EP4731968A1

EP4731968A1 - Feldgerät der automatisierungstechnik

Info

Publication number: EP4731968A1
Application number: EP24737341.8A
Authority: EP
Inventors: Simon Gerwig; Lars Kretschmer; Pascal Mutter; Manuel Sautermeister; Marco SUEVO
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2023-06-23
Filing date: 2024-06-19
Publication date: 2026-04-29
Also published as: DE102023116634A1; CN121399435A; WO2024261016A1

Abstract

Feldgerät der Automatisierungstechnik zur Bestimmung eines Füllstandes (L) eines Füllgutes (2) in einem Behälter (3), das geeignet ist, einem direkten Hochdruckwasser-oder Dampfstrahl zur Reinigung ausgesetzt zu sein, umfassend: - ein vollverschweißtes metallisches Feldgerätegehäuse (12), welches einen Innenraum (13) umschließt und eine integrierte Bedien- und/oder Sichtscheibe aufweist; - eine Sende-/Empfangs-Einheit (14), die dazu ausgelegt ist, gemäß eines definierten Radar-Prinzips Radar-Signale (SHF) zu erzeugen, und anhand entsprechender Empfangs-Signale (RHF) den Füllstand (L) zu bestimmen, - eine Antenne (11), mittels welcher die erzeugten Radar-Signale (SHF) aussendbar bzw. nach Reflektion empfangbar sind, - ein in dem Innenraum (13) des Feldgerätegehäuses (12) hinter der Bedien- und/oder Sichtscheibe angeordnetes Bedien- und/oder Anzeigenelement (19), welches dazu eingerichtet ist, einen Tastendruck durch einen Bediener an der Bedien- und/oder Sichtscheibe zu erfassen; - eine in dem Innenraum (13) des Feldgerätegehäuses (12) hinter der Bedien- und/oder Sichtscheibe angeordnete Funkeinheit zur drahtlosen Datenübertragung.

Description

Feldgerät der Automatisierungstechnik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Feldgerät der Automatisierungstechnik zur Bestimmung eines Füllstandes eines Füllgutes in einem Behälter.

Aus dem Stand der Technik sind Feldgeräte bekannt, die in industriellen Anlagen zum Einsatz kommen. In der Prozessautomatisierungstechnik ebenso wie in der Fertigungsautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Messgeräte, bzw. Sensoren. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung, Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktoren verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten Messgeräten und Aktoren werden unter Feldgeräten auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.

Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress+Hauser-Gruppe produziert und vertrieben.

Zur Füllstandsmessung von Füllgütern in Behältern haben sich berührungslose Messverfahren etabliert, da sie robust und wartungsarm sind. Dabei werden unter dem Begriff „Behälter“ im Rahmen der Erfindung auch nicht-abgeschlossene Behältnisse, wie beispielsweise Becken, Seen oder fließende Gewässer verstanden. Ein weiterer Vorteil berührungsloser Messverfahren besteht in der Fähigkeit, den Füllstand quasi kontinuierlich messen zu können. Im Bereich der kontinuierlichen Füllstandsmessung werden daher vorwiegend Radar-basierte Messverfahren eingesetzt (im Kontext dieser Patentanmeldung bezieht sich der Begriff „Radar“ auf Signale bzw. elektromagnetische Wellen mit Frequenzen zwischen 0.03 GHz und 300 GHz).

Ein etabliertes Messprinzip bildet hierbei FMCW („Frequency Modulated Continuous Wave“). Das Messprinzip von FMCW- Radar basierten Entfernungsmessverfahren beruht darauf, ein kontinuierliches Radar-Signal mit einer modulierten Frequenz auszusenden. Kennzeichnend für FMCW ist hierbei, dass die Sende-Frequenz periodisch innerhalb eines definierten Frequenzbandes geändert wird. Unter Berücksichtigung der regulatorischen Vorschriften kommen mit fortschreitender Entwicklung verbreitet höhere Frequenzbänder im Bereich einer standarisierten Mittenfrequenz zum Einsatz: Neben dem 6 GHz-Band, dem 26 GHz-Band oder dem 79 GHz-Band sind mittlerweile Frequenz von über 100 GHz implementiert. Vorteilhaft an hohen Frequenzen ist, dass bei höheren Frequenzen eine größere absolute Bandbreite (bspw. 4 GHz beim 100 GHz- Frequenzband) genutzt werden kann. Dadurch wird wiederum eine höhere Auflösung bzw. eine höhere Genauigkeit der Füllstandsmessung erreicht. Beschrieben wird das FMCW-basierte Füllstandsmessverfahren beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2013 108 490 A1.

Ausgestrahlt und empfangen werden die Radar-Signale standardmäßig über einen als Antenne dienenden Hohlleiter, der sich bspw. analog zu einer Hornantenne gen Abstrahlrichtung aufweitet.

Bei hygienischen Prozessen werden besonders hohe Anforderungen hinsichtlich derer Verarbeitung und/oder Sauberkeit gestellt. Beispiele für derartige hygienische Prozess sind Anwendungen in der Lebensmittelindustrie, wo die Gefahr besteht, dass Ablagerungen und/oder Verunreinigungen die Haltbarkeit beeinträchtigenden und/oder zu gesundheitsschädlichen Kontaminationen von Lebensmitteln führen können. Daher ist es diesbezüglich wichtig, dass das Feldgerät die Behälter-Öffnung aus hygienischen Gründen möglichst frei von Spalten und Kanten abdichtet, um entsprechende Füllgut- Ablagerungen zu verhindern.

Ferner werden die Gehäuse der Feldgeräte zur Füllstandsmessung speziell ausgestaltet, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Beispielsweise werden sie aus einem metallischen Werkstoff, wie bspw. 316L Edelstahl gefertigt und/oder so entworfen, dass es möglichst wenig Stellen gibt, an denen Ablagerungen und/oder Verunreinigungen anhaften können.

Ferner werden die Gehäuse der Feldgeräte derartig ausgeführt, dass diese von außen reinigbar sind. Hierzu müssen diese als wasserdichte bzw. hermetisch dichte Geräte ausgeführt sein. Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) hat die IP- Schutzart (International Protection Codes) eingeführt, die die elektrischen Geräte dahingehend klassifiziert und angibt, für welche Umgebungsbedingungen sie geeignet sind bzw. welche Umgebungsbedingungen sie Stand halten müssen. Von den definierten Schutzarten sind vorliegend insbesondere zwei Schutzarten für die Entwicklung von Gehäusen für den hygienischen Einsatz von Bedeutung. Die IP68 und die IP69. Die Schutzart IP68 bietet hierbei Schutz gegen dauerndes Untertauchen bzw. dauerhaftes Untertauchen in Wasser auch in größeren Tiefen. Die Schutzart IP69 stellt sicher, dass Flüssigkeiten auch unter hohem Druck und bei hoher Temperatur nicht eindringen können. Dies kann bspw. beim Einsatz von Hochdruck- oder Dampfstrahlreinigern der Fall sein. Neben den Anforderungen an das Gehäuse des Feldgerätes zum Einsatz in hygienischen Prozessen kommt in jüngster Vergangenheit ein gesteigerter Bedarf die Feldgeräte mit externen Tools, wie z.B. Smartphones/Handys, Cloud Services, etc. zur drahtlosen Datenübertragung zu verbinden. Hierfür werden üblicherweise Funkmodule in das Gehäuse des Feldgerätes integriert, um somit eine Funkschnittstelle zur Datenübertragung mit dem Feldgerät zu ermöglichen. Damit jedoch eine drahtlose Verbindung möglich wäre, müsste das Funksignal entweder über eine zusätzliche „Öffnung“ in dem Gehäuse ausgesendet werden oder aber das Gehäuse muss einen nicht metallischen Bereich aufweisen. Diese kann jedoch wiederum kritisch für den Einsatz in hygienischen Prozessen sein, so dass auf eine zusätzliche Funkschnittstelle bei einem Feldgerät mit einem vollverschweißten metallischen Gehäuse verzichtet wird oder aber bewusst ein Kompromiss in der Architektur des Gehäuses in Bezug auf die für den Einsatz in hygienischen Prozessen notwendigen Anforderungen an das Gehäuse eingegangen wird.

Im Stand der Technik haben sich hierbei zwei Varianten etabliert. Eine erste Variante sieht vor, dass das Gehäuse mit einem Deckel mit Gewinde oder Bajonett-Verschluss realisiert wird. Eine zweite Variante sieht vor, dass das Gehäuse aus einem nicht metallischen Kopf, bspw. aus Kunststoff realisiert wird, der auf den Gehäusekörper aufsteckbar ist.

Eine Architektur mit Deckel ermöglicht zwar ein Display oder Tasten für die Vor-Ort- Bedienung und Schutzklasse IP68 und/oder IP69. Der Nachteil liegt jedoch in der größeren Bauform, der anfallenden Schmutzkanten und/oder Schmutzfugen und den erhöhten Produktionskosten.

Ein nicht metallischer Kopf mit integriertem Display oder nur Tasten für eine Vor-Ort- Bedienung am Feldgerät erfüllt die Schutzklasse IP68 und/oder IP69 nicht. Zudem fallen größere Schmutzkanten und/oder Schmutzfugen beim Übergang von Metall zu Kunststoff an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Feldgerät der Automatisierungstechnik gemäß Patentanspruch 1.

