WO2014082913A1

WO2014082913A1 - Feldgerät zur prozessinstrumentierung

Info

Publication number: WO2014082913A1
Application number: PCT/EP2013/074340
Authority: WO
Inventors: Rainer Nicklis
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2014-06-05
Also published as: DE102012222017A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Feldgerät zur Prozessinstrumentierung, insbesondere einen Messumformer, mit einem Gehäuse, das mit einer Aussparung (9) für ein Sichtfenster versehen ist. Ein druckfester Sichtfenstereinsatz, der als druckfeste, ein- oder mehrlagige Platte (1) aus transparentem Material mit auf einer Platteninnenseite kontaktierend applizierter Anzeigeeinrichtung (10) ausgebildet ist, liegt auf der Innenseite des Gehäuses auf dem Rand (8) der Aussparung (9) auf. Durch die vorzugsweise in einem drucktechnischen Verfahren auf die Innenseite der Platte (1) applizierte Anzeigeeinrichtung (10) wird somit ein Sichtfenstereinsatz vorgefertigt, der kein Display als gesondertes Bauteil und keine gesonderten Befestigungsmittel für das Display erfordert. Bei einer Ausbildung als kapazitiver Touchscreen entfällt zudem der Aufwand für gesonderte Eingabetasten.

Description

Beschreibung

Feldgerät zur Prozessinstrumentierung Die Erfindung betrifft ein Feldgerät zur Prozessinstrumentierung, insbesondere einen Messumformer, mit einem Gehäuse zur Aufnahme von elektronischen Schaltkreisen des Feldgeräts, wobei das Gehäuse mit einer Aussparung für ein Sichtfenster versehen ist und wobei ein druckfester Sichtfenstereinsatz auf der Innenseite des Gehäuses auf dem Rand der Aussparung aufliegt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In prozesstechnischen Anlagen werden zur Steuerung von Prozessen vielfältige Feldgeräte für die Prozessinstrumentierung eingesetzt. Messumformer dienen zur Erfassung von Prozessvariablen, wie beispielsweise Temperatur, Druck, Durchflussmenge, Füllstand, Dichte oder Gaskonzentration eines Mediums. Durch Stellglieder kann der Prozessablauf in Abhängigkeit von erfassten Prozessvariablen entsprechend einer beispielsweise von einer Leitstation vorgegebenen Strategie beeinflusst werden. Als Beispiele für Stellglieder seien ein Regelventil, eine Heizung oder eine Pumpe genannt.

Aus der US 2012/0063065 AI ist ein Gehäuse für eine Elektro- nikeinheit eines Feldgeräts zur Prozessinstrumentierung bekannt, das einen im Wesentlichen becherförmigen Gehäusedeckel besitzt. Der Deckel des Gehäuses, welches in druckfester Kapselung „d" gemäß IEC 60079-1 (2007) ausgeführt ist, weist in seiner Becherbodenfläche eine Aussparung für einen Sichtfens- tereinsatz auf. Der Sichtfenstereinsatz besteht aus einer druckfesten Glasabdeckung, die an ihrer Innenseite, das heißt an der dem Innenraum des Feldgeräts zugewandten Seite, eine elektronische Schaltung zur Realisierung von berührungsempfindlichen Eingabetasten und von einer Anzeigeeinrichtung trägt. Die elektronische Schaltung ist in einer Chip-on-

Glass-Technik implementiert und wird durch eine Haube, die aus einem Elastomer besteht, in einem bestimmten Abstand zur Innenseite der Glasabdeckung gehalten. Zur Montage des Feldgeräts wird der mit der elektronischen Schaltung vormontierte Sichtfenstereinsatz in den Gehäusedeckel eingelegt und dieser auf ein dazu korrespondierendes Gehäuseunterteil aufgesetzt. Mit Hilfe eines kragenförmigen Überwurfrings , der mit einem Innengewinde versehen ist und über den Gehäusedeckel gelegt wird, wird die für die druckfeste Kapselung erforderliche An- druckkraft erzeugt, mit welcher der Gehäusedeckel gegen das Gehäuseunterteil gedrückt wird. Das Andrücken des

