WO2007090421A1 - Feldgerät für die prozessinstrumentierung - Google Patents

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electronic module
installation
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Erik Raun Jensen
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/24—Housings ; Casings for instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/30—Supports specially adapted for an instrument; Supports specially adapted for a set of instruments

Definitions

  • the invention relates to a field device for the process instrumentation, which is modular, according to the preamble of claim 1.
  • transducers also referred to as sensors
  • actuators can influence the process flow in accordance with detected process variables according to a predetermined strategy.
  • an actuator may be called a control valve, a heater or a pump.
  • Such field devices of the process instrumentation are often modular and have a process-integrated module for installation in a process plant and an electronic module, which is mechanically and electrically connected to the process-related installation module and contains an electronic circuit for operating the process-related built-in module.
  • a transmitter for magneto-inductive flow measurement is a measuring tube with a coil and electrode assembly that can be installed in a pipeline
  • a process-related installation module and a control and evaluation in a separate housing forms an electronic module.
  • the process-oriented installation module and the electronic module are each provided with a short connection, which are joined together with a threaded connection or a flange connection.
  • Electric wires are protected inside the mechanical connection.
  • a threaded connection has the disadvantage that the electric wires when tightened with a number of revolutions, the number corresponds to the threads, twisted because the two modules must be rotated when tightening the thread against each other.
  • the outermost threads can be damaged by tilting the two parts when joining.
  • a flange for example, with four offset by 90 ° to each other screws on the outer flange, on the other hand is disadvantageous that this is relatively expensive and additional parts, namely the screws are required.
  • the assembly of the flanges must be done carefully. In particular, the screws should be tightened with the same torque, so that the flange connection is not distorted.
  • the invention has for its object to provide a field device for process instrumentation with a particularly simple, but mechanically stable connection between a process-related installation module and an electronic module.
  • the invention has the advantage that the connection of the two modules can be made with a simple plug-and-turn motion.
  • a bayonet closure is generally referred to a device for easily releasably connecting two parts in the direction of its longitudinal axis.
  • a connection with the required for the bayonet fitting, mutually corresponding connecting elements is attached to the process-related installation module and the electronics module.
  • One part has a longitudinal slot, at the end of which a short transverse slot attaches at right angles.
  • the other part however, has a button, also called wart, which is inserted into the transverse slot and then causes the fixed mechanical connection.
  • wart also called wart
  • both parts are pressed against each other by a rotational movement.
  • a recess on one side and a correspondingly shaped recess on the other part can be used, as is the case with BNC connectors, for example.
  • the stability transverse to the nozzle axis is given by the height of the superimposed nozzle sections and their nature.
  • the two modules can not be moved in the mounted position due to the bayonet lock in the axial direction against each other.
  • the invention can be used advantageously in a wide range of field instrumentation of process instrumentation, in particular in transducers for magneto-inductive flow measurement, in which a large number of electrical connection wires are required.
  • the male part of the bayonet lock on the inside of a sleeve on a socket of the electronic module and the female part of the bayonet lock on the outside of a nozzle of the process-related mounting module can be formed. This ensures that contaminants can penetrate worse into the interior of the field device, since the electronics module is often mounted above the process-related mounting module.
  • the bayonet lock can be provided with a seal.
  • a stable mechanical connection of the two modules with additional protection against unintentional opening becomes advantageously made possible when the bayonet lock is locked in the assembled state by a screw engaging in the two modules.
  • the bayonet closure can be formed such that the electronic module in four different, mutually offset by 90 ° about the axis of rotation of the bayonet lock positions with the process-related installation module is mechanically connected.
  • Such mutually offset mounting options have the advantage that the electronic module, which often has a control panel, regardless of the installation position of the built-in module for good accessibility of the controls can be aligned.
  • a transmitter as a field device for the process instrumentation is modular in construction according to FIG. 1 and consists of a process-related installation module 1, which is also referred to as a sensor, and an electronics module 2 which contains an electronic circuit for operating the process-integrated installation module 1.
  • the electronic module 2 is provided with an operating and display unit 3.
  • the Control and display unit In a transmitter with a field bus connection for communication with a not shown in Figure 1 control station in a process plant, the Control and display unit alternatively omitted.
  • the two modules 1 and 2 are each provided with a nozzle 4 and 5, which serve for the mechanical connection of the two modules. An electrical wiring between the two modules 1 and 2 is protected from external influences in the interior of the two stubs 4 and 5 and is therefore not visible in this illustration.