Das erfindungsgemäße Feldgerät der Automatisierungstechnik zur Bestimmung eines Füllstandes eines Füllgutes in einem Behälter, wobei das Feldgerät geeignet ist, einem direkten Hochdruckwasser- oder Dampfstrahl zur Reinigung ausgesetzt zu sein und/oder in Wasser auch in größeren Tiefen dauerhaft untergetaucht zu werden, umfasst: ein vollverschweißtes metallisches Feldgerätegehäuse, welches einen Innenraum, vorzugsweise hermetisch dicht umschließt und eine integrierte Bedien- und/oder Sichtscheibe aufweist; eine Sende-ZEmpfangs-Einheit, die dazu ausgelegt ist, gemäß eines definierten Radar-Prinzips Radar-Signale zu erzeugen, und anhand entsprechender Empfangs-Signale den Füllstand zu bestimmen, eine Antenne, mittels welcher die erzeugten Radar-Signale aussendbar bzw. nach Reflektion empfangbar sind, ein in dem Innenraum des Feldgerätegehäuses hinter der Bedien- und/oder Sichtscheibe angeordnetes Bedien- und/oder Anzeigenelement, welches dazu eingerichtet ist, einen Tastendruck durch einen Bediener an der Bedien- und/oder Sichtscheibe zu erfassen; eine in dem Innenraum des Feldgerätegehäuses hinter der Bedien- und/oder Sichtscheibe angeordnete Funkeinheit zur drahtlosen Datenübertragung.

Erfindungsgemäß wird ein Feldgerät der Automatisierungstechnik zur Bestimmung eines Füllstandes eines Füllgutes in einem Behälter vorgeschlagen, welches derartig ausgebildet ist, dass es ein vollverschweißtes metallisches Gehäuse besitzt und dennoch neben dem Radar-Funksignal ein weiteres Funksignal aussenden bzw. empfangen kann, um Daten drahtlos zu kommunizieren. Hierfür sieht die Erfindung vor, dass eine Funkeinheit zur drahtlosen Datenübertragung hinter einer Bedien- und/oder Sichtscheibe, die vorzugsweise mit dem vollverschweißten Gehäuse gefügt, insb. verklebt ist, angeordnet ist. Als vollverschweißtes Gehäuse wird vorliegend ein Gehäuse verstanden, welches ursprünglich aus zumindest zwei Teilen, bspw. einem Gehäusekörper und einem Deckel besteht, die aber während der Fertigung des Feldgerätes derartig miteinander verschweißt werden, dass das Gehäuse dauerhaft verschlossen ist und sich nicht etwa der Deckel von dem Gehäusekörper durch Drehen oder ähnliches lösen lässt. In anderen Worten ausgedrückt, bedeutet dies, dass sich das Gehäuse nur durch eine zerstörende Methode wieder öffnen lässt. Durch das vollverschweißte Gehäuse kann ein Innenraum in dem Gehäuse hermetisch dicht verschlossen werden, so dass Feldgerät für den Einsatz in hygienischen Prozessen geeignet ist, da es sich mittels eines Hochdruck- oder Dampfstrahlers reinigen lässt und/oder das Gehäuse Schutz gegen dauerndes Untertauchen in Wasser auch in größeren Tiefen bietet.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Feldgerätes kann vorsehen, dass das vollverschweißtes metallisches Feldgerätegehäuse mit der integrierten Sichtschutzscheibe derartig ausgeführt ist, dass das Gehäuse die Anforderungen der Schutzklasse IP68 hinsichtlich dem dauerhaften Untertauchen in Wasser auch in größeren Tiefen und/oder IP69 hinsichtlich dem Aussetzen eines direkten Hochdruckwasser- oder Dampfstrahls zur Reinigung, insbesondere der Schutzklasse IP68 und/oder IP69 gemäß der Norm IEC 60529, Edition 2.2 von 2013-08 erfüllt.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Feldgerätes kann vorsehen, dass die Bedien- und/oder Sichtscheibe mit dem Feldgerätegehäuse gefügt, insb. verklebt ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Feldgerätes kann vorsehen, dass das Feldgerätegehäuse eine integrierte Ausnehmung zur Aufnahme einer Frontfolie aufweist, und wobei die Frontfolie in die Ausnehmung eingebracht ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Feldgerätes kann vorsehen, dass die Ausnehmung derartig ausgeführt ist, dass eine Tiefe der Ausnehmung mindestens einer Materialstärke der Frontfolie entspricht.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Feldgerätes kann vorsehen, dass die Ausnehmung derartig ausgeführt und auf die Frontfolie abgestimmt ist, dass ein umlaufender Spalt um die in die Ausnehmung eingebrachte Frontfolie ausgebildet ist Insbesondere kann die Ausführungsform vorsehen, dass der umlaufende Spalt eine maximale Breite von 0,2mm, insbesondere von 0,15mm aufweist.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : exemplarisch ein radarbasiertes Feldgerät der Automatisierungstechnik zur Bestimmung eines Füllstandes eines Füllgutes in einem Behälter,

Fig. 2: eine schematische Schnittdarstellung durch ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, welches für den Einsatz in hygienischen Anwendungen konzipiert ist, und

Fig. 3: eine Detailansicht von dem Bereich des Feldgerätegehäuses in dem sich das Bedien- und/oder Anzeigenelement hinter einer Frontfolie befindet.

