WO2021121626A1 - Sensorvorrichtung und erweiterungsmodul - Google Patents

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WO2021121626A1
WO2021121626A1 PCT/EP2019/086707 EP2019086707W WO2021121626A1 WO 2021121626 A1 WO2021121626 A1 WO 2021121626A1 EP 2019086707 W EP2019086707 W EP 2019086707W WO 2021121626 A1 WO2021121626 A1 WO 2021121626A1
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sensor
expansion module
module
expansion
sensor device
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PCT/EP2019/086707
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Inventor
Karl Griessbaum
Roland Welle
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Vega Grieshaber Kg
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Priority to PCT/EP2019/086707 priority patent/WO2021121626A1/de
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    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems
    • 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
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    • G—PHYSICS
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    • 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
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    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0428—Safety, monitoring
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
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    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25428—Field device
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50193—Safety in general

Definitions

  • the invention relates to a sensor device for determining process variables in an industrial environment, an expansion module for a sensor device and the use of the expansion module for a sensor device. Background of the invention
  • Sensors such as level measuring devices, record process parameters that are transmitted, for example, via a fieldbus or wirelessly to a server or to a data network.
  • a power cable connected to the sensor is used to provide energy.
  • they contain a battery so that the sensor can work independently.
  • there is no display or control unit on the sensor there is no display or control unit on the sensor.
  • some sensors have the option of installing such a display and control unit at a later date. The energy supply required for this unit as well as the data exchange with the sensor takes place, for example, by means of a wire interface between the sensor and the display and control unit.
  • the object of the invention is to provide a solution to provide a sensor with additional functions in a customer-specific configuration in a cost-effective manner and with little effort.
  • a sensor device for determining process variables in the industrial Elmfeld.
  • the sensor device has a sensor base unit and a first expansion module.
  • the sensor base unit has a process variable determination unit for determining the process variable, a first mechanical interface for mechanically receiving a first expansion module and a first
  • the first expansion module has a second mechanical interface to the sensor base unit and a third mechanical interface for mechanically accommodating a second expansion module, a second communication interface to the sensor base unit for transmitting measurement and / or control data and a third communication interface to the second expansion module for transmitting Measurement and / or control data.
  • process automation in an industrial environment can be understood as a sub-area of technology that includes all measures for operating machines and systems without human involvement.
  • One goal of process automation is to improve the interaction between individual components of a plant in the fields of chemistry, food, pharmaceuticals, crude oil, paper,
  • Logistics automation With the help of distance and angle sensors, processes within a building or within a single logistics system are automated in the field of logistics automation.
  • Typical applications are, for example, systems for logistics automation in the area of baggage and freight handling at airports, in the area of traffic monitoring (toll systems), in trade, parcel distribution or in the area of building security (access control).
  • ToF time of flight principle
  • Another sub-area of process automation in the industrial environment concerns factory / production automation. Use cases for this can be found in A wide variety of industries such as automobile manufacturing, food manufacturing, the pharmaceutical industry or in general in the field of packaging.
  • the aim of factory automation is to automate the production of goods using machines, production lines and / or robots, ie to let them run without human involvement.
  • the sensors used here and specific requirements with regard to the measurement accuracy when recording the position and size of an object are comparable to those in the previous example of logistics automation.
  • “Sensor” is understood to mean a device that has a measuring sensor, in particular in a housing, for determining the process variables, as well as the components that may be present within the housing, such as electronic components, connections and mechanical elements.
  • the sensor device of the first aspect contains such a sensor as a sensor base unit and a first expansion module, which is a mechanical
  • the first expansion module can be attached to the sensor base unit through the mechanical interface.
  • measurement data and control data can be exchanged between the sensor base unit and the expansion module via the data interface, referred to here as the "second communication interface”. Both the measurement and the control data can be transmitted digitally or analog.
  • the first expansion module has a further interface, referred to here as “third mechanical interface” and “third communication interface”, with which a second expansion module can be connected to the first expansion module mechanically and with regard to data exchange.
  • the second and third interfaces can be arranged, for example, in such a way that the second expansion module is placed on top of the first.
  • the first expansion module is attached to one side of the sensor base unit and is set up to receive the second expansion module as a final expansion module or further expansion modules forming a stack.
  • the first expansion module is attached to the top of the sensor base unit and the second expansion module to the top of the first expansion module, so that a stack of expansion modules is built up that extends perpendicular to the surface of the sensor base unit.
