WO2021001160A1 - Feldgerät der automatisierungstechnik und verfahren zur herstellung des feldgerätes - Google Patents

Feldgerät der automatisierungstechnik und verfahren zur herstellung des feldgerätes Download PDF

Info

Publication number
WO2021001160A1
WO2021001160A1 PCT/EP2020/066930 EP2020066930W WO2021001160A1 WO 2021001160 A1 WO2021001160 A1 WO 2021001160A1 EP 2020066930 W EP2020066930 W EP 2020066930W WO 2021001160 A1 WO2021001160 A1 WO 2021001160A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
field device
sheet metal
metal part
potting material
measuring
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/066930
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Sulzer
Florent Tschambser
Lars Dreher
Original Assignee
Endress+Hauser Flowtec Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102019118074.0A external-priority patent/DE102019118074A1/de
Application filed by Endress+Hauser Flowtec Ag filed Critical Endress+Hauser Flowtec Ag
Publication of WO2021001160A1 publication Critical patent/WO2021001160A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/588—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters combined constructions of electrodes, coils or magnetic circuits, accessories therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/14—Casings, e.g. of special material

Definitions

  • the invention relates to a field device in automation technology and a method for producing a field device.
  • field devices in automation technology are known, most of which have a housing for stabilizing and protecting the electronic components and / or the measuring components from the environment. Because of their wide range of applications, field devices can be particularly high
  • a field device is known from DE1020121 10665A1, which has a plastic housing formed by two plastic molded parts welded together. Such a construction still allows access to individual measuring components of the flow measuring device, but is disadvantageous with regard to the fixing of the position of the individual connecting cables.
  • the field device comprises a composite material in the form of a metal foam, partially filled with plastic and / or partially surrounded by plastic
  • DE102014105569B3 discloses a field device with a housing made at least partially from a thermoplastic material and thus enveloping the measuring tube section and at least one further measuring component attached to it with an accurate fit.
  • a field device which has a housing formed from a potting material and made from an epoxy resin or polyurethane.
  • the measuring tube is fitted with a potting mold, for example made of sheet metal, which is then filled with the potting material. After the potting material has cured, the potting mold is removed, and in particular it is also reusable.
  • the disadvantage of this invention is that the electronic components are attacked by the temperature of the potting material during potting and that undesirable air inclusions can arise in backfills.
  • DE10347878A1 discloses a shielding layer cast into the housing, which consists of a metal foil or a metallic
  • Fabric or braid is formed and is designed to shield electromagnetic interference fields.
  • DE102004057695B4 teaches a magnetic-inductive flow meter with a polyethylene tube that has an encapsulated metal foil as diffusion protection against pollutants.
  • Plastic tubes e.g. made of polyethylene or polyamide, are known which can be used as measuring tubes in magnetic-inductive measuring tubes and are a cheap alternative to metallic tubes. In principle, however, the use of these plastic pipes is limited, as these pipes expand or contract when the medium pressure changes.
  • the object is achieved by the field device according to claim 1 and the method for producing the field device according to claim 15.
  • the field device comprises an electrically insulating measuring tube for guiding a medium, measuring components for determining a process variable of the medium, and a housing made of a potting material, the measuring tube being encased in its radial direction by the potting material, the measuring components being wholly or partially in the potting material are embedded and is characterized in that the field device furthermore has an in particular at least partially perforated bleaching part which at least partially surrounds the measuring tube in its radial direction, the sheet metal part in the
  • field devices are often used that are used to record and / or influence process variables.
  • sensors are used, for example in level measuring devices, flow measuring devices, pressure and Temperature measuring devices, pH redox potential measuring devices, conductivity measuring devices, etc. are integrated, which record the corresponding process variables level, flow rate, pressure, temperature, pH value and conductivity.
  • Process variables are used by actuators, such as valves or pumps, via which the flow of a liquid in a pipe section or the level in a container can be changed.
  • actuators such as valves or pumps
  • field devices all devices that are used close to the process and that supply or process process-relevant information are referred to as field devices.
  • field devices are also understood to mean remote I / Os, radio adapters or, in general, electronic measuring components which are arranged on the field level.
  • a field device is selected in particular from a group consisting of flow measuring devices, level measuring devices, pressure measuring devices,
  • Temperature measuring devices limit level measuring devices and / or analytical measuring devices.
  • Flow measuring devices are in particular Coriolis, ultrasonic, vortex, thermal and / or magnetically inductive flow measuring devices.
  • Level gauges are in particular microwave level gauges, ultrasonic level gauges, time domain reflectometric level gauges,
  • radiometric level gauges capacitive level gauges, inductive level gauges and / or temperature-sensitive level gauges.
  • Pressure measuring devices are in particular absolute, relative or differential pressure devices.
  • Temperature measuring devices are in particular measuring devices with thermocouples and / or temperature-dependent resistors.
  • Point level measuring devices are in particular vibronic point level measuring devices, ultrasonic point level measuring devices and / or capacitive point level measuring devices.
  • Analysis measuring devices are in particular pH sensors, conductivity sensors, oxygen and active oxygen sensors, (spectro) photometric sensors, and / or
  • Measurement components are the components required to determine the process variables.
  • a field device comprises at least one measurement component.
  • the measuring components of a magnetic-inductive flow measuring device include, for example, a magnetic field generating device and measuring electrodes with the associated connections and cables. For monitoring another Process variable, the fill level, a medium monitoring electrode is also used.
  • the measuring components of an ultrasonic flow meter comprise at least one ultrasonic transmitter and one ultrasonic receiver.
  • a potting material comprises a liquid, paste, or slurry that works in one
  • Process original form is filled into a prefabricated form and solidified there.
  • the body thus formed forms the housing of the
  • Sheet metal is a rolled product made of metal that is supplied as a sheet and whose width and length are much greater than its thickness. Structures or perforations can be worked into the sheet metal using drilling, milling, pressing, stamping or nibbling processes. These are not necessarily distributed homogeneously over the sheet. It is particularly advantageous if a measuring area in which the measuring voltage is tapped and deformations of the measuring tube are particularly critical has no perforations or only holes with a smaller hole size. In a further process step, the perforated sheet metal is cut to size and rounded. The sheet metal part produced in this way can alternatively, but not necessarily, be welded to form a tubular body.
  • the perforated sheet metal part is embedded in the potting material by inserting the sheet metal part into the casting mold of the housing.
  • Potting material it is distributed in the mold.
  • the potting material flows through the holes and fills the volume limited by the sheet metal part and the measuring tube.
  • the potting material also extends into the holes in the sheet metal part.
  • the cast housing body is coupled to the sheet metal part. Mechanical deformations of the measuring tube, which is enclosed in the radial direction by the housing, do not only act on the housing body, but are absorbed by the significantly stiffer sheet metal part. This enables significantly softer potting materials to be used for the manufacture of the housing body.
  • the sheet metal part also includes a plurality of stacked sheet metal parts.
  • Preferred hole shapes are round holes, elongated holes and friction holes.
  • the hole shape can be rectangular, square, hexagonal, octagonal, cylindrical, countersunk, cylindrical, conical or bicylindrical.
  • the sheet metal part is attached coaxially to the measuring tube, the sheet metal part being designed to counteract cross-sectional deformations, in particular expansions of the measuring tube, which are caused by the medium.
  • a metallic foil nor a metallic grid or mesh offer sufficient resistance to expansion of the measuring tube.
  • the causes of expansion are a changing medium temperature or an increased pressure or negative pressure in the measuring tube, which leads to the measuring tube expanding or contracting in the radial direction.
  • the sheet metal part is made from 1.0037 steel, the sheet metal part being made from electrical sheet metal, the sheet metal part being attached coaxially to the measuring tube, the sheet metal part at least partially encompassing the measuring components, the sheet metal part being designed to remove the embedded measuring components from external sources To shield magnetic fields.
  • electrical steel sheet denotes cold-rolled strip made of iron-silicon alloys, as well as those cut or punched from it
  • the sheet metal part is spaced apart from the measuring tube by spacers, the spacers being made from an elastomer.
  • the sheet metal part has a thickness of at least 1 millimeter, in particular of at least 2 millimeters and preferably of at least 4 millimeters.
  • the measuring tube comprises a plastic tube, in particular a polyethylene tube.
  • the liners which are used in the drinking water sector, have limited temperature stability. Among other things, they are therefore not or only partially suitable for food applications in which water vapor is also used for disinfection, e.g. in a CIP process.
  • a measuring tube made of a polyethylene pipe consists in use in a warm or hot water pipe or a pipe in which a medium with a temperature of more than 80 ° C, in particular a medium with a temperature between 80 ° C and 130 °, is used at least temporarily C, is passed through.
  • Hot water pipes should be designed for medium with a temperature of up to 60 ° C.
  • a hot water pipe is designed for a medium temperature between up to 90 ° C.
  • the flow meter is also suitable for continuous use, i.e. use for more than 2 hours, for lines that are designed for a medium temperature of up to 130 ° C. CIP cleaning is also included here
  • the sheet metal part has a hole fraction of at least 10%, in particular of a maximum of 25% and preferably of 20%.
  • the potting material is closed-cell
  • Foams are man-made substances that have a cell structure. With open-cell foam, the cell walls are not closed, so you can
  • Liquids are absorbed. With closed-cell foam, the walls between the individual cells are completely closed.
  • Foams made from multicomponent systems based on polyurethane, epoxy resin, silicone and polyamide are known.
  • the closed-cell foam does not collapse when it hardens, does not grow too quickly and remains sufficiently viscous.
  • essentially the entire volume in the casting mold, in particular within an integrated electronics housing and the measuring components, can be filled with the closed-cell foam and thus cavities can be avoided.
  • the closed-cell foam rises in the casting mold without the system collapsing.
  • the closed-cell foam can be introduced at room temperature.
  • the closed-cell foam can optionally have one or more reactive diluents. This reactive thinner reduces the viscosity of the closed-cell foam in order to enable better flow into the housing and better embedding and wetting of the electronic components and the housing wall.
  • Reactive thinner is not to be confused with a diluent, as the reactive thinner usually requires significantly smaller amounts to bring the viscosity of the closed-cell foam to a desired target viscosity
  • the potting material has a Shore hardness of at least 85D, in particular of at least 70D and preferably of at least 60D (according to ISO 868 (as of 2018)).
  • the Shore hardness describes the mechanical resistance that the potting material opposes a mechanical penetration of another body and depends only to a limited extent on the strength of the body.
  • the Shore hardness is a material parameter for elastomers and plastics and is specified in the standards DIN EN ISO 868, DIN ISO 7619-1 and ASTM D2240-00 (as of 2018).
  • the potting material has at least a first and a second component, the first component being an epoxy resin, the second component being a hardener, the potting material being a ratio of the first
  • Component to the second component of at least 100:25, at most 100:15 and preferably 100:20.
  • the potting material comprises a polyurethane.
  • the polyurethanes used to manufacture the housing are mostly elastomeric plastics that are based on a liquid that is formed from reactive components immediately before processing
  • Multi-component system are made, the latter in each case after
  • polyurethanes are made from di- and poly-isocyanates by the polyaddition process
  • the closed-cell foam has predominantly two pore sizes, the first pore size comprising pores with a diameter di, the second pore size comprising pores with a diameter d 2 , with 200 mth ⁇ d ⁇ 250 mth and 20 mth ⁇ d 2 ⁇ 50 mth applies, with the potting material a
  • Pore ratio of the pores with the second pore size to the pores with the first pore size of at least 70:40, a maximum of 70:20 and preferably 70:30.
  • the pores in the potting material are created during the foaming process.
  • Foaming is used in the present invention to evenly fill the casting mold and prevent the formation of cavities.
  • the field device comprises a flow measuring device, in particular a magnetic-inductive flow measuring device.
  • a flow measuring device in particular a magnetic-inductive flow measuring device.
  • the structure and the measuring principle of a magnetic-inductive flow meter are basically known.
  • a medium that has electrical conductivity is passed through a measuring tube.
  • a magnetic field generating device is attached in such a way that the magnetic field lines are oriented perpendicular to a longitudinal direction defined by the measuring tube axis.
  • a saddle coil or a pole piece with an attached coil and coil core is preferably suitable as a magnetic field generating device.
  • Electrodes which is tapped with two electrodes attached to the inner wall of the measuring tube. As a rule, these are arranged diametrically and form an electrode axis which runs perpendicular to the magnetic field lines and the longitudinal axis of the pipe.
  • the measured voltage taking into account the magnetic flux density, the flow rate and, taking into account the pipe cross-sectional area, the volume flow of the medium can be determined.
  • the inner wall is covered with an insulating material
  • a magnetic field-generating device for example an electromagnet, is generated by a direct current of alternating polarity that is clocked by means of an operating circuit. This ensures a stable zero point and makes the measurement insensitive to the effects of electrochemical interference.
  • a measuring circuit reads the voltage applied to the electrodes and outputs the
  • flowmeters In addition to the electrodes, flowmeters have two additional electrodes. On the one hand, one is ideally placed at the highest point in the pipe
  • Level monitoring electrode to partially fill the measuring tube detect, forward this information to the user and / or take the level into account when determining the volume flow. Furthermore, a reference electrode, which is usually attached diametrically to the level monitoring electrode, is used to ensure adequate grounding of the medium.
  • the housing comprises an adapter with connections or a transmitter which is at least partially enclosed by the potting material.
  • Transmitters or electronic displays are usually connected to the housing via an adapter. Therefore, for measuring tubes with different dimensions
  • Tube diameter respective adapter are made and provided.
  • the casting mold is shaped in such a way that the adapter, in particular the connections, are cast in a matching manner.
  • the casting mold also assumes the shape of the adapter in places, which means that an adapter is also formed after the casting. Its shape depends on the shape of the potting mold and can therefore be adapted to the respective measuring tubes. This means that there is no need for an additional adapter and the transmitter or the electronic display can be connected directly to the hardened potting material.
  • the potting material has a pot life of at least 40 minutes and preferably of at least 30 minutes.
  • Pot life is understood to mean the processing time of the reactive components, i.e. the time between the mixing of the components and the end of their processability. If the pot life is short, the material reacts faster and it can lead to damage such as the detachment of a cable or an electrical component. Furthermore, with a long pot life and a long reaction time, the foam has the option of filling every undercut or cavity.
  • the housing meets the requirements of IP68
  • the IP protection class indicates the resistance of the housing of a field device to the ingress of foreign bodies and water.
  • Protection classes have the following meaning.
  • the first number indicates how resistant the housing is to the ingress of foreign objects.
  • the second number indicates the water tightness.
  • a housing that meets the requirements of the IP68 protection class (as of 2018) is therefore dust-tight and protected against permanent immersion in water. It is therefore of particular advantage that the closed-cell foam when
  • Foam also fills angled areas between the measuring components and / or in a measuring electronics housing, so that no cavities arise that either directly prevent water tightness or even a small amount
  • the potting material has a density of at least 0.75 g / cm 3 and preferably at least 0.85 g / cm 3 .
  • the potting material has an expansion rate of less than 90%, in particular less than 85% and preferably less than 80%.
  • the expansion rate is the ratio between the density of the closed-cell foam after foam formation and the density of the closed-cell foam
  • a potting material with an expansion rate of 50% halves its density or doubles its volume after foam formation. Foams with a low expansion rate have a particularly high volume fraction of open-line structures. It is particularly advantageous if the potting material has an expansion rate of less than 80%, as it is during the filling of
  • the heat of reaction released by the reaction of the components leads to an increase in temperature of the potting material of less than 100.degree. C., in particular less than 70.degree. C. and preferably less than 30.degree.
  • reaction heat released does not damage the electronic components and / or the measuring components. This is particularly important when plastic parts, for example in the form of insulation, are built into the electronic components or the measuring components, or when heat-sensitive electronic components are built into them.
  • Measuring components and a housing in particular according to one of the preceding claims, is characterized by the following method steps: Attaching a sheet metal part around the measuring tube so that it at least partially encompasses the measuring tube, the sheet metal part preferably being perforated;
  • the method according to the invention comprises one of the following method steps:
  • the casting mold can ideally be conventional, for example from the
  • DE1020121 10665A1 known shells can be used.
  • the inside of the casting mold has an anti-adhesive surface, or the casting mold consists of an anti-adhesive material.
  • a coating with a grease or Teflon is particularly advantageous.
  • the casting mold is usually produced using a die-casting process.
  • the casting mold is produced by means of a 3-D printing process.
  • the casing can be made of sheet metal or plastic, for example,
  • the casting mold has an inlet so that the foaming
  • Potting material can be introduced into the casting mold in a simplified manner.
  • a drain prevents the formation of an increased internal pressure and the associated pressure
  • the open time is the time that must be waited for the potting material to spread in the potting mold.
  • Components for forming a potting material are generally not in a homogenized state. For an ideal reaction condition, however, the respective component must be distributed homogeneously in the potting material. Only then can the formation of cavities be avoided.
  • Fig. 1 shows a perspective view of an embodiment of the
  • FIG. 2 shows a flow chart for describing the sequence of an embodiment of the method according to the invention for manufacturing the field device.
  • Fig. 1 shows a field device, namely an example of a magneto-inductive
  • Flow measuring device (1) comprising a measuring tube (2) for guiding a flowable medium and a housing (3) which is passed through a substantially solid
  • Housing body (4) is formed, and are placed and embedded in the measuring components.
  • the measuring tube (2) and the housing body (4) are in two parts and in this
  • Measurement components in particular the measurement electrodes (5), and a magnetic field-generating device, in particular coil (6), coil core (7), are embedded in the housing body (4),
  • the cables for connecting the measuring electrodes to the measuring and / or evaluation circuit and the magnetic field generating device to the operating circuit are also embedded and thus fixed.
  • the respective circuits can also be embedded in the housing body.
  • the measuring electrodes are arranged opposite one another in the wall of the measuring tube.
  • a sheet metal part (9) is also embedded in the housing body (4). The sheet metal part (9) has in the depicted
  • the sheet metal part (9) is attached coaxially to the measuring tube, is tubular and encloses the measuring tube (2) in cross section.
  • the housing body (4) extends over the sheet metal part (9) and in the holes (10). Furthermore, the housing body (4) not only encloses the coil (6), coil core (7) and field feedback (8) as shown, but also, as not shown, measuring, operating and / or evaluation circuitry, in the special case that these intended to be arranged close to the measuring components and thus in the housing.
  • the circuits can in the case between the measuring tube and sheet metal part.
  • the coils (6) and the coil cores (7) are arranged diametrically.
  • the field return (8) connects the two illustrated coil cores (7).
  • FIG. 2 shows a flowchart for describing the individual method steps of an embodiment of the method for manufacturing the field device according to the invention.
  • a perforated sheet metal part is mounted on a measuring tube already provided with measuring electrodes, a magnet system, measuring components and electronic components. This is done by pushing on the tubular sheet metal part or by clasping or grasping the measuring tube with the sheet metal part.
  • the first component of the potting material usually has to be stored in a cool place, so the first
  • Component that heats epoxy resin or one of the two components of polyurethane to 30 ° C.
  • the first component is homogenized and then mixed with the second component, the hardener.
  • another third came to the mix
  • This can be a flame retardant to meet the Ex-i (DIN / ISO / IEC 60079-1 1) standard (as of 2018), a filler and / or a colorant.
  • this mixture is poured into the prepared casting mold. After an open time (step 4) of at least 30 minutes, during which the potting material has time to spread out in the potting mold, the potting material is