Gehäusedeckels erfolgt somit durch Drehen des Überwurfrings , wobei durch eine Drehsicherung zwischen Gehäusedeckel und Gehäuseunterteil verhindert wird, dass diese beim Anziehen des Überwurfrings gegeneinander verdreht werden. Dadurch kann ein elektrischer Kontakt zwischen der elektronischen Schaltung des Sichtfenstereinsatzes und weiteren elektronischen Schaltungen des Feldgeräts in Inneren des Gehäuses in einer Linearbewegung hergestellt werden. Der Abstand, welcher im Sichtfenstereinsatz zwischen Glasabdeckung und der in Chip- on-Glass-Technik realisierten elektronischen Schaltung vorgesehen ist, bewirkt, dass beim Anziehen des Überwurfrings entstehende Kräfte und während des Betriebs des Feldgeräts mög- licherweise auftretende Vibrationen oder Stöße besser von der elektronischen Schaltung, welche im Sichtfenstereinsatz angeordnet ist, ferngehalten werden. Um Beschädigung oder Bruch der elektronischen Schaltung zu verhindern, wird durch das Einhalten des Abstands dafür gesorgt, dass zwischen der Glas- abdeckung und der elektronischen Schaltung des Sichtfenstereinsatzes kein direkter physikalischer Kontakt besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feldgerät zur Prozessinstrumentierung zu schaffen, das mit einem geringeren Herstellungsaufwand verbunden ist und dessen Gehäuse dennoch den Anforderungen einer druckfesten Kapselung genügt .

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Feldgerät der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Sichtfenstereinsatz mit der stabilen, druckfesten, ein- oder mehrlagigen Platte aus transparentem Material, auf deren zumindest einen Platteninnenseite die Anzeigeeinrichtung formschlüssig und im Wesentlichen über die gesamte Fläche der Anzeigeeinrichtung kontaktierend appliziert ist, als ein Bauteil gleichzeitig Display oder, falls zusätzlich berührungsempfindliche Tasten auf der Platte implementiert sind, sogar ein kapazitiver Touchscreen sein kann. Es sind somit kein gesonderter Displaybaustein als elektronische Schaltung und keine gesonderte Konstruktion für die Realisierung von Bedientasten notwendig. Ein derartiger, einteiliger Sichtfenstereinsatz ist mit deutlich geringeren Herstellungskosten verbunden als beispielsweise der bekannte Sichtfenstereinsatz, bei welchem eine gesonderte Haube zur Halterung einer elektronischen Schaltung, welche die Tastatur und die Anzeigeeinrichtung realisiert, sowie die elektronische Schaltung selbst als zusätzliche Bauteile erforderlich waren. Zudem vereinfacht sich aufgrund der Verringerung der Teile die Montage, da der einteilige Sichtfenstereinsatz als Bauteil vollständig vorgefertigt werden kann und beim Montagevorgang nicht mehr aus mehreren Teilen zusammengefügt werden muss.

Aufgrund der Stabilität der druckfesten Platte aus transparentem Material, die aus Glas oder aus verschiedenen Kunststoffen wie Acrylglas bestehen kann, die für eine druckfeste Kapselung „d" ausgelegt ist und die in dieser Anmeldung meist einfach als Glasplatte bezeichnet wird, erfährt die auf die Innenseite der Glasplatte beispielsweise als Folie oder durch einen Druckauftrag kontaktierend applizierte elektronische Schaltung der Anzeigeeinrichtung allenfalls eine geringfügige mechanische Beanspruchung bei der Montage oder bei auftretenden Vibrationen während des Betriebs des Feldgeräts. Die Anzeigeeinrichtung zeichnet sich daher durch hohe Lebensdauer und MTBF (Mean Time Between Failures) aus. Zudem hat das neue Feldgerät einen verbesserten Kontrast und eine leichtere Ablesbarkeit der Anzeigeeinrichtung, da die Anzeigeeinrichtung unmittelbar auf der Innenseite der Glasplatte kontaktierend appliziert ist und somit der Abstand zwischen der Glasplatte und der in Chip-on-Glass-Technik rea- lisierten elektronischen Schaltung entfallen ist. Aufgrund dieses Abstands waren nämlich in nachteiliger Weise zwei Grenzschichten im Lichtweg vor der Anzeigeeinrichtung vorhanden, das heißt zwei Übergänge zwischen gasgefülltem Innenraum des Messumformers und Glas, an welchen jeweils eine teilweise Reflektion des einfallenden Lichtstroms stattfand. Es wird somit in vorteilhafter Weise nun eine Steigerung der Transparenz der optischen Anordnung vor der Anzeigeeinrichtung erreicht .

Wie bereits oben erwähnt, sind keine zusätzlichen Tasten erforderlich, wenn der Sichtfenstereinsatz gleichzeitig als Anzeigeeinrichtung und Tastatur dient, beispielsweise in Form eines kapazitiven Touchscreens . Zur Realisierung einer kapa- zitiven, berührungsempfindlichen Bedienungseinrichtung können in vorteilhafter Weise auf oder an der Außenseite und/oder der Innenseite der druckfesten Glasplatte transparente, elektrisch leitende Bahnen und/oder Bereiche angeordnet werden. Dazu kann beispielsweise eine örtliche Beschichtung der Glasplatte mit einem transparenten Metalloxid durchgeführt werden. Eine Realisierung der transparenten elektrischen Bereiche auf der Außenseite der Glasplatte, d. h. ihrer vom Gehäuseinneren abgewandten Seite, hat dabei den Vorteil, dass bei einer Bedienung der Abstand beispielsweise zu einem Fin- ger sehr gering ist und sich die damit realisierte Taste durch eine besonders gute Empfindlichkeit auszeichnet.

Die Anzeigeeinrichtung kann als organische Leuchtdiode (englisch: organic light emitting diode, OLED) auf einer Folie vorgefertigt und beispielsweise durch Kleben auf der Glasplatte kontaktierend appliziert werden. Ein Hersteller geeigneter, flexibler organischer Anzeigeeinrichtungen ist beispielsweise Sony Corporation. Insbesondere bei einer größeren Stückzahl sind die Herstellungskosten jedoch besonders niedrig, wenn die Anzeigeeinrichtung in einem drucktechnischen Verfahren auf die Innenseite der Glasplatte appliziert ist. Dazu hat beispielsweise die Firma DuPont lösliche OLED-Materialien entwickelt, die sich im Tintendruckverfahren auf die Glasplatte als Trägerschicht drucken lassen. Dies erlaubt eine besonders preisgünstige Realisierung eines Sichtfenstereinsatzes mit bereits auf der Platteninnenseite kontaktierend applizierter Anzeige- einrichtung.

Anhand der Zeichnungen, in welchen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.

Es zeigen:

FIG 1 einen Gehäusedeckel mit eingesetztem Sichtfenstereinsatz ,

FIG 2 eine Draufsicht auf einen Touchscreen und

FIG 3 einen montierten Gehäusedeckel mit darunter eingeklemmtem Sichtfenstereinsatz .

In Figur 1 ist ein Gehäusedeckel 6, der im Wesentlichen becherförmig ausgebildet und damit rotationssymmetrisch ist, in einem Längsschnitt dargestellt. Ein Sichtfenstereinsatz weist eine Glasplatte 1 und eine auf der Innenseite der Glasplatte 1 in einem drucktechnischen Verfahren kontaktierend applizierte Anzeigeeinrichtung 10 auf, die auf Basis von OLEDs arbeitet. Die Glasplatte 1 sorgt für eine Druckfestigkeit des Sichtfenstereinsatzes, die einer druckfesten Kapselung „d" eines Feldgerätegehäuses entspricht. Sie ist in einem Kunststoffformteil 2 gelagert und durch dieses gegenüber der Innenseite des Gehäusedeckels 6 abgedichtet. Unter Zwischenlage eines Kragens 7 des Kunststoffformteils 2, der auf die Vor- derseite der Glasplatte 1 reicht, liegt die Platte 1 auf einem Rand 8 einer Aussparung 9 in der Becherbodenfläche auf. Im Bereich der Seitenwände der Glasplatte 1 ist das Kunststoffformteil 2 im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet. Durch die Formgebung des Formteils 2 und die Anformung des Kragens 7 wird eine sehr gute Abdichtung des Spaltes zwischen der Glasplatte 1 und der Innenseite des Gehäusedeckels 6 erreicht. Zudem werden die Glasplatte 1 und das Kunststoff- formteil 2 durch einen Sprengring 3, der als Befestigungsmittel dient, gegen den Rand 8 derart angedrückt, dass das Kunststoffformteil 2 in den Freiraum zwischen der Glasplatte 1 und der Innenseite des Gehäusedeckels 6 eingepresst ist.

Selbstverständlich können in Abwandlung des gezeigten Ausfüh- rungsbeispiels alternative Fügetechniken zur Halterung der

Glasplatte 1 hinter der Aussparung 9 zum Einsatz kommen, beispielsweise Einkleben der Glasplatte 1 im Gehäuse oder die aus der eingangs genannten US 2012/0063065 AI bekannte Montage mit Überwurfring .

Die Innenseite der Glasplatte 1 ist zur Realisierung kapazitiver, berührungsempfindlicher Bedienelemente durch örtliche Beschichtung mit einem transparenten Metalloxid mit transparenten, elektrisch leitenden Bahnen und Bereichen versehen, die aufgrund ihrer Transparenz die Sicht auf die Anzeigeeinrichtung 10 nicht behindern. Es wird somit ein Touchscreen erhalten, der als einteiliger Sichtfenstereinsatz in das Gehäuse eines Feldgeräts zur Prozessinstrumentierung einsetzbar ist und sich durch einen besonders geringen Herstellungsauf- wand auszeichnet.

Elektrische Leitungen 11 dienen zur Verbindung der Anzeigeeinrichtung 10 und gegebenenfalls der berührungsempfindlichen Tasten mit weiteren elektronischen Schaltungen, die sich im Innern des Gehäuses des nicht weiter dargestellten Feldgeräts befinden. Die elektrischen Leitungen 11 können als auf die Anzeigeeinrichtung 10 aufgeklebte Leiterfolie oder

verdrehbare Kabelleitung ausgeführt sein. Je nach Fügetechnik ist alternativ die Kontaktierung der Anzeigeeinrichtung 10 mittels Steckverbinder oder Leitgummi möglich. Elektrische

Leitungen 11 können auch völlig entfallen, wenn eine drahtlose Schnittstelle zwischen der Anzeigeeinrichtung 10 und weiteren elektronischen Schaltungen des Feldgeräts zum Einsatz kommt .

In Figur 2 ist ein Beispiel eines Touchscreens mit einer Anzeigeeinrichtung 20 im oberen Bereich und mit vier berührungsempfindlichen Tasten A, B, C und D im unteren Bereich dargestellt. Für eine schnelle Erfassung eines Messwerts, im Beispiel „12345.0 mb", wird dieser zum einen durch Balken in Tachoform, einen so genannten Bargraph 21, und zum anderen durch eine numerische Anzeige 22 auf der Anzeigeeinrichtung 20 ausgegeben. Weiterhin ist eine alphanumerische Anzeige 23 vorhanden, die als Statusanzeige dienen kann. Dies ist in Figur 2 durch die Ausgabe „TEXT STATUS" verdeutlicht.