  • the communication interfaces of the first expansion module are on opposite sides, for example above and below. If the expansion modules are cylindrical, stacking the expansion modules creates a cylindrical one
  • a final expansion module does not necessarily have to have two mechanical or communication interfaces. If the final expansion module is, for example, a display and operating unit, a further expansion module would possibly hinder or prevent the reading of the display or the operation of the sensor device.
  • the first mechanical interface has a thread or a snap device.
  • the thread can, for example, be an internal or external thread of the housing, or a central screw thread.
  • the second mechanical interface that is to say the mechanical interface of the first expansion module to be accommodated on the sensor base unit, is the counterpart to the first mechanical interface of the sensor base unit and is therefore designed accordingly.
  • the first communication interface is designed optically, for example by means of an optocoupler, electrically via a wire connection, electromagnetic, ie wireless, or inductively, for example by means of NFC (Near Field Communication).
  • Communication via the communication interfaces can take place unidirectionally in one of the two directions or bidirectionally.
  • the second expansion module requests data from the first expansion module.
  • the first expansion module forwards the request to the sensor base unit and then receives measurement data, which the first expansion module in turn forwards to the requesting second expansion module.
  • the sensor base unit also has a first electrical interface to the first expansion module for providing energy.
  • the first expansion module also has a second electrical interface to the base unit for providing energy and a third electrical interface to the second expansion module for providing energy.
  • the provision of energy can also include the absorption of energy. It can also be provided that only energy is taken up at the interfaces of the expansion modules.
  • the electrical interface is inductive or wired and receives the energy from the first expansion module or delivers the energy to it.
  • the energy can be made available, for example, to the first expansion module by the second expansion module, and from the first to the sensor base unit.
  • a middle expansion module of an expansion module stack can provide energy for the further expansion modules.
  • the expansion module can be a Have energy buffer that absorbs energy from the sensor base unit over a certain period of time and stores it until enough energy is available to send a radio packet.
  • the first expansion module is set up as a wired power connection module, ie via a cable that can be connected to an external direct voltage or alternating voltage source, or as a battery module to provide energy for the sensor base unit.
  • the sensor device has an uppermost expansion module of a stack of expansion modules as the final module, a photovoltaic unit, an operating device and / or a display device.
  • This final module can be designed in such a way that no further expansion modules can be stacked on this module.
  • this can be done in the case of a module that contains an operating device and / or a display device or a photovoltaic unit with photocells.
  • the first expansion module is set up to accommodate a contactless sensor module as an expansion adapter.
  • a contactless sensor module as an expansion adapter.
  • an existing expansion module that works without contact can simply be pushed into the expansion adapter, for example.
  • the contactless sensor module can also be used if the sensor base unit has no contactless interfaces.
  • the first expansion module has a data memory and / or a communication unit for an external one Communication link on. Measured values can therefore only be recorded and collected in the data memory and transferred to a network or a smartphone via the communication link.
  • the data memory and the communication unit can be accommodated on independent expansion modules or on a common expansion module. External communication can take place, for example, according to one or more of the standards WLAN, Bluetooth, Zigbee, NB-IOT, GSM, CAT-M, LoRa, Sigfox or other protocols for data transmission.
  • the communication unit can also support a wired connection, for example a fieldbus connection, and the expansion module can provide the appropriate hardware and software, such as, for example, a corresponding plug connection or other connection.
  • the first expansion module has an acceleration sensor, a pressure sensor, a geomagnetic field sensor, a gas sensor, a distance sensor, a brightness sensor and / or a temperature sensor.
  • Distance sensors such as lidar, radar and ultrasound as well as motion sensors and brightness sensors are particularly suitable for use in the final expansion modules.
  • a stack of expansion modules has a cover.
  • the cover is attached to the sensor base unit and thus covers all expansion modules.
  • the cover can be fastened to the sensor base unit by means of a thread or a snap device, for example, and can have a sealing device, such as a sealing ring.
  • the mechanical interfaces of the expansion modules of a stack of expansion modules are sealed.
  • they are mechanically and materially designed to be waterproof, dustproof and / or airtight.
  • the expansion modules can also have a housing with the corresponding mechanical interfaces.
  • the process variable determination unit is set up to determine a pressure, a fill level, a limit level or a density.
  • an expansion module with the properties set out above is provided for the sensor device described.
  • the expansion module is used for a sensor device as described above.