Zum Verständnis der Erfindung ist in Fig. 1 ein Behälter 3 mit einem Füllgut 2 gezeigt, dessen Füllstand L zu bestimmen ist. Dabei kann der Behälter 3 je nach Art des Füllgutes 2 und je nach Einsatzgebiet bis zu mehr als 100 m hoch sein. Um den Füllstand L bestimmen zu können, ist ein Radar-basiertes Feldgerät der Automatisierungstechnik 1 zur Bestimmung eines Füllstandes 1 oberhalb des Füllgutes 2 in einer bekannten Einbauhöhe h über der Sole am Behälter s angebracht. Dabei ist das Feldgerät 1 derart an einer standardisierten Behälter-Öffnung 3 befestigt, so dass Radar-Signale SHF, RHF über eine Antenne 23 in den Behälter 3 hinein ausgesendet bzw. nach deren Reflektion an der Füllgut-Oberfläche empfangen werden können. Wie in Fig. 1 verdeutlicht wird, ist die Behälter-Öffnung bzw. das Feldgerät 1 so ausgelegt, dass die Antenne 23 das Radar- Signal SHF entlang einer definierten Strahl-Achse a vertikal nach unten gen Füllgut 2 abstrahlt, wobei die Strahl-Achse a im gezeigten Ausführungsbeispiel aufgrund der Einbausituation gleichzeitig orthogonal zur Behälterdecke verläuft.

Nach Reflektion der ausgesandten Radar-Signale SHF an der Füllgut-Oberfläche empfängt das Feldgerät 1 die reflektierten Radar-Signale RHF. Dabei ist die resultierende Signallaufzeit t zwischen Aussenden und Empfang des jeweiligen Radar-Signals SHF, RHF gemäß entsprechend proportional zum Abstand d zwischen dem Feldgerät 1 und dem Füllgut 2. Bei „c“ handelt es sich in diesem Zusammenhang um die jeweils medienabhängige Radar-Ausbreitungsgeschwindigkeit. Zur Bestimmung der Signallaufzeit t kann im Feldgerät 1 das FMCW- oder das Pulslaufzeit-Verfahren implementiert sein.

Dementsprechend erfolgt die Erzeugung der auszusendenden Radar-Signale SHF sowie der Empfang der entsprechenden Empfangs-Signale RHF innerhalb des Feldgerätes 1 durch eine entsprechend ausgelegte Sende-/Empfangs-Einheit 14, welche an einem vom Behälter-Inneren abgewandten Endbereich der Antenne 23 ankoppelt. Im Falle des FMCW-Verfahrens kann die Sende-/Empfangs-Einheit 14 beispielsweise auf Basis einer Phasenregelschleife („Phase Locked Loop“) ausgelegt werden. Im Falle des Pulslaufzeit- Verfahrens kann die Sende-ZEmpfangs-Einheit auf dem Prinzip der Puls-Unterabtastung basieren.

Beispielsweise nach einer entsprechenden Kalibration kann das Feldgerät 1 die gemessene Signallaufzeit t wiederum dem jeweiligen Abstand d zuordnen. Hierüber kann das Feldgerät 1 gemäß d = h — L den Füllstand L zumindest punktuell bestimmen, sofern die Einbauhöhe h im Feldgerät 1 hinterlegt wird.

Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes

Feldgerät der Automatisierungstechnik 10 zur Bestimmung eines Füllstandes eines

Füllgutes in dem Behälter. Das Feldgerät 10 umfasst ein Feldgerätegehäuse 12, das einen Innenraum 13 umschließt. Bei dem Feldgerätegehäuse handelt es sich um ein metallisches Gehäuse. Insbesondere kann es sich um ein Edelstahlgehäuse handeln. Ferner handelt es sich bei dem Gehäuse um ein vollverschweißtes Gehäuse, d.h. ein Gehäuse, welches nur durch eine zerstörende Methode geöffnet werden kann. Dies kann bspw. dadurch realisiert sein, dass das Gehäuse aus zwei Teilen, z.B. einem Gehäusekörper und einem Gehäusedeckel, aufgebaut ist, die während der Fertigung miteinander verschweißt werden.

Das Feldgerätegehäuse 12 kann einen zumindest abschnittsweise rotationssymmetrischen Bereich 17 aufweisen, in den der Feldkontaktstecker 21 integriert werden soll bzw. integriert ist. Das Feldgerät 10 umfasst ferner eine Sende-ZEmpfangs- Einheit 14, welche wie zuvor beschrieben dazu eingerichtet ist, gemäß eines definierten Radar-Prinzips Radar-Signale SHF ZU erzeugen, und anhand entsprechender Empfangs- Signale RHF den Füllstand L zu bestimmen.