  • FIG. 2 shows a connecting piece 21 with a female part of a bayonet closure, which is preferably attached to a process-oriented installation module. It has a longitudinal slot 22, at the end of which a short transverse slot 23 attaches substantially at right angles. The same slot arrangement is repeated over the peripheral area at angular intervals of 90 °. On a stop edge 24, a seal, not shown in the figure can be placed.
  • FIG. 3 shows a bottom plate 30 of a housing of an electronic module.
  • a nozzle 31 is attached, the inside of which forms the male part of a bayonet closure.
  • four warts 32 are attached to the inside, of which only two are visible in FIG.
  • the warts 32 engage in corresponding slots 22 and 23 of the female part according to FIG. 2. In an end position they lock there.
  • a screw can be screwed as rotation in a side wall of the nozzle 31 from the outside.
  • FIG. 3 shows a mechanical connection with four locking elements on each neck for mounting in four different positions. Alternatively, of course, embodiments with a different number of locking elements are possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Feldgerät für die Prozessinstrumentierung mit einem prozessnahen Einbaumodul (1) und einem Elektronikmodul (2), die durch einen Bajonettverschluss mechanisch miteinander verbunden sind. Damit sind die beiden Module (1, 2) durch eine einfache Steck-Dreh-Bewegung aufeinander montierbar. Es wird eine einfache, aber mechanisch stabile Verbindung der Teile erreicht. Zudem wird eine durch den Bajonettverschluss geführte Verdrahtung bei der Montage nur geringfügig verdrillt.

Description

Feldgerät für die Prozessinstrumentierung
Die Erfindung betrifft ein Feldgerät für die Prozessinstrumentierung, das modular aufgebaut ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In prozesstechnischen Anlagen werden zur Steuerung von Prozessen vielfältige Feldgeräte für die Prozessinstrumentierung eingesetzt. Beispielsweise dienen Messumformer, die auch als Sensoren bezeichnet werden, zur Erfassung von Prozessvariablen, wie beispielsweise Temperatur, Druck, Durchflussmenge oder Dichte eines Mediums. Durch Stellglieder, die häufig als Aktuatoren bezeichnet werden, kann der Prozessablauf in Abhängigkeit von erfassten Prozessvariablen entsprechend einer vorgegebenen Strategie beeinflusst werden. Als Beispiel für ein Stellglied sei ein Regelventil, eine Heizung oder eine Pumpe genannt. Derartige Feldgeräte der Prozessinstrumentierung sind häufig modular aufgebaut und weisen ein prozessnahes Einbaumodul zum Einbau in eine prozesstechnische Anlage und ein Elektronikmodul auf, das mechanisch und elektrisch mit dem prozessnahen Einbaumodul verbunden ist und eine elektronische Schaltung zum Betrieb des prozessnahen Einbaumoduls enthält. Beispielsweise bei einem Messumformer zur magnetisch induktiven Durchflussmessung stellt ein Messrohr mit einer Spulen- und Elektrodenanordnung, das in eine Rohrleitung eingebaut sein kann, ein prozessnahes Einbaumodul dar und eine Ansteuer- und Auswerteeinrichtung in einem gesonderten Gehäuse bildet ein Elektronikmodul.
Zur mechanischen Verbindung sind das prozessnahe Einbaumodul und das Elektronikmodul jeweils mit einem kurzen Stutzen versehen, die mit einer Gewinde- oder einer Flanschverbindung zusammengefügt sind. Elektrische Drähte sind geschützt im Inneren der mechanischen Verbindung verlegt. Eine Gewindever- schraubung hat den Nachteil, dass die elektrischen Drähte beim Festziehen mit einer Anzahl Umdrehungen, die der Zahl der Gewindegänge entspricht, verdrillt werden, da die beiden Module beim Festziehen des Gewindes gegeneinander verdreht werden müssen. Zudem können die äußersten Gewindegänge durch Verkanten der beiden Teile beim Aneinanderfügen beschädigt werden. Bei einer Flanschverbindung, beispielsweise mit vier um 90° gegeneinander versetzten Schrauben an den äußeren Flanschringen, ist dagegen nachteilig, dass diese vergleichsweise aufwendig ist und zusätzliche Teile, nämlich die Schrauben, erforderlich sind. Zudem muss die Montage des Flansche sorgfältig erfolgen. Insbesondere sind die Schrauben mit gleichem Drehmoment anzuziehen, damit die Flanschverbindung nicht verspannt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feldgerät für die Prozessinstrumentierung mit einer besonders einfachen, aber mechanisch stabilen Verbindung zwischen einem prozessnahen Einbaumodul und einem Elektronikmodul zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Feldgerät der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 beschrieben.