit Ausnahme von Aussparungen für Durchführungen 141 vollflächig ausgebildet ist, weiter erhöht. Dabei kann diese Funktion prinzipiell auch erreicht werden, sofern anstelle von Kupfer ein anderes Metall, wie beispielsweise Gold verwendet wird. Da bei Metallen mit guter elektrischer Leitfähigkeit überwiegend auch eine gute thermische Leitfähigkeit vorliegt, wird der synergetische Effekt erreicht, dass die Kupferlage 142 in diesem Fall gleichzeitig zur Wärmeabführung derjenigen Bauelemente dienen kann, die auf der Leiterplatte 14 angeordnet sind. Hierzu sind die Leiterplatte 14 und die Einfassung 12 derart auszulegen, dass die Kupferlage 142 am zweiten Endbereich 122 im befestigten Zustand nicht nur eine elektrische Verbindung zu der Einfassung 12 ausbildet, so dass die Leiterplatte 14 geerdet ist und dadurch Störstrahlung abgeschirmt und leitungsgebundene Störungen abgeleitet werden. Dabei sind die Signalmasse-Lagen und die Kupferlage 142 bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel über eine elektrische Kapazität miteinander verbunden, um leitungsgebundene Störungen abzuleiten, ohne die galvanische Trennung aufzuheben.

Vorteilhaft ist, wenn die Kupferlage 142 und die Einfassung 12 durch entsprechende Auslegung außerdem eine hinreichende thermische Kontaktfläche mit niedrigem thermischen Widerstand von ca. 4 Kelvin/Watt zueinander ausbilden. Dazu kann, wie in Fig. 4 gezeigt ist, die Kupferlage 142 außerdem so gestaltet werden, dass sie sich in der Leiterplatte 14 in einem definierten lateralen Bereich um die Schraubverbindung 143 herum auf mehrere bzw. alle Lagen der Leiterplatte aufweitet, wie in Fig. 4 gezeigt ist.

Bezugszeichenliste

1 Feldgerät

2 Füllgut

3 Behälter

4 Übergeordnete Einheit

11 Gehäuse

12 Einfassung

13 Sensor-Modul

14 Leiterplatte

15 Auswerte-Modul

16 Kabeleinführung

17 Anschluss-Adapter

18 Gewindeverbindung

111 Innenraum des Gehäuses

111 a Innenbereich

112 Durchführung

121 Erster Endbereich

122 Zweiter Endbereich

123 Erdungsanschluss

131 Zweiter Vergussbecher

141 Elektrische Durchkontaktierung

142 Metalllage

143 Schraubverbindung

144, 144‘ Anschlüsse

145 Isolierende Lage

146 Erster Vergussbecher

147 Kapazität

161 , 162 Kondensatoren des Hochfrequenz-Filters

163, 164 Induktivitäten des Hochfrequenz-Filters a Geräte-Achse

Claims

Patentansprüche

1 . Feldgerät zur Bestimmung einer Prozessgröße, umfassend:

Ein elektrisch isolierendes Gehäuse (11), mit o einem Innenraum (111), und o einer Durchführung (112), die sich entlang einer Geräte-Achse (a) an den Innenraum (111) anschließt, eine elektrisch leitfähige Einfassung (12), die im Innenraum (111) befestigt ist und einen ersten Innenbereich (111a) des Innenraums (111) entlang eines Teilsegments der Geräte-Achse (a) radial umschließt, mit o einem ersten Endbereich (121), welcher gen Durchführung (112) ausgerichtet ist, und o einem zweiten Endbereich (122), welcher dem ersten Endbereich (121) in Bezug zur Geräte-Achse (a) gegenüberliegt, ein Sensor-Modul (13), dass derart in der Durchführung (112) angebracht ist, um die Prozessgröße zu erfassen, eine Leiterplatte (14), welche den zweiten Endbereich (122) der Einfassung (12) derart abschließt, so dass der Innenbereich (111a) elektromagnetisch abgeschirmt ist, und ein Auswerte-Modul (15), welches auf einer dem Innenbereich (111a) zugewandten Fläche der Leiterplatte (14) angeordnet ist und elektrisch mit dem Sensor-Modul (13) kontaktiert ist, um die Prozessgröße zu übertragen.

2. Feldgerät nach Anspruch 1 , wobei die Leiterplatte (14) eine mit dem Auswerte-Modul (15) verbundene, elektrische Durchkontaktierung (141) umfasst, und wobei an der Durchkontaktierung (141) ein Hochfrequenz-Filter (16) verschaltet ist.

3. Feldgerät nach Anspruch 2, wobei der Hochfrequenz-Filter einen LC-Tiefpassfilter (161 , 162, 163, 164), insbesondere mindestens 2. Ordnung und/oder eine stromkompensierte Drosselschaltung umfasst.

4. Feldgerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (14) eine überwiegend vollflächige Metalllage (142), insbesondere aus Kupfer umfasst.

5. Feldgerät nach Anspruch 4, wobei die Leiterplatte (14) und die Einfassung (12) derart ausgelegt sind, dass die Metalllage (142) am zweiten Endbereich (122) im befestigten Zustand eine elektrische Kontaktfläche mit einem thermischen Widerstand von maximal 15 Kelvin/Watt, insbesondere weniger als 5 Kelvin/Watt ausbildet.

6. Feldgerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Auswerte-Modul (15) ausgelegt ist,

- gemäß des digitalen Protokolls, „PROFIBUS“, „HÄRT', „WirelessHART', „WLAN“, „PROFINET', „PROFISAFE“, „IO-Link‘, „MODBUS TCP', „MODBUS RTU“, oder „ETHERNET/IP', oder mittels analoger Signale gemäß des Standards „Namur IEC 60947-5-6“, “4-

20 mA“ oder „0-70 V“ mit einer übergeordneten Einheit (4) zu kommunizieren.

7. Feldgerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensor- Modul (13) ausgelegt ist, um als Prozessgröße einen Füllstand, eine Temperatur, einen Druck, einen Durchfluss, eine Stoffmengenkonzentration, eine Leitfähigkeit, eine Viskosität, einen Beschleunigungswert und/oder einen Dielektrizitätswert zu bestimmen.

8. Feldgerät nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einfassung (12) aus einem Edelstahl, Zink-Druckguss, Aluminium-Druckguss oder einem Kunststoff mit leitfähiger Beschichtung gefertigt ist.

9. Verfahren zur Fertigung des Feldgerätes (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, folgende Verfahrensschritte umfassend:

Befestigen der Leiterplatte (14) an der der Einfassung (12), so dass das Auswerte-Modul (15) gen Innenbereich (111 a) gerichtet ist,

Befestigen des Sensor-Moduls (13) an der Durchführung (112) oder am ersten Endbereich (121) der Einfassung (12),

Verbinden des Sensor-Moduls (13) mit dem Auswerte-Modul (15), und Befestigen der Einfassung (12) im Innenraum (111) des Gehäuses (11).