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Feldgerät der Automatisierungstechnik umfasst ein elektrisch isolierendes Messrohr zum Führen eines Mediums, Messkomponenten zur Ermittlung einer Prozessvariablen des Mediums und ein Gehäuse aus einem Vergussmaterial, wobei das Messrohr in dessen radialer Richtung durch das Vergussmaterial umhüllt ist, wobei die Messkomponenten ganz oder teilweise in dem Vergussmaterial eingebettet sind, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät weiterhin ein insbesondere zumindest teilweise perforiertes Bleichteil aufweist, welches das Messrohr in dessen radialer Richtung zumindest teilweise umgreift, wobei das Blechteil in dem Vergussmaterial eingebettet ist.

Description

Feldgerät der Automatisierungstechnik und Verfahren zur Herstellung des
Feldgerätes
Die Erfindung betrifft ein Feldgerät der Automatisierungstechnik und ein Verfahren zur Herstellung eines Feldgerätes.
Es sind vielfältige Varianten von Feldgeräten der Automatisierungstechnik bekannt, von denen die meisten Varianten ein Gehäuse zur Stabilisierung und zum Schutz der Elektronikbauteile und/oder der Messkomponenten gegenüber der Umgebung aufweisen. Feldgeräte können aufgrund des breiten Einsatzgebietes besonders hohen
Temperaturschwankungen unterliegen. Dies führt zu Materialausdehnungen und - Schrumpfungen innerhalb des Gehäuses, was zu Fehlmessungen oder zum Ausfall von Elektronikbauteilen führen kann. Aus der DE1020121 10665A1 ist ein Feldgerät bekannt, das ein durch zwei miteinander verschweißte Kunststoffformteile geformtes Kunststoffgehäuse aufweist. Eine derartige Konstruktion erlaubt zwar weiterhin den Zugriff auf einzelne Messkomponenten des Durchflussmessgerätes, ist jedoch nachteilig in Bezug auf die Lagefixierung der einzelnen Anschlusskabel.
Eine Lösung dieser Problematik wird in der DE1020141 17586A1 offenbart. Das Feldgerät umfasst einen aus einem Metallschaum gefertigten, teilweise mit Kunststoff gefüllten und/oder teilweise vom Kunststoff umgebenen Verbundwerkstoff in Form einer
Verschalung. Eine derartige Konstruktion löst zwar die Fixierung durch das Einbetten der Verkabelung in einen Kunststoff, ist jedoch nachteilig in Bezug auf die Materialkosten und des Materialaufwandes, da eine ausreichende Fixierung und Stabilisierung nur durch die Kombination des aus Metallschaum gefertigten Verbundverkstoffes mit dem Kunststoff gewährleistet ist. Die DE102014105569B3 offenbart ein Feldgerät mit einem zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Material gefertigten und somit den Messrohrteilabschnitt und mindestens eine weitere daran befestigte Messkomponente passgenau umhüllenden Gehäuse. Diese Lösung ist zwar kostengünstig, da das gesamte Gehäuse nur einen einzelnen Schrumpfschlauch umfasst, der für die Fixierung und Stabilisierung sorgt, jedoch ist nachteilig, dass das Gehäuse nach dem Aufschrumpfen nicht wiederverwertbar ist.
Aus der DE10347878A1 ist ein Feldgerät bekannt, das ein aus einem Vergussmaterial geformtes und aus einem Epoxidharz oder Polyurethan bestehendes Gehäuse aufweist. Zur Aufbringung des Vergussmaterials wird das Messrohr mit einer Vergussform, beispielsweise aus Blech, umhüllt, welche dann mit dem Vergussmaterial gefüllt wird. Nach dem Aushärten des Vergussmaterials wird die Vergussform entfernt, wobei diese insbesondere auch wiederverwendbar ist. Dieser Erfindung nachteilig ist, dass die Elektronikbauteile durch die Temperatur des Vergussmaterials beim Vergießen angegriffen werden und dass unerwünschte Lufteinschlüsse in Hinterfüllungen entstehen können. Des Weiteren wird in der DE10347878A1 eine in das Gehäuse mit eingegossene Abschirmungsschicht offenbart, die aus einer Metallfolie oder einem metallischen
Gewebe bzw. Geflecht gebildet ist und dazu ausgebildet ist elektromagnetische Störfelder abzuschirmen.
Die DE102004057695B4 lehrt ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät mit einem Polyethylen Röhr das eine umspritzte Metallfolie aufweist, als Diffusionsschutz gegen Schadstoffe.
Es sind Kunststoffrohre, z.B. aus Polyethylen oder Polyamid, bekannt, welche als Messrohre in magnetisch-induktiven Messrohren zum Einsatz kommen können und eine günstige Alternative zu metallischen Rohren bilden. Grundsätzlich ist die Verwendung dieser Kunststoffrohre allerdings begrenzt, da sich diese Rohre bei Änderung des Mediumsdruckes ausdehnen oder zusammenziehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Feldgerät bereitzustellen, das kostengünstig herstellbar ist und nur eine geringe Empfindlichkeit gegenüber
Druckschwankungen aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Feldgerät nach Anspruch 1 und das Verfahren zur Herstellung des Feldgerätes nach Anspruch 15.
Das erfindungsgemäße Feldgerät der Automatisierungstechnik umfasst ein elektrisch isolierendes Messrohr zum Führen eines Mediums, Messkomponenten zur Ermittlung einer Prozessvariablen des Mediums, und ein Gehäuse aus einem Vergussmaterial, wobei das Messrohr in dessen radialer Richtung durch das Vergussmaterial umhüllt ist, wobei die Messkomponenten ganz oder teilweise in dem Vergussmaterial eingebettet sind und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Feldgerät weiterhin ein insbesondere zumindest teilweise perforiertes Bleichteil aufweist, welches das Messrohr in dessen radialer Richtung zumindest teilweise umgreift, wobei das Blechteil in dem
Vergussmaterial eingebettet ist.
In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozess-Automatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH-Redoxpotentialmessgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von
Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein elektronische Messkomponenten verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
Ein Feldgerät ist dabei insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Durchflussmessgeräten, Füllstandsmessgeräten, Druckmessgeräten,
Temperaturmessgeräten, Grenzstandsmessgeräten und/oder Analysemessgeräten.
Durchflussmessgeräte sind insbesondere Coriolis-, Ultraschall-, Vortex-, thermische und/oder magnetisch induktive Durchflussmessgeräte.
Füllstandsmessgeräte sind insbesondere Mikrowellen-Füllstandsmessgeräte, Ultraschall- Füllstandsmessgeräte, zeitbereichsreflektometrische Füllstandsmessgeräte,
radiometrische Füllstandsmessgeräte, kapazitive Füllstandsmessgeräte, induktive Füllstandsmessgeräte und/oder temperatursensitive Füllstandsmessgeräte.
Druckmessgeräte sind insbesondere Absolut-, Relativ- oder Differenzdruckgeräte.
Temperaturmessgeräte sind insbesondere Messgeräte mit Thermoelementen und/oder temperaturabhängigen Widerständen.
Grenzstandsmessgeräte sind insbesondere vibronische Grenzstandsmessgeräte, Ultraschall-Grenzstandsmessgeräte und/oder kapazitive Grenzstandsmessgeräte.
Analysemessgeräte sind insbesondere pH-Sensoren, Leitfähigkeitssensoren, Sauerstoff und Aktivsauerstoffsensoren, (spektro)-photometrische Sensoren, und/oder
ionenselektive Elektroden.
Bei Messkomponenten handelt es sich um die für die Ermittlung der Prozessgrößen notwendigen Bauteile. Ein Feldgerät umfasst mindestens eine Messkomponente. Die Messkomponenten eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes umfassen beispielsweise eine magnetfelderzeugende Vorrichtung und Messelektroden mit den dazugehörigen Anschlüssen und Kabeln. Für die Überwachung einer weiteren Prozessgröße, der Füllstand, wird zusätzlich eine Messstoffüberwachungselektrode verwendet. Die Messkomponenten eines Ultraschalldurchflussmessgerätes umfassen mindestens einen Ultraschalltransmitter und einen Ultraschallreceiver. Ein Vergussmaterial umfasst eine Flüssigkeit, Paste oder Brei, die in einem
Urform verfahren, insbesondere bei einem Gieß-Verfahren, in eine vorgefertigte Form gefüllt wird und dort erstarrt. Der somit geformte Körper bildet das Gehäuse des