Zum Bereitstellen und/oder Aufbereiten eines Sensorsignals dient eine in einem Innenraum 13 des Feldgerätegehäuses eingebrachte elektronische Schaltung 15, die unter anderem dazu ausgebildet ist, die Sende-ZEmpfangs-Einheit zu betreiben.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die elektronische Schaltung drei Leiterplatten auf, wovon zwei Leiterplatten 15a und 15b in Längsrichtung des Gehäuses und eine Leiterplatte 15c in Querrichtung zu dem Gehäuse angeordnet sind. Die Erfindung ist dabei losgelöst von der Anzahl der Leiterplatten die in Längsrichtung und/oder Querrichtung zu dem Gehäuse angeordnet sind. So kann bzw. können bspw. auch nur eine oder drei Leiterplatten in Längsrichtung angeordnet sein. Die Leiterplatten 15a, 15b, 15c sind über entsprechenden Steckverbinder und Gegensteckverbinder 15d ineinandergesteckt und somit elektrisch kontaktiert. Steckverbinder und Gegensteckverbinder können sowohl als starre als auch als flexible Verbinder ausgebildet sein. Ebenfalls können Steck- und Gegensteckverbinder vertauscht sein.

Die elektronische Schaltung umfasst ferner eine Anschlusselektronik 20 mit zumindest einer ersten Leiterplatte 25 mit einem Feldkontaktstecker 21 , der in einer Längsachse der Leiterplatte 25 an einer Leiterplattenkante angeordnet und an dieser angelötet ist. Durch den Feldkontaktstecker 21 werden Daten, insbesondere Messwerte von dem Feldgerät 10 zu einer externen Einheit, bspw. einer übergeordneten Einheit oder einem anderen Feldgerät, und/oder Energie übertragen.

Bei dem Feldkontaktstecker 21 kann es sich insbesondere um einen Rundsteckverbinder, bspw. einen M12-Rundsteckverbinder handeln. Gleichwohl kann es sich aber auch um andere gängige Steckverbinder handeln, die geeignet sind, Daten und/oder Energie zu übertragen. Beispielsweise kann es sich auch um einen Ethernet-Stecker handeln. Ferner kann es sich bei dem Feldkontaktstecker 21 auch um eine Kabelverschraubung handeln, durch die eine Leitung zur elektrischen Kontaktierung in den Innenraum des Feldgerätes geführt ist.

Die Anschlusselektronik 20 umfasst ferner zumindest einen Gegensteckverbinder 22, der derartig auf der ersten Leiterplatte 25 angeordnet und angebracht sein kann, dass eine Steckachse 23 zu einer Hauptebene in der die erste Leiterplatte 25 ausgebildet ist geneigt bzw. gekippt ist. Über den Gegensteckverbinder 22 der Anschlusselektronik ist diese mit einer der Leiterplatten der elektronischen Schaltung über einen dort vorhandenen dazu passenden Steckverbinder 15e verbunden. Steckverbinder und Gegensteckverbinder können sowohl als starre als auch als flexible Verbinder ausgebildet sein. Ebenfalls können Steck- und Gegensteckverbinder vertauscht sein. Ferner können auf der ersten Leiterplatte 25 elektronische Komponenten für EMV- und/oder Explosionsschutz-Maßnahmen 24 aufgebracht sein.

Die in dem Feldgerät 10 befindliche elektronische Schaltung 15 kann zumindest teilweise in einem Elektronikbecher 16 angeordnet sein, welcher einen festen Sitz im Feldgerätegehäuse hat und ggfl. auch dazu dient, die Leiterplatten der elektronischen Schaltung zu fixieren. Der Elektronikbecher 16 ist dabei im Wesentlichen an eine Außenkontur des Feldgerätegehäuses angepasst. Ferner können die in dem Elektronikbecher 16 befindlichen elektronischen Schaltungsteile mittels einer Vergussmasse 27 vergossen sein.

Das Feldgerätegehäuse 12 weist ferner eine Gehäuseöffnung 18 auf, durch die der Feldkontaktstecker nach außen geführt ist. Zur mechanischen Fixierung und/oder Ausrichtung bzw. Positionierung ist über den Feldkontaktstecker eine passgenaue Steckerhülse geschoben und in bzw. an dem Feldgerätegehäuse angebracht. Die Steckerhülse 26 ist an dem Feldgerätegehäuse außenseitig angeschweißt. Um während des Schweißvorgangs die Steckerhülse zu fixieren, kann diese mittels einer Befestigungseinrichtung an dem Elektronikbecher 16 befestigt sein. Dies kann beispielsweise über ein Rastmechanismus an dem in dem Feldgerätegehäuse angeordneten Elektronikbecher 16 erfolgen. Beispielsweise kann ein erstes Befestigungselement durch eine an den Elektronikbecher 16 angespritzte Rastgeometrie, z.B. in Form einer Rastnase, realisiert sein. Um ein Einrasten bzw. Einklipsen zu ermöglichen ist an der Steckerhülse 26 eine umlaufende Nut als zweites Befestigungselement implementiert. Durch das Zusammenspiel der beiden Befestigungselemente wird verhindert, dass der Feldkontaktstecker während des Schweißvorgangs, bspw. durch die Dynamik der Schweißanlage oder den Einfluss von Schutzgasströmen, nicht beeinflusst wird, da die Steckerhülse 26 an dem

Elektronikbecher 16 fixiert ist. Ferner hat ein Laserstrahl freien Zugang zur Schweißstelle.

An einem oberen Ende des Feldgerätes 10 weist das Feldgerätegehäuse 12 ein Bedien- und/oder Anzeigenelement zur Anzeige und/oder Bedienung 19 auf. Bei dem Bedien- und/oder Anzeigenelement 19 kann es sich bspw. um ein Display zur Visualisierung von Information handeln. Zur Bedienung kann das Bedien- und/oder Anzeigenelement 19 ferner kapazitive Tasten aufweisen. Diese können bspw. durch eine entsprechende kapazitive Folie realisiert sein. Ebenfalls möglich ist, dass das Bedien- und/oder Anzeigenelement 19 lediglich eine oder mehrere LEDs aufweist, über die ein Status oder andere Informationen des Feldgerätes signalisiert werden. Ferner kann das Bedien- und/oder Anzeigenelement 19 zur Bedienung auch optische Tasten aufweisen.

Um den Anforderungen gemäß der Schutzklasse IP68 und/oder IP69, insbesondere der Schutzklasse IP68 und/oder IP69 gemäß der Norm IEC 60529, Edition 2.2 von 2013-08 gerecht zu werden, ist das Bedien- und/oder Anzeigenelement 19 hinter einer in das Feldgerätgehäuse eingebrachten Bedien- und/oder Sichtscheibe 11 angeordnet. Die Bedien- und/oder Sichtscheibe 11 kann bspw. mittels eines Fügeverfahrens, insb. eines Klebeverfahrens mit dem Gehäuse 12 gefügt, insb. verklebt sein.

Ergänzend kann das Bedien- und/oder Anzeigenelement 19 hinter einer in eine Ausnehmung 12a des Feldgerätgehäuses eingebrachte Frontfolie 60 angeordnet sein. Derartige Frontfolien 60 kommen mittlerweile in nahezu allen Industriezweigen zum Einsatz. In der Regel werden diese Frontfolien 60 aus Polyester- oder Polycarbonatfolien hergestellt. Die Frontfolie 60 kann in einer am Feldgerätegehäuse 12 entsprechend vorgesehenen Ausnehmung 12a angeordnet sein. Figur 3 zeigt im Detail den Bereich des Feldgerätegehäuses 12 in dem das Bedien- und/oder Anzeigenelement 19 angeordnet ist. Die Frontfolie 60 kann hierbei als selbstklebende Folie ausgeführt sein. Ferner kann die Frontfolie 60 auf der Rückseite bedruckt sein, so dass die Bedruckung vor Staub, Nässe, chemischen Einflüssen, Kratzern, Hitze, Kälte, Abnutzung durch Transport oder ständigen Gebrauch geschützt ist.

Hinsichtlich der Ausnehmung 12a kann diese derartig ausgeführt sein, dass das Gehäuse 12 eine durchgesetzte Kontur als vertiefte Tasche zur Aufnahme der Frontfolie 60 aufweist. Die Ausnehmung 12a kann bspw. mittels eines Prägestempels bei der Herstellung des Gehäuses 12 ausgeführt werden. Die Ausnehmung 12a kann ferner so ausgeführt sein, dass ein für die Montage notwendiger umlaufender Spalt 12b gegebene ist bzw. sich ergibt. Dies bedeutet, die Ausnehmung kann etwas höher und/oder breiter ausgeführt sein als eine Höhe und/oder Breite der in die Ausnehmung zu platzierenden Frontfolie 60. Idealerweise weist der Spalt eine maximale Breite von 2mm, insbesondere von maximal 0,15 mm auf. Die Ausnehmung kann alternativ oder ergänzend auch so ausgeführt sein, dass eine Tiefe der Ausnehmung mindestens einer Materialstärker der Frontfolie entspricht, so dass sichergestellt ist, dass ein seitlich ansetzender Hochdruckwasser- oder Dampfstrahl nicht an der Rückseite der Frontfolie angreifen kann. Um das ansonsten nur von der Frontfolie geschützte Bedien- und/oder Anzeigenelement 19 vor dem Hochdruckwasser- oder Dampfstrahl zu schützen, kann es hinter einer in dem Gehäuse 12 integrierten Sicht- bzw. Bedienscheibe 11 im Innenraum 13 des Feldgerätes angeordnet sein.

Um eine möglichst gute Darstellung bzw. Ablesbarkeit der Information auf bzw. von dem Bedien- und/oder Anzeigenelement zu haben, kann es notwendig sein, dass das Bedien- und/oder Anzeigenelement 19 möglichst plan und/oder gleichmäßig an der Rückseite der Sicht- bzw. Bedienscheibe 11 anliegt. Hierzu kann ein Displayrahmen 30, der das Bedien- und/oder Anzeigenelement 19 einerseits aufnimmt und andererseits entsprechend hinter der Sicht- bzw. Bedienscheibe 11 platziert, verwendet werden. Hierzu kann der Displayrahmen 30 an einer im Innenraum 13 entsprechend positionierten Trägerplatte 50 befestigt sein, so dass das in einer Aufnahmefläche 37 angeordnet und dort ggfls. fixierte Bedien- und/oder Anzeigenelement 19 durch den Displayrahmen 30 an die Sichtscheibe 11 gedrückt wird. Bei der Trägerplatte kann es sich um eine Leiterplatte 50 handeln, die bspw. dazu eingerichtet sein kann, die Auswertung und/oder Ansteuerung bzw. Bedienung des Bedien- und/oder Anzeigenelement 19 zu ermöglichen. Der Displayrahmen 30 kann hierbei über die Führungsstifte 35, die in entsprechende Bohrungen auf der Leiterplatte 50 eingeführt sind, axial ausgerichtet sein. Befestigt ist der Displayrahmen 30 über zwei Rasthaken 36, die an einer dem Displayrahmen 30 abgewandten Seite der Leiterplatte 50 zum Fixieren eingreifen.

Ergänzend kann der zuvor beschriebene Displayrahmen 30 samt Träger- bzw. Leiterplatte in einen Displayhalter 40 integriert sein. Der Displayhalter 40 kann dabei bevorzugt derartig ausgeführt sein, dass dieser ebenfalls eigene Rastelemente, insbesondere in Form von Rasthaken, aufweist, mit denen er ebenfalls an der Träger- bzw. Leiterplatte 50 befestigt ist. Auf diese Weise bilden der Displayrahmen 30 mit dem Bedien- und/oder Anzeigenelement 19, die Leiterplatte 50 und der Displayhalter 40 eine Einheit bzw. eine Baugruppe. Ferner kann der Displayhalter 30 auch die Bedien- bzw. Sichtplatte 11 aufweisen.

Erfindungsgemäß ist ferner eine in dem Innenraum 13 des Feldgerätegehäuses 12 hinter der Bedien- und/oder Sichtscheibe angeordnete Funkeinheit 51 zur drahtlosen Datenübertragung vorgesehen. Die Funkeinheit 51 ist dazu eingerichtet, Daten drahtlos zu Senden und/oder zu empfangen. Die Funkeinheit 51 kann bspw. auf der als Leiterplatte dienenden Trägerplatte 50 in dem Bereich hinter der Bedien- und/oder Sichtscheibe 11 angeordnet sein. Bei der Funkeinheit 51 kann es sich bspw. um eine Bluetooth-Funkeinheit zum drahtlosen Übertragen von Daten mittels dem Bluetooth- Standard oder einer davon abgewandelten Variante, z.B. Bluetooth Low Energie handeln. Alternativ kann es sich bei dem Funkmodul aber auch um ein WLAN-, ZigBee, NFC-, lloT, 5G oder WirelessHART Funkmodul handeln. Bei den Daten kann es sich bspw. um Konfigurations- und/oder Parametrierungsdaten für das Feldgerät handeln.

Bezugszeichenliste

Füllgut

Behälter

Übergeordnete Einheit

Feldgerät der Automatisierungstechnik

Sicht- bzw. Bedienscheibe

Feldgerätegehäuse a Ausnehmung zur Aufnahme der Frontfolie b Umlaufender Spalt

Innenraum

Sende-/Empfangs-Einheit

Elektronische Schaltung a-15c Leiterplatten d Steck- und Gegensteckverbinder e Steckverbinder

Elektronikbecher a Rastnase

Rotationssymmetrischer Bereich

Gehäuseöffnung

Bedien- und/oder Anzeigenelement, z.B. in Form eines Displays

Anschlusselektronik

Feldkontaktstecker

Gegensteckverbinder der Anschlusselektronik

Antenne

Elektronische Bauteile, bspw. für EMV- und/oder Ex-Schutzmaßnahmen

Erste Leiterplatte der Anschlusselektronik

Steckerhülse für Feldkontaktstecker

Vergussmasse

Displayrahmen

Führungsstifte

Displayhalter

Trägerplatte, bspw. in Form einer Leiterplatte

Funkeinheit

Frontfolie

Claims

Patentansprüche

1 . Feldgerät der Automatisierungstechnik zur Bestimmung eines Füllstandes (L) eines Füllgutes (2) in einem Behälter (3), das geeignet ist, einem direkten Hochdruckwasseroder Dampfstrahl zur Reinigung ausgesetzt zu sein und/oder in Wasser auch in größeren Tiefen dauerhaft untergetaucht zu werden, umfassend: ein vollverschweißtes metallisches Feldgerätegehäuse (12), welches einen Innenraum (13), vorzugsweise hermetisch dicht umschließt und eine integrierte Bedien- und/oder Sichtscheibe aufweist; eine Sende-/Empfangs-Einheit (14), die dazu ausgelegt ist, gemäß eines definierten Radar-Prinzips Radar-Signale (SHF) ZU erzeugen, und anhand entsprechender Empfangs-Signale (RHF) den Füllstand (L) zu bestimmen, eine Antenne (11), mittels welcher die erzeugten Radar-Signale (SHF) aussendbar bzw. nach Reflektion empfangbar sind, ein in dem Innenraum (13) des Feldgerätegehäuses (12) hinter der Bedien- und/oder Sichtscheibe angeordnetes Bedien- und/oder Anzeigenelement (19), welches dazu eingerichtet ist, einen Tastendruck durch einen Bediener an der Bedien- und/oder Sichtscheibe zu erfassen; eine in dem Innenraum (13) des Feldgerätegehäuses (12) hinter der Bedien- und/oder Sichtscheibe (11) angeordnete Funkeinheit (51) zur drahtlosen Datenübertragung.

2. Feldgerät der Automatisierungstechnik nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Displayrahmen (30) vorgesehen ist, der in dem Innenraum (13) des vollverschweißten metallischen Feldgerätegehäuses (12) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, das Bedien- und/oder Anzeigenelement (19) aufzunehmen und im Wesentlichen plan und/oder gleichmäßig an einer Rückseite der Bedien- und/oder Sichtscheibe (11) anzulegen.

3. Feldgerät der Automatisierungstechnik nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Displayrahmen (30) an einer im Innenraum (13) entsprechend angeordneten Trägerplatte (50) befestigt ist, so dass das in einer, vorzugsweise in einer Aufnahmefläche (37) angeordnet und, vorzugsweise dort fixierte Bedien- und/oder (10) Anzeigenelement (19) durch den Displayrahmen (30) an die Sichtscheibe (11) gedrückt wird.

4. Feldgerät der Automatisierungstechnik nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Trägerplatte (50) eine Leiterplatte aufweist, die vorzugsweise dazu ausgebildet ist, die Auswertung, Ansteuerung und/oder Bedienung des Bedien- und/oder Anzeigenelement (19) zu realisieren.

5. Feldgerät der Automatisierungstechnik nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Funkeinheit (51) auf der als Leiterplatte (50) dienenden Trägerplatte in dem Bereich hinter der Bedien- und/oder Sichtscheibe (11) angeordnet ist.

6. Feldgerät der Automatisierungstechnik nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Funkeinheit (51) zur drahtlosen Datenübertragung mittels dem Bluetooth-Standard, einer davon abgewandelten Variante, insb. Bluetooth Low Energy eingerichtet ist.

7. Feldgerät der Automatisierungstechnik nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Funkeinheit (51) zur drahtlosen Datenübertragung mittels WLAN, ZigBee, NFC, lloT, 5G oder WirelessHART eingerichtet ist.

8. Feldgerät der Automatisierungstechnik nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das vollverschweißtes metallisches Feldgerätegehäuse (12) mit der integrierten Sichtschutzscheibe derartig ausgeführt ist, dass das Gehäuse die Anforderungen der Schutzklasse IP68 hinsichtlich dem dauerhaften Untertauchen in Wasser auch in größeren Tiefen und/oder IP69 hinsichtlich dem Aussetzen eines direkten Hochdruckwasser- oder Dampfstrahls zur Reinigung, insbesondere der Schutzklasse IP68 und/oder IP69 gemäß der Norm IEC 60529, Edition 2.2 von 2013-08 erfüllt.

9. Feldgerät der Automatisierungstechnik nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bedien- und/oder Sichtscheibe (11) mit dem Feldgerätegehäuse (12) gefügt, insb. verklebt ist.

10. Feldgerät der Automatisierungstechnik nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Feldgerätegehäuse eine integrierte Ausnehmung (12a) zur Aufnahme einer Frontfolie (60) aufweist, und wobei die Frontfolie (60) in die Ausnehmung (12a) eingebracht ist.

11 . Feldgerät der Automatisierungstechnik nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausnehmung (12a) derartig ausgeführt ist, dass eine Tiefe der Ausnehmung mindestens einer Materialstärke der Frontfolie (60) entspricht.

12. Feldgerät der Automatisierungstechnik nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausnehmung (12a) derartig ausgeführt und auf die Frontfolie (60) abgestimmt ist, dass ein umlaufender Spalt (12b) um die in die Ausnehmung (12a) eingebrachte Frontfolie (60) ausgebildet ist.

13. Feldgerät der Automatisierungstechnik nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der umlaufende Spalt (12b) eine maximale Breite von 0,2mm, insbesondere von 0,15mm aufweist.