In dem Ausführungsbeispiel eines Feldgeräts gemäß Figur 3 ist eine einlagige druckfeste Platte 30 unter einer Ausnehmung 31 eines Gehäusedeckels 32 angeordnet. Auf die Innenseite der

Platte 30 sind im rechten Bereich eine Anzeigeeinrichtung 33 und im linken Bereich berührungsempfindliche, kapazitive Tasten als Bedieneinrichtung 34 kontaktierend appliziert. Anzeigeeinrichtung 33 und Bedieneinrichtung 34 sind mittels eines Kabels 35 an innerhalb des Gehäuses befindliche elektronische Schaltungen des Feldgeräts, die in der Figur nicht dargestellt sind, anschließbar. Zur Montage wird zunächst das Kabel 35 angeschlossen und die mit Anzeigeeinrichtung 33 und Tasten 34 vorgefertigte Platte 30 in ein Gehäuseunterteil 36, das zuvor mit einer Dichtung 37 versehen wurde, in einer von beispielweise vier möglichen Drehlagen eingelegt. Danach wird der Gehäusedeckel 32 aufgesetzt und auf ein Gewinde 38 gedreht, wobei durch eine in Figur 3 nicht dargestellte

Verdrehsicherung in vorteilhafter Weise ein Verdrehen der Platte 30 gegenüber dem Gehäuseunterteil 36 und damit ein

Verdrillen des Kabels 35 vermieden werden. Zur Abdichtung des Gehäuses ist auch zwischen Platte 30 und Gehäusedeckel 32 ein Dichtungsring 39 angeordnet. Abweichend von den dargestellten Ausführungsbeispielen kann alternativ eine mehrlagige Platte aus transparentem Material, beispielsweise Glas, zur Realisierung des Sichtfenstereinsatzes verwendet werden. In diesem Fall kann die Anzeigeeinrichtung auf jede beliebige Innenseite der Platte kontaktierend appliziert sein, d. h. auf einer Seite einer Plattenlage oder -schicht, die einer anderen Plattenlage zugewandt ist und damit im Inneren der Platte liegt, oder auf der Plattenseite, welche dem Innenraum des Gehäuses zugewandt ist und damit ebenfalls von der atmosphärischen Umgebung des Feldgeräts elektrisch isoliert ist. Somit können in allen Varianten die Anforderungen des Explosionsschutzes ohne Weiteres eingehalten werden. Die berührungsempfindlichen Tasten können prinzipiell zwar auf einer anderen Platteninnenseite realisiert werden, sind aber aus Gründen geringer Herstellungskosten vorzugsweise auf dieselbe Platteninnenseite und in derselben Fertigungstechnologie wie die Anzeigeeinrichtung appliziert.

Claims

Patentansprüche

1. Feldgerät zur Prozessinstrumentierung, insbesondere Messumformer, mit einem Gehäuse zur Aufnahme von elektronischen Schaltkreisen des Feldgeräts, wobei das Gehäuse mit einer Aussparung (9) für ein Sichtfenster versehen ist und wobei ein druckfester Sichtfenstereinsatz (1, 10) auf der Innenseite des Gehäuses auf dem Rand (8) der Aussparung (9) aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Sichtfenstereinsatz (1, 10) als druckfeste, ein- oder mehrlagige Platte (1) aus transparentem Material mit auf der beziehungsweise einer Platteninnenseite kontaktierend applizierter Anzeigeeinrichtung (10) ausgebildet ist.

2. Feldgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Innenseite der druckfesten Platte (1) transparente, elektrische Leiterbahnen und/oder transparente elektrisch leitende Bereiche zur Realisierung einer kapazitiven, berührungsempfindlichen Bedieneinrichtung (34) angeordnet sind.

3. Feldgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Anzeigeeinrichtung (10, 33) und Bedieneinrichtung (34) in derselben Fertigungstechnologie hergestellt sind.

4. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

die Anzeigeeinrichtung (10) in einem drucktechnischen Verfahren auf die Innenseite der Platte (1) appliziert ist.