Feldgerätes. Ein Blech ist ein Walzwerkserzeugnis aus Metall, das als Tafel ausgeliefert wird und dessen Breite und Länge sehr viel größer als dessen Dicke sind. Mittels Bohr-, Fräse-, Press-, Stanz- oder Nibbelverfahren lassen sich Strukturen oder Perforierungen in das Blech einarbeiten. Diese sind nicht zwingend homogen über das Blech verteilt. Es ist besonders vorteilhaft, wenn ein Messbereich, in dem die Messspannung abgegriffen wird und Verformungen des Messrohres besonders kritisch sind, keine Perforierungen oder nur Löcher mit geringerer Lochgröße aufweist. Das perforierte Blech wird in einem weiteren Verfahrenschritt zurechtgeschnitten und rundgebogen. Das somit hergestellte Blechteil kann alternativ, jedoch nicht zwingend notwendig zu einem rohrförmigen Körper verschweißt werden.
Das Einbetten des perforierten Blechteils in das Vergussmaterial erfolgt durch das Einlegen des Blechteils in die Gussform des Gehäuses. Beim Einfüllen des
Vergussmaterials, verteilt sich dieses in der Gussform. Im fließfähigen Zustand fließt das Vergussmaterial durch die Löcher und füllt das durch das Blechteil und das Messrohr begrenzte Volumen. Nach dem Aushärten erstreckt sich das Vergussmaterial auch in den Löchern des Blechteils. Durch das Einbetten, d.h. das vollkommene Umschließen des perforierten Blechteils mit dem Vergussmaterial, erfolgt eine Kopplung des gegossenen Gehäusekörpers mit dem Blechteil. Mechanische Verformungen des Messrohres, welches in radialer Richtung durch das Gehäuse umschlossen ist, wirken somit nicht ausschließlich auf den Gehäusekörper, sondern werden durch das deutlich steifere Blechteil absorbiert. Dies ermöglicht deutlich weichere Vergussmaterialien für die Herstellung des Gehäusekörpers zu verwenden.
Das Blechteil umfasst auch eine Vielzahl an gestapelten Blechteilen.
Bevorzugte Lochformen sind Rundlöcher, Länglöcher und Reibelöcher. Die Lochform kann rechteckig, quadratisch, hexagonal, octagonal, zylindrisch, angesenkt, zylindrisch konisch oder bizylindrisch ausgebildet sein. Gemäß einer ersten Ausgestaltung ist das Blechteil koaxial zum Messrohr angebracht, wobei das Blechteil dazu ausgebildet ist, Querschnittsverformungen, insbesondere Ausdehnungen des Messrohres entgegenzuwirken, die durch das Medium verursacht werden.
Weder eine metallische Folie noch ein metallisches Gitter oder Geflecht bieten ausreichenden Widerstand gegen Ausdehnungen des Messrohres. Ursachen für Ausdehnungen sind eine sich ändernde Mediumstemperatur, oder ein erhöhter Druck bzw. Unterdrück im Messrohr, der dazu führt, dass sich das Messrohr in radialer Richtung ausdehnt oder zusammenzieht.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung das Blechteil aus 1.0037 Stahl gefertigt ist, wobei das Blechteil aus einem Elektroblech gefertigt ist, wobei das Blechteil koaxial zum Messrohr angebracht ist, wobei das Blechteil die Messkomponenten zumindest teilweise umgreift, wobei das Blechteil dazu ausgebildet ist die eingebetteten Messkomponenten von externen Magnetfeldern abzuschirmen.
Elektroblech bezeichnet im engeren Sinn kaltgewalztes Band aus Eisen-Silizium- Legierungen, darüber hinaus auch die daraus geschnittenen oder gestanzten
Blechlamellen.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das Blechteil durch Abstandshalter vom Messrohr beabstandet, wobei die Abstandshalter aus einem Elastomer gefertigt sind.
Gemäß einer Ausgestaltung weist das Blechteil eine Dicke von mindestens 1 Millimeter, insbesondere von mindestens 2 Millimeter und bevorzugt von mindestens 4 Millimeter auf.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Messrohr ein Kunststoff rohr, insbesondere ein Polyethylen Rohr umfasst.
Für den Trinkwasserbereich herrschen besonders strenge Auflagen, welche eine Vielzahl von Linern nicht erfüllen. Zugleich haben die Liner, welche im Trinkwasserbereich eingesetzt werden, eine begrenzte Temperaturstabilität. Unter anderem sind sie daher für Lebensmittelanwendungen, in welchen auch Wasserdampf zum Desinfizieren, z.B. in einem CIP-Verfahren, eingesetzt wird, nicht oder nur bedingt geeignet.
Es ist bekannt Polyethylen-Auskleidungen in Aufbewahrungsbehältnissen für Trinkwasser einzusetzen. Polyethylene sind als Kunststoffe trinkwasser-zugelassen, so dass bei deren Einsatz keine Gefährdung für Mensch, Tier und Umwelt ausgelöst wird (Siehe „Trinkwasser unser höchstes Gut Auskleidungen von Trinkwasserbehältnissen mit Polyethylen“ Andreas Kunz, GFW Wasser/Abwasser, Mai 2010, S.72-75).
Die Verwendung eines Messrohres aus einem Polyethylen Rohr besteht im Einsatz in einer Warm- oder Heißwasserleitung oder einer Leitung in welcher Einsatz zumindest zeitweise ein Medium mit einer Temperatur von mehr als 80°C, insbesondere ein Medium mit einer Temperatur zwischen 80°C und 130°C, durchgeleitet wird. Eine
Warmwasserleitung sollte ausgelegt sein für Medium mit einer Temperatur bis zu 60°C. Eine Heißwasserleitung ist ausgelegt für eine Mediumstemperatur zwischen bis zu 90°C. Das Durchflussmessgerät eignet sich unter anderem auch für den Dauergebrauch, also einem Gebrauch über mehr als 2 Stunden, für Leitungen die ausgelegt sind für eine Mediumstemperatur von bis zu 130 °C. Hier sind auch CIP-Reinigungen mit
Wasserdampf möglich. Gemäß einer Ausgestaltung weist das Blechteil einen Lochanteil von mindestens 10%, insbesondere von maximal 25% und bevorzugt von 20% auf.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das Vergussmaterial ein geschlossenzelliger
Schaumstoff.
Schaumstoffe sind künstlich hergestellte Stoffe, die eine Zellstruktur aufweisen. Bei offenzeiligem Schaumstoff sind die Zellwände nicht geschlossen, daher können
Flüssigkeiten aufgenommen werden. Bei geschlossenzelligem Schaumstoff sind die Wände zwischen den einzelnen Zellen komplett geschlossen.
Es sind Schaumstoffe aus Mehrkomponentensystemen auf Basis von Polyurethan, Epoxidharz, Silikon und Polyamid bekannt.
Der geschlossenzellige Schaumstoff kollabiert beim Aushärten nicht, wächst nicht zu schnell und bleibt hinreichend viskos. So kann im Wesentlichen das gesamte Volumen in der Vergussform, insbesondere innerhalb eines integrierten Elektronikgehäuses und der Messkomponenten, mit dem geschlossenzelligen Schaumstoff ausgefüllt und somit Hohlräume vermieden werden. Durch den Einsatz eines Härtersystems kann ein kontrolliertes und gemächliches
Aufsteigen des geschlossenzelligen Schaumstoffes in der Vergussform erfolgen, ohne dass das System kollabiert.
Der geschlossenzellige Schaumstoff kann bei Raumtemperatur eingebracht werden. Der geschlossenzellige Schaumstoff kann optional einen oder mehrere Reaktivverdünner aufweisen. Dieser Reaktivverdünner verringert die Viskosität des geschlossenzelligen Schaumstoffes um so ein besseres Anfließen in das Gehäuse und ein besseres Einbetten und Benetzen der Elektronikbauteile und der Gehäusewand zu ermöglichen. Ein
Reaktivverdünner ist dabei nicht mit einem Verdünnungsmittel zu verwechseln, da vom Reaktivverdünner zumeist deutlich geringere Mengen benötigt werden, um die Viskosität des geschlossenzelligen Schaumstoffes auf eine gewünschte Zielviskosität
herabzusetzen. Gemäß einer Ausgestaltung weist das Vergussmaterial eine Shore-Härte von mindestens 85D, insbesonderen von mindestens 70D und bevorzugt von mindestens 60D (nach ISO 868 (Stand 2018)) auf.
Die Shore-Härte beschreibt den mechanischen Widerstand, den das Vergussmaterial einem mechanischen Eindringen eines anderen Körpers entgegensetzt und hängt nur bedingt von der Festigkeit des Körpers ab. Die Shore-Härte ist ein Werkstoff kenn wert für Elastomere und Kunststoffe und ist in den Normen DIN EN ISO 868, DIN ISO 7619-1 und ASTM D2240-00 (Stand 2018) festgelegt. Gemäß einer Ausgestaltung weist das Vergussmaterial mindestens eine erste und eine zweite Komponente auf, wobei die erste Komponente ein Epoxidharz ist, wobei die zweite Komponente ein Härter ist, wobei das Vergussmaterial ein Verhältnis der ersten
Komponente zur zweiten Komponente von mindestens 100:25, maximal 100:15 und bevorzugt 100:20 aufweist.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Vergussmaterial ein Polyurethan.
Bei den für die Herstellung des Gehäuses verwendeten Polyurethanen handelt es sich zumeist um elastomere Kunststoffe, die auf Basis eines unmittelbar vor der Verarbeitung aus reaktiven Komponenten gebildeten, flüssigen
Mehrkomponentensystems hergestellt sind, wobei letzteres jeweils nach dem
Zusammenmischen in die Vergussform eingebracht und dort innerhalb einer
vorgebbaren Reaktionszeit aushärten gelassen wird. Polyurethane werden bekanntlich nach dem Polyadditionsverfahren aus Di- und Poly-Isocyanaten
mit mehrwertigen Alkoholen hergestellt. Als Komponenten können dabei beispielsweise Prepolymere, aufgebaut aus aliphatischen und/oder aromatischen Ether-Gruppen sowie Glycol und Isocyanat-Gruppen dienen, die mit dem zugeführten mehrwertigen Alkohol reagieren können. Gemäß einer Ausgestaltung weist der geschlossenzellige Schaum vorwiegend zwei Porengrößen auf, wobei die erste Porengröße Poren mit einem Durchmesser di umfasst, wobei die zweite Porengröße Poren mit einem Durchmesser d2 umfasst, wobei 200 mth < d < 250 mth und 20 mth < d2 < 50 mth gilt, wobei das Vergussmaterial ein
Porenverhältnis der Poren mit der zweiten Porengröße zu den Poren mit der ersten Porengröße von mindestens 70:40, maximal 70:20 und bevorzugt 70:30 aufweist.
Die Poren im Vergussmaterial entstehen während des Ausschäumens. Das
Ausschäumen dient der vorliegenden Erfindung dem gleichmäßigen Auffüllen der Vergussform und verhindert die Bildung von Hohlräumen.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Feldgerät ein Durchflussmessgerät, insbesondere ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät. Der Aufbau und das Messprinzip eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes sind grundsätzlich bekannt. Durch ein Messrohr wird ein Medium geleitet, das eine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Eine magnetfelderzeugende Vorrichtung ist so angebracht, dass sich die Magnetfeldlinien senkrecht zu einer durch die Messrohrachse definierten Längsrichtung orientieren. Als magnetfelderzeugende Vorrichtung eignet sich vorzugsweise eine Sattelspule oder ein Polschuh mit aufgesetzter Spule und Spulenkern. Bei angelegtem Magnetfeld entsteht im Messrohr eine durchflussabhängige
Potentialverteilung, die mit zwei an der Innenwand des Messrohres angebrachten Elektroden abgegriffen wird. In der Regel sind diese diametral angeordnet und bilden eine Elektrodenachse, die senkrecht zu den Magnetfeldlinien und der Längsachse des Rohres verläuft. Anhand der gemessenen Messspannung kann, unter Berücksichtigung der magnetischen Flussdichte, die Durchflussgeschwindigkeit und, unter Berücksichtigung der Rohrquerschnittsfläche, der Volumendurchfluss des Mediums bestimmt werden. Um das Ableiten der an der ersten und zweiten Elektroden anliegenden Messspannung über das Rohr zu verhindern, wird die Innenwand mit einem isolierenden Material,
beispielsweise einem Kunststoff-Liner ausgekleidet. Das durch eine
magnetfelderzeugende Vorrichtung, beispielsweise einen Elektromagneten, aufgebaute Magnetfeld wird durch einen mittels einer Betriebsschaltung getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch elektrochemische Störungen. Eine Messschaltung liest die an den Elektroden anliegende Spannung aus und gibt die
Durchflussgeschwindigkeit und/oder den mittels einer Auswerteschaltung errechneten Volumendurchfluss des Mediums aus. Handelsübliche magnetisch-induktive
Durchflussmessgeräte weisen zusätzlich zu den Elektroden zwei weitere Elektroden auf. Zum einen dient eine optimalerweise am höchsten Punkt im Rohr angebrachte
Füllstandsüberwachungselektrode dazu, eine Teilbefüllung des Messrohres zu detektieren, diese Information an den Nutzer weiterzuleiten und/oder den Füllstand bei der Ermittlung des Volumendurchflusses zu berücksichtigen. Desweiteren dient eine Bezugselektrode, die üblicherweise diametral zur Füllstandsüberwachungselektrode angebracht ist, dazu eine ausreichende Erdung des Mediums zu gewährleisten.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Gehäuse einen Adapter mit Anschlüssen oder einen Transmitter, der von dem Vergussmaterial zumindest teilweise umschlossen ist.
Üblicherweise werden T ransmitter oder elektronische Anzeige über einen Adapter mit dem Gehäuse verbunden. Daher müssen für Messrohre mit unterschiedlichen
Rohrdurchmesser jeweilige Adapter angefertigt und bereitgestellt werden.
Erfindungsgemäß ist die Vergussform derart geformt, dass der Adapter, insbesondere die Anschlüsse passend mitvergossen werden. Außerdem ist es von Vorteil, wenn die Vergussform auch stellenweise die Form des Adapters annimmt, was dazu führt, dass sich nach dem Vergießen ein Adapter mit ausbildet. Dessen Form hängt von der Form der Vergussform ab und kann somit für die jeweiligen Messrohre angepasst werden. Somit kann auf einen zusätzlichen Adapter verzichtet werden und der Transmitter oder die elektronische Anzeige kann direkt an das erhärtete Vergussmaterial angeschlossen werden.
Gemäß einer Ausgestaltung weist das Vergussmaterial eine Topfzeit von mindestens 40 Minuten und bevorzugt von mindestens 30 Minuten aufweist.
Unter Topfzeit versteht man die Verarbeitbarkeitsdauer der reaktiven Komponenten, also die Zeit zwischen dem Mischen der Komponenten und dem Ende ihrer Verarbeitbarkeit. Ist die Topfzeit kurz, reagiert das Material schneller und es kann zu Beschädigungen wie z.B. Ablösung eines Kabels oder eines elektrischen Bauteils führen. Weiterhin hat der Schaum mit einer langen Topfzeit und einer langen Reaktionszeit die Möglichkeit auch jede Hinterschneidung oder jeden Hohlraum zu füllen.
Gemäß einer Ausgestaltung erfüllt das Gehäuse die Anforderungen der IP68
Schutzklasse (Stand 2018).
Die IP-Schutzklasse gibt die Widerstandsfähigkeit des Gehäuses eines Feldgerätes gegen das Eindringen von Fremdkörpern und Wasser an. Die beiden Zahlen der
Schutzklasse haben folgende Bedeutung. Die erste Zahl gibt an, wie resistent das Gehäuse gegen das Eindringen von Fremdkörpern ist. Die zweite Zahl gibt die Dichtheit gegenüber Wasser an. Ein Gehäuse, das die Anforderung der IP68 Schutzklasse (Stand 2018) erfüllt, ist somit staubdicht und gegen dauerhaftes Eintauchen in Wasser geschützt. Daher ist es von besonderem Vorteil, dass der geschlossenzellige Schaum beim
Ausschäumen auch verwinkelte Bereiche zwischen den Messkomponenten und/oder in einem Messelektronikgehäuse ausfüllt, so dass keine Hohlräume entstehen, die entweder direkt eine Dichtheit gegenüber Wasser verhindern oder bereits bei geringem
mechanischen Einwirken kollabieren und somit Defekte im Gehäuse erzeugen, was wiederum eine Ursache für das Eindringen von Wasser sein kann.
Gemäß einer Ausgestaltung weist das Vergussmaterial eine Dichte von mindestens 0,75 g/cm3 und bevorzugt mindestens 0,85 g/cm3 auf.
Gemäß einer Ausgestaltung weist das Vergussmaterial eine Expansionsrate von weniger als 90%, insbesondere weniger als 85% und bevorzugt weniger als 80% auf.
Die Expansionsrate gibt das Verhältnis zwischen der Dichte des geschlossenzelligen Schaumstoffes nach der Schaumbildung und der Dichte des geschlossenzelligen
Schaumstoffes vor der Schaumbildung in Prozent an. Ein Vergussmaterial mit einer Expansionsrate von 50% halbiert seine Dichte bzw. verdoppelt sein Volumen nach der Schaumbildung. Schaumstoffe mit geringer Expansionsrate weisen einen besonders hohen Volumenanteil an offenzeiligen Strukturen auf. Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Vergussmaterial eine Expansionsrate von weniger als 80% hat, da es bei der Füllung von
Hinterschneidungen in Messkomponenten zu weniger Hohlräumen führt. Gemäß einer Ausgestaltung führt die durch die Reaktion der Komponenten freiwerdende Reaktionswärme zu einem Temperaturanstieg des Vergussmaterials von kleiner 100°C, insbesondere kleiner 70°C und bevorzugt kleiner 30°C.
Beim Vergießen von Elektronikbauteilen mit miteinander reagierenden und einen
Schaumstoff bildenden Komponenten ist es besonders wichtig, dass es durch die freiwerdende Reaktionswärme nicht zu einer Beschädigung der Elektronikbauteile und/oder der Messkomponenten kommt. Das ist insbesondere dann wichtig, wenn in den Elektronikbauteilen oder in den Messkomponenten Kunststoffteile, beispielsweise in Form von Isolierungen, verbaut sind oder wenn wärmeempfindliche Elektronikbauteile verbaut sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Feldgerätes mit
Messkomponenten und einem Gehäuse, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: - Anbringen eines Blechteils um das Messrohr, so dass dieses das Messrohr zumindest teilweise umgreift, wobei das Blechteil vorzugsweise perforiert ist;
- Verschalen des Blechteils und der Messkomponenten und/oder Elektronikbauteile mit einer Vergussform;
- Aufwärmen der ersten Komponente des Vergussmaterials bei weniger als 32°C, insbesondere bei mindestens 30°C und bevorzugt bei 30°C;
- Mischen der ersten und der zweiten Komponente und optional mindestens einer dritten Komponente des Vergussmaterials;
- Vergießen des Vergussmaterials in die Vergussform;
- Abwarten einer Offenzeit von mindestens 30 Minuten in der sich das Vergussmaterial in der Vergussform ausbreitet;
- Heizen des Vergussmaterials bei einer ersten Heiztemperatur TH 1 von
30°C < TH 1 < 33°C und einer Luftfeuchtigkeit von kleiner gleich 75% und bevorzugt kleiner gleich 70% für mindestens 30 Minuten und insbesondere mindestens 1 Stunde; - Heizen des Vergussmaterials bei einer zweiten Heiztemperatur TH 2 mit 55°C < TH 2 <
65°C für mindestens 24 Stunden, insbesondere mindestens 12 Stunden und bevorzugt mindestens 8 Stunden; und
- Entformen des Vergussmaterials von der Vergussform. Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen der folgenden Verfahrensschritte:
- Anbringen von Abstandshaltern an das Messrohr;
- Homogenisieren der ersten Komponente des Vergussmaterials. Bei der Vergussform können idealerweise herkömmlich, beispielsweise aus der
DE1020121 10665A1 bekannte Schalen zurückgegriffen werden. Für ein einfaches Ablösen des Vergussform von dem Vergussmaterial weist die Innenseite der Vergussform eine antiadhesive Oberfläche auf, bzw. besteht die Vergussform aus einem antiadhesiven Material. Besonders vorteilhaft ist eine Beschichtung mit einem Fett oder Teflon.
Üblicherweise wird die Vergussform mit Hilfe eines Druckgussverfahrens hergestellt.
Erfindungsgemäß ist die Vergussform mittels einem 3 D- Druckverfahren hergestellt. Die Verschalung kann beispielsweise aus Blech oder Kunststoff hergestellt sein,
insbesondere wiederverwendbar oder als„verlorene Form" ausgeführt sein. Weiterhin weist die Vergussform einen Zulauf auf, damit das aufschäumende
Vergussmaterial vereinfacht in die Vergussform eingeführt werden kann. Ein Ablauf verhindert die Bildung eines erhöhten Innendruckes und die damit verbundene
Beschädigung der Messkomponenten und/oder Elektronikbauteilen. Bei der Offenzeit handelt es sich um die Zeit, die abgewartet werden muss, bis sich die Vergussmaterial in der Vergussform ausgebreitet hat.
Komponenten zur Bildung eines Vergussmaterials liegen in der Regel nicht in einem homogenisierten Zustand vor. Für eine ideale Reaktionsbedingung muss die jeweilige Komponente jedoch homogen in dem Vergussmaterial verteilt sein. Nur dann kann die Bildung von Hohlräumen vermieden werden.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Feldgerätes, in diesem Fall ein magnetisch-induktives
Durchflussmessgerät; und
Fig. 2: zeigt ein Flussdiagramm zur Beschreibung des Ablaufes einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Feldgerätes.
Die Fig. 1 zeigt ein Feldgerät, nämlich beispielhaft ein magnetisch-induktives
Durchflussmessgerät (1) umfassend ein Messrohr (2) zum Führen eines fließfähigen Mediums und ein Gehäuse (3), das durch einen im Wesentlichen massiven
Gehäusekörper (4) gebildet ist, und in dem Messkomponten platziert und eingebettet sind. Das Messrohr (2) und der Gehäusekörper (4) sind zweiteilig und in dieser
Ausgestaltung aus zwei unterschiedlichen Materialien ausgebildet. Im Gehäusekörper (4) eingebettet sind Messkomponenten, insbesondere die Messelektroden (5), und eine magnetfelderzeugenden Vorrichtung, insbesondere Spule (6), Spulenkern (7),
Feldrückführung (8) und Polschuh. Eingebettet und somit fixiert sind auch die Kabel zum Verbinden der Messelektroden mit der Mess- und/oder Auswerteschaltung, und die magnetfelderzeugende Vorrichtung mit der Betriebsschaltung. Die jeweiligen Schaltungen können auch in dem Gehäusekörper eingebettet sein. Die Messelektroden sind in der Wandung des Messrohres gegenüberliegend angeordnet. Außerdem im Gehäusekörper (4) eingebettet ist ein Blechteil (9). Das Blechteil (9) weist in der abgebildeten
Ausgestaltung quadratische Löcher (10) auf, die homogen über das gesamte Blechteil (9) verteilt sind. Das Blechteil (9) ist koaxial zum Messrohr angebracht, rohrförmig und umschließt das Messrohr (2) im Querschnitt. Der Gehäusekörper (4) erstreckt sich über das Blechteil (9) und in den Löchern (10). Des Weiteren umschließt der Gehäusekörper (4) nicht nur Spule (6), Spulenkern (7) und Feldrückführung (8) wie dargestellt, sondern auch, wie nicht dargestellt, Mess-, Betriebs- und/oder Auswerteschaltung, im speziellen Fall, dass diese dazu vorgesehen sind nahe an den Messkomponenten und somit im Gehäuse angeordnet zu werden. Die Schaltungen können in dem Fall zwischen Messrohr und Blechteil angeordnet werden. Die Spulen (6) und die Spulenkerne (7) sind diametral angeordnet. Die Feldrückführung (8) verbindet die beiden dargestellten Spulenkerne (7).
Die Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Beschreibung der einzelnen Verfahrensschritte einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Feldgerätes. Im ersten Schritt wird ein perforiertes Blechteil an ein bereits mit Messelektroden, Magnetsystem, Messkomponenten und Elektronikbauteilen versehenes Messrohr montiert. Dies erfolgt durch Aufschieben des rohrförmigen Blechteils oder durch umklammern bzw. umgreifen des Messrohres mit dem Blechteil. In einem zweiten Schritt werden die Messkomponenten, das Blechteil und/oder die Elektronikbauteile des
Feldgerätes mit einer Vergussform vorbereitend verschalt. Die erste Komponente des Vergussmaterials muss üblicherweise kühl gelagert werden, daher wird die erste
Komponente, der Epoxidharz oder eine der zwei Komponenten des Polyurethans auf 30°C erwärmt. Die erste Komponente wird homogenisiert und dann mit der zweiten Komponente, dem Härter, vermischt. Optional kam der Mischung eine weitere dritte
Komponente hinzugefügt werden. Dies kann ein Flammschutzmittel sein zur Erfüllung der Ex-i-(DIN/ISO/IEC 60079-1 1 ) Norm (Stand 2018), ein Füllstoff und/oder ein Farbmittel. Diese Mischung wird in einem dritten Schritt in die vorbereitete Vergussform gegossen. Nach einer Offenzeit (Schritt 4) von mindestens 30 Minuten, in der das Vergussmaterial Zeit hat sich in der Vergussform auszubreiten, wird das Vergussmaterial bei einer
Heiztemperatur von ca. 32°C und einer möglichst konstant gehaltenen Luftfeuchtigkeit von kleiner gleich 70% für mindestens eine halbe Stunde vorgeheizt. Dem folgt ein zweiter Heitzvorgang bei ca. 60°C für mindestens 8 Stunden. In der zeit härtet das Vergussmaterial vollends aus, so dass in einem letzten Schritt der Gehäusekörper entschalt werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
2 Messrohr
3 Gehäuse
4 Gehäusekörper
5 Messelektrode
6 Spule
7 Spulenkern
8 Feldrückführung
9 Blechteil
10 Loch

Claims

Patentansprüche
1. Feldgerät der Automatisierungstechnik, umfassend:
- ein elektrisch isolierendes Messrohr (2) zum Führen eines fließfähigen Mediums;
- Messkomponenten zur Ermittlung einer Prozessvariablen des Mediums; und
- ein Gehäuse (3), das einen Gehäusekörper (4) aufweist,
wobei der Gehäusekörper (4) aus einem Vergussmaterial gebildet ist,
wobei das Messrohr (2) in dessen radialer Richtung durch den Gehäusekörper (4) umhüllt ist,
wobei die Messkomponenten ganz oder teilweise in dem Gehäusekörper (4) eingebettet sind;
dadurch gekennzeichnet,
dass das Feldgerät weiterhin ein insbesondere zumindest teilweise perforiertes Bleichteil (9) aufweist, welches das Messrohr (2) in dessen radialer Richtung zumindest teilweise umgreift,
wobei das Blechteil (9) in dem Gehäusekörper (4) eingebettet ist.
2. Feldgerät nach Anspruch 1 ,
wobei das Blechteil (9) koaxial zum Messrohr (2) angebracht ist,
wobei das Blechteil (9) dazu ausgebildet ist, Querschnittsverformungen, insbesondere
Ausdehnungen des Messrohres (2) entgegenzuwirken, die durch das Medium verursacht werden.
3. Feldgerät nach Anspruch 1 ,
wobei das Blechteil (9) aus 1.0037 Stahl gefertigt ist,
wobei das Blechteil (9) aus einem Elektroblech gefertigt ist,
wobei das Blechteil (9) koaxial zum Messrohr (2) angebracht ist,
wobei das Blechteil (9) die Messkomponenten zumindest teilweise umgreift,
wobei das Blechteil (9) dazu ausgebildet ist die eingebetteten Messkomponenten von externen Magnetfeldern abzuschirmen.
4. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Blechteil (9) durch Abstandshalter vom Messrohr (2) beabstandet ist, wobei die Abstandshalter aus einem Elastomer gefertigt sind.
5. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Blechteil (9) eine Dicke von mindestens 1 Millimeter, insbesondere von mindestens 2 Millimeter und bevorzugt von mindestens 4 Millimeter aufweist.
6. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Messrohr (2) ein Kunststoff rohr, insbesondere ein Polyethylen Rohr umfasst.
7. Feldgerät nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Blechteil (9) einen Lochanteil von mindestens 10%, insbesondere von maximal 25% und bevorzugt von 20% aufweist.
8. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Vergussmaterial ein geschlossenzelliger Schaumstoff ist.
9. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Vergussmaterial eine Shore-Härte von mindestens 85D, insbesonderen von mindestens 70D und bevorzugt von mindestens 60D (nach ISO 868 (Stand 2018)) aufweist.
10. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Vergussmaterial mindestens eine erste und eine zweite Komponente aufweist, wobei die erste Komponente ein Epoxidharz ist,
wobei die zweite Komponente ein Härter ist,
wobei das Vergussmaterial ein Verhältnis der ersten Komponente zur zweiten
Komponente von mindestens 100:25, maximal 100:15 und bevorzugt 100:20 aufweist.
1 1 . Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Vergussmaterial ein Polyurethan umfasst.
12. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der geschlossenzellige Schaum vorwiegend zwei Porengrößen aufweist, wobei die erste Porengröße Poren mit einem Durchmesser d umfasst,
wobei die zweite Porengröße Poren mit einem Durchmesser d2 umfasst,
wobei 200 mth < d < 250 mth und 20 mth < d2 < 50 mth gilt,
wobei das Vergussmaterial ein Porenverhältnis der Poren mit der zweiten Porengröße zu den Poren mit der ersten Porengröße von mindestens 70:40, maximal 70:20 und bevorzugt 70:30 aufweist.
13. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Feldgerät ein Durchflussmessgerät umfasst, insbesondere ein magnetisch induktives Durchflussmessgerät (1).
14. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Gehäuse (3) einen Adapter mit Anschlüssen oder einen T ransmitter umfasst, der von dem Vergussmaterial zumindest teilweise umschlossen ist.
15. Verfahren zur Herstellung eines Feldgerätes mit Messkomponenten und einem Gehäuse (3), insbesondere eines Feldgerätes nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- Anbringen eines Blechteils (9) um das Messrohr (2), so dass dieses das Messrohr (2) zumindest teilweise umgreift,
wobei das Blechteil (9) vorzugsweise perforiert ist;
- Verschalen des Blechteils (9) und der Messkomponenten und/oder Elektronikbauteile mit einer Vergussform;
- Aufwärmen der ersten Komponente des Vergussmaterials bei weniger als 32°C, insbesondere bei mindestens 30°C und bevorzugt bei 30°C;
- Mischen der ersten und der zweiten Komponente und optional mindestens einer dritten Komponente des Vergussmaterials;
- Vergießen des Vergussmaterials in die Vergussform;
- Abwarten einer Offenzeit von mindestens 30 Minuten in der sich das Vergussmaterial in der Vergussform ausbreitet;
- Heizen des Vergussmaterials bei einer ersten Heiztemperatur TH 1 von
30°C < TH 1 < 33°C und einer Luftfeuchtigkeit von kleiner gleich 75% und bevorzugt kleiner gleich 70% für mindestens 30 Minuten und insbesondere mindestens 1 Stunde;
- Heizen des Vergussmaterials bei einer zweiten Heiztemperatur TH 2 mit 55°C < TH 2 < 65°C für mindestens 24 Stunden, insbesondere mindestens 12 Stunden und bevorzugt mindestens 8 Stunden; und
- Entformen des Vergussmaterials von der Vergussform.
PCT/EP2020/066930 2019-07-04 2020-06-18 Feldgerät der automatisierungstechnik und verfahren zur herstellung des feldgerätes WO2021001160A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019118074.0 2019-07-04
DE102019118074.0A DE102019118074A1 (de) 2019-07-04 2019-07-04 Feldgerät der Automatisierungstechnik und Verfahren zur Herstellung des Feldgerätes
DE102019118328.6 2019-07-05
DE102019118328 2019-07-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021001160A1 true WO2021001160A1 (de) 2021-01-07

Family

ID=71409362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/066930 WO2021001160A1 (de) 2019-07-04 2020-06-18 Feldgerät der automatisierungstechnik und verfahren zur herstellung des feldgerätes

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2021001160A1 (de)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1522827A1 (de) * 2003-10-10 2005-04-13 ABB PATENT GmbH Magnetisch-induktives Messgerät für strömende Stoffe und Verfahren zu dessen Herstellung
EP1522828A1 (de) * 2003-10-10 2005-04-13 ABB PATENT GmbH Magnetisch-induktives Messgerät für strömende Stoffe und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102004057695B4 (de) 2004-11-30 2009-12-24 Abb Ag Magnetisch induktiver Durchflussmesser mit einem Messrohr aus Kunststoff
DE102012110665A1 (de) 2012-11-07 2014-05-08 Endress + Hauser Flowtec Ag Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät und Anordnung
DE102012221616A1 (de) * 2012-11-27 2014-06-12 Siemens Aktiengesellschaft Magnetisch induktiver Durchflussmesser
DE102014105569B3 (de) 2014-04-17 2015-08-20 Endress + Hauser Flowtec Ag Gehäuse für magnetisch induktives Durchflussmessgerät
DE102014117586A1 (de) 2014-12-01 2016-06-02 Endress+Hauser Flowtec Ag Messaufnehmer vom Vibrationstyp

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1522827A1 (de) * 2003-10-10 2005-04-13 ABB PATENT GmbH Magnetisch-induktives Messgerät für strömende Stoffe und Verfahren zu dessen Herstellung
EP1522828A1 (de) * 2003-10-10 2005-04-13 ABB PATENT GmbH Magnetisch-induktives Messgerät für strömende Stoffe und Verfahren zu dessen Herstellung
DE10347878A1 (de) 2003-10-10 2005-05-04 Abb Patent Gmbh Magnetisch-induktives Messgerät für strömende Stoffe und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102004057695B4 (de) 2004-11-30 2009-12-24 Abb Ag Magnetisch induktiver Durchflussmesser mit einem Messrohr aus Kunststoff
DE102012110665A1 (de) 2012-11-07 2014-05-08 Endress + Hauser Flowtec Ag Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät und Anordnung
DE102012221616A1 (de) * 2012-11-27 2014-06-12 Siemens Aktiengesellschaft Magnetisch induktiver Durchflussmesser
DE102014105569B3 (de) 2014-04-17 2015-08-20 Endress + Hauser Flowtec Ag Gehäuse für magnetisch induktives Durchflussmessgerät
DE102014117586A1 (de) 2014-12-01 2016-06-02 Endress+Hauser Flowtec Ag Messaufnehmer vom Vibrationstyp

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANDREAS KUNZ: "Trinkwasser unser höchstes Gut Auskleidungen von Trinkwasserbehältnissen mit Polyethylen", May 2010, GFW WASSER/ABWASSER, pages: 72 - 75

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1039269B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines magnetisch-induktiven Durchflussaufnehmers
WO2020104168A1 (de) Magnetisch-induktives durchflussmessgerät und verfahren zur herstellung eines solchen magnetisch-induktiven durchflussmessgerätes
WO2009071558A2 (de) Elektrisches gerät
EP1522828A1 (de) Magnetisch-induktives Messgerät für strömende Stoffe und Verfahren zu dessen Herstellung
EP3132234B1 (de) Gehäuse für magnetisch induktives durchflussmessgerät
DE102012110665A1 (de) Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät und Anordnung
DE4115292A1 (de) Fuellstandsmessvorrichtung mit druckmessvorrichtung
EP0764831A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Messrohrs eines magnetisch-induktiven Durchflussaufnehmers
WO2006077133A1 (de) Durchflussmesseinrichtung
EP3814725A1 (de) Magnetisch-induktives durchflussmessgerät und ein verfahren, zum herstellen eines solchen magnetisch-induktiven durchfluss-messgerätes
DE102019118074A1 (de) Feldgerät der Automatisierungstechnik und Verfahren zur Herstellung des Feldgerätes
EP1396705A2 (de) Flussdetektor mit Durchführungen und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2021001160A1 (de) Feldgerät der automatisierungstechnik und verfahren zur herstellung des feldgerätes
DE102019125687B4 (de) Feldgerät der Automatisierungstechnik
DE10358268A1 (de) Magnetisch-induktiver Durchflußaufnehmer und Verfahren zu dessen Herstellung
EP3009811B1 (de) Sensoranordnung und verfahren zur herstellung einer sensoranordnung
EP1692465B1 (de) Magnetisch-induktiver durchflussaufnehmer und verfahren zu dessen herstellung
DE102015107578B4 (de) Magnetisch induktives Durchflussmessgerät und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2017186702A1 (de) Instrumentierung einer seitenwand einer stranggiesskokille mit lichtwellenleitern
WO2022028854A1 (de) Feldgerät der automatisierungstechnik
DE102015116676A1 (de) Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät und Verfahren zum Herstellen einer Messelektrode
DE102009049391A1 (de) Anordnung zur druckdichten Durchführung elektrischer Leitungen sowie Feldgerät zur Prozessinstrumentierung mit einer derartigen Anordnung
EP3048431B1 (de) Magnetisch-induktives durchflussmessgerät und verfahren zur herstellung einer messelektrode
DE102022118729A1 (de) Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
DE102005030193A1 (de) Verfahren zum Einsetzen von Messelektroden bei einem magnetisch-induktiven Durchflussmesser

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20735497

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20735497

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1