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Verbindung der beiden Module mit einer einfachen Steck-Dreh-Bewegung hergestellt werden kann. Als Bajonettverschluss bezeichnet man allgemein eine Vorrichtung zum leicht lösbaren Verbinden zweier Teile in der Richtung ihrer Längsachse. Dazu ist am prozessnahen Einbaumodul und am Elektronikmodul jeweils ein Stutzen mit den für den Bajonettverschluss erforderlichen, zueinander korrespondierenden Verbindungselementen angebracht. Der eine Teil besitzt einen Längsschlitz, an dessen Ende sich rechtwinklig ein kurzer Querschlitz ansetzt. Der andere Teil besitzt dagegen einen Knopf, auch Warze genannt, der in den Querschlitz eingeführt wird und dann die feste mechanische Verbindung bewirkt. Bei einer alternativen Ausführungsform eines Bajonettverschlusses sind in beiden Teilen an der Verbindungsstelle annähernd senkrecht zur Steckrichtung läng- liehe Erhebungen angebracht. Diese laufen jedoch nicht rundum, sondern sind unterbrochen, damit das Ineinanderstecken ermöglicht wird. Da die Erhebungen nach dem Steckvorgang leicht schräg in der Ebene senkrecht zur Steckrichtung liegen, werden durch eine Drehbewegung beide Teile gegeneinander gepresst. Alternativ dazu kann eine Einbuchtung am einen und eine entsprechend geformte Ausbuchtung am anderen Teil verwendet werden, wie es beispielsweise bei BNC-Steckverbindern der Fall ist. Durch die Verwendung eines Bajonettverschlusses wird in vorteilhafter Weise ein Verdrillen der Drähte, die zur elektrischen Verbindung der beiden Module dienen, um mehrere Umdrehungen vermieden. Die Montage der beiden Module ist somit vergleichsweise einfach und mit wenigen Handgriffen durchgeführt. Dabei wird eine mechanisch stabile Verbindung erreicht. Die Stabilität quer zur Stutzenachse ist durch die Höhe der übereinander geschobenen Stutzenabschnitte und ihre Beschaffenheit gegeben. Die beide Module können in montierter Stellung aufgrund des Bajonettverschlusses nicht in axialer Richtung gegeneinander verschoben werden. Die Erfindung ist in vorteilhafter Weise bei vielfältigen Feldgeräten der Prozessinstrumentierung einsetzbar, insbesondere bei Messumformern für die magnetisch induktive Durchflussmessung, bei welchen eine Vielzahl elektrischer Verbindungsdrähte erforderlich sind.
In vorteilhafter Weise kann der männliche Teil des Bajonettverschlusses an der Innenseite einer Hülse an einem Stutzen des Elektronikmoduls und der weibliche Teil des Bajonettverschlusses an der Außenseite eines Stutzens des prozessnahen Einbaumoduls angeformt werden. Dadurch wird erreicht, dass Verschmutzungen schlechter in das Innere des Feldgeräts eindringen können, da das Elektronikmodul häufig oberhalb des prozessnahen Einbaumoduls angebracht wird.
Als weitere Maßnahme gegen das Eindringen von Schmutz kann der Bajonettverschluss mit einer Dichtung versehen werden. Eine stabile mechanische Verbindung der beiden Module mit zusätzlicher Absicherung gegen unbeabsichtigtes Öffnen wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, wenn der Bajonettver- schluss im montierten Zustand durch eine in die beiden Module eingreifende Schraube arretiert ist.
Der Bajonettverschluss kann derart ausgebildet werden, dass das Elektronikmodul in vier verschiedenen, gegeneinander um 90° um die Drehachse des Bajonettverschlusses versetzten Positionen mit dem prozessnahen Einbaumodul mechanisch verbindbar ist. Derart gegeneinander versetzte Montagemöglichkeiten haben den Vorteil, dass das Elektronikmodul, das häufig ein Bedienfeld aufweist, unabhängig von der jeweiligen Einbaulage des Einbaumoduls für eine gute Zugänglichkeit der Bedienelemente ausgerichtet werden kann.
Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung, sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen Messumformer für magnetisch-induktive Durchflussmessung,
Figur 2 einen Stutzen mit einem weiblichen Teil eines Bajonettverschlusses und
Figur 3 einen Stutzen mit einem männlichen Teil.
Ein Messumformer als ein Feldgerät für die Prozessinstrumentierung ist gemäß Figur 1 modular aufgebaut und besteht aus einem prozessnahen Einbaumodul 1, das auch als Messaufnehmer bezeichnet wird, und aus einem Elektronikmodul 2, das eine elektronische Schaltung zum Betrieb des prozessnahen Einbaumoduls 1 enthält. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Elektronikmodul 2 mit einer Bedien- und Anzeigeeinheit 3 versehen. Bei einem Messumformer mit einem Feldbusanschluss zur Kommunikation mit einer in Figur 1 nicht dargestellten Leitstation in einer prozesstechnischen Anlage kann die Bedien- und Anzeigeeinheit alternativ dazu entfallen. Die beiden Module 1 und 2 sind jeweils mit einem Stutzen 4 bzw. 5 versehen, die zur mechanischen Verbindung der beiden Module dienen. Eine elektrische Verdrahtung zwischen den beiden Modulen 1 und 2 befindet sich geschützt vor äußeren Einflüssen im Inneren der beiden Stutzen 4 und 5 und ist daher in dieser Darstellung nicht sichtbar. Aufgrund der gewählten konstruktiven Auslegung der mechanischen Verbindung zwischen den beiden Stutzen 4 und 5 können diese je nach Einbaulage des prozessnahen Einbaumoduls 1 in einer nicht dargestellten Rohrleitung in vier verschiedenen, um 90° gegeneinander verdrehten Positionen montiert werden. Dadurch wird es ermöglicht, das Elektronikmodul 2 unabhängig von der jeweiligen Orientierung des prozessnahen Einbaumoduls 1 so zu montieren, dass die Bedien- und Anzeigeeinheit 3 zur Bedienung des Messumformers in einer prozesstechnischen Anlage gut zugänglich ist.
Figur 2 zeigt einen Stutzen 21 mit einem weiblichen Teil eines Bajonettverschlusses, der vorzugsweise an einem prozessnahen Einbaumodul angebracht ist. Er besitzt einen Längsschlitz 22, an dessen Ende sich im Wesentlichen rechtwinklig ein kurzer Querschlitz 23 ansetzt. Dieselbe Schlitzanordnung wiederholt sich über den Umfangsbereich in Winkelabständen von 90°. Auf eine Anschlagkante 24 kann eine in der Figur nicht dargestellte Dichtung aufgelegt werden.
In Figur 3 ist eine Bodenplatte 30 eines Gehäuses eines Elektronikmoduls dargestellt. An die Bodenplatte 30 ist ein Stutzen 31 angebracht, dessen Innenseite den männlichen Teil eines Bajonettverschlusses bildet. Dazu sind an der Innenseite vier Warzen 32 angebracht, von denen in Figur 3 lediglich zwei sichtbar sind. Beim Zusammenfügen eines Feldgeräts kommen die Warzen 32 in dazu korrespondierenden Schlitzen 22 und 23 des weiblichen Teils gemäß Figur 2 in Eingriff. In einer Endlage verrasten sie dort. Zusätzlich kann eine Schraube als Verdrehsicherung in eine Seitenwand des Stutzens 31 von außen eingedreht werden. Alternativ zur dargestellten Ausführungsform eines Bajonettverschlusses sind selbstverständlich ebenso andere Varianten verwendbar. Das Ausführungsbeispiel zeigt eine mechanische Verbindung mit vier Verriegelungselementen auf jedem Stutzen für eine Montierbarkeit in vier verschiedenen Positionen. Alternativ dazu sind selbstverständlich Ausführungsformen mit einer anderen Anzahl von Verriegelungselementen möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Feldgerät für die Prozessinstrumentierung, das modular aufgebaut ist und ein prozessnahes Einbaumodul (1) zum Einbau in eine prozesstechnische Anlage und ein Elektronikmodul (2) aufweist, das mechanisch und elektrisch mit dem prozessnahen Einbaumodul (1) verbunden ist und eine elektronische Schaltung zum Betrieb des prozessnahen Einbaumoduls (1) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass zur mechanischen Verbindung von Einbaumodul (1) und Elektronikmodul (2) ein Bajonettver- schluss vorgesehen ist.
2. Feldgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der männliche Teil des Bajonettverschlusses an der Innenseite eines Stutzens (31) des Elektronikmoduls und dass der weibliche Teil des Bajonettverschlusses an der Außenseite eines Stutzens (21) des prozessnahen Einbaumoduls angeformt ist.
3. Feldgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bajonettverschluss mit einer Dichtung versehen ist.
4. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bajonettverschluss im montierten Zustand durch eine Schraube gegen unbeabsichtigtes Öffnen gesichert ist.
5. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bajonettverschluss derart ausgebildet ist, dass das Elektronikmodul (2) in vier verschiedenen, gegeneinander um 90° um die Drehachse des Bajonettverschlusses versetzten Positionen mit dem prozessnahen Einbaumodul (1) mechanisch verbindbar ist.
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