  • a sensor device for determining process variables is provided with a sensor base unit and a process variable determining unit, the sensor device being modularly expandable by a plurality of stackable expansion modules.
  • FIG. 1 shows a diagram of a sensor base unit and a display and operating unit
  • FIG. 2 shows a diagram of a sensor base unit with an inserted display and operating unit
  • FIG. 3 shows a diagram of a sensor device with an expansion module for autonomous operation
  • FIG. 8 shows a generic block diagram of a sensor device with an expansion module.
  • FIG. 1 shows a sensor or a sensor base unit 101 which is supplied with energy via a field bus interface 102.
  • the measuring device 101 determines a process-relevant measured variable, for example a pressure, a fill level, a limit level or also a density.
  • the measured value is then made available to the outside in analog form, e.g. via a 4 ... 20 mA interface, and / or in digital form via the fieldbus interface 102.
  • An on-site display of the measured value determined or also an on-site operation of the sensor 101 is initially not provided in the basic configuration of a sensor unit 101.
  • the sensor 101 has sliding contacts 106 which are embodied in the form of a wire and which are set up to exchange energies and / or data with extension electronics introduced into the opening 105.
  • Fig. 2 shows the sensor base unit 101 with the expansion electronics introduced in the form of an expansion module 104, e.g. the aforementioned display and operating module 104.
  • an expansion module 104 e.g. the aforementioned display and operating module 104.
  • the sensor 101 is hermetically sealed by screwing on a cover 201.
  • a cover 201 By means of specially attached sealing rings 204 in the area 202 between the cover and the sensor housing, it can be ensured that no moisture and no dust can penetrate into the interior of the sensor during the subsequent operating phase.
  • the sensor 301 is designed with regard to its expansion interface 304, depending on the connected expansion module, to use an energy flow flowing in via interface 304 to supply its own electronic components.
  • an energy module 303 equipped with batteries 305 is inserted into the expansion slot 105 and can supply the sensor 301 with energy via the interface 304.
  • the introduction of wired supply power via the fieldbus interface 306 can thus be dispensed with.
  • the formerly wired sensor 101 can thus be easily converted into an autarkic measuring sensor.
  • the battery module 401 has a plurality of energy reservoirs 408, for example
  • the wireless communication module 402 has at least one wireless communication chip 411 and an antenna 412, which exchange measured values and / or control commands in wireless form with an external location, for example a radio mast or a smartphone.
  • Various prior art wireless communication standards can be used for this, for example WLAN, Bluetooth, Zigbee, NB-IOT, GSM, CAT-M, LoRa, Sigfox or other known standards.
  • provision can be made for the module 402 to be equipped with additional energy reservoirs 410. Provision can also be made to initially draw energy from the sensor base unit 301 during the operating phase and to accumulate it in an energy store 409 until sufficient energy is available to send a radio packet.
  • the expansion adapter 403 makes it possible to use contactless expansion modules 413, as they can be used in self-sufficient filling level sensors, on sensors with wired expansion interfaces 304.
  • the expansion adapter 403 has a wireless energy transmission interface 414, for example an induction coil, and a wireless communication interface 415, for example an NFC interface.
  • the photovoltaic module 404 can be used to increase the measurement repetition rate of wired sensors by additionally introducing energy from a solar cell 416, or to provide the entire supply power of a sensor 301. In the latter case, an originally wired sensor 101 is further developed into an autonomously operating sensor 301.
  • the display and operating module 405 has an input unit 418, for example a pushbutton 418, and, after being inserted into a sensor 301, enables on-site operation directly at the measuring point without adding further operating elements such as smartphone or PC.
  • the service module 406 can be used for long-term diagnosis of problematic measuring points. It contains a long-term data memory 419, for example an SD card 419, which is used to record the diagnostic data supplied by the sensor 301 over longer periods of time. The data can then facilitate diagnosis and troubleshooting by trained service employees.
  • a long-term data memory 419 for example an SD card 419, which is used to record the diagnostic data supplied by the sensor 301 over longer periods of time. The data can then facilitate diagnosis and troubleshooting by trained service employees.
  • the cable module 407 or power connection module 407 can always be used if a sensor base unit 301 is subsequently included additional power is to be supplied in a wired manner, or if faster, wired communication interfaces are to be added.
  • the cable module 407 provides at least one interface 421 for connecting a cable 420, which can transmit additional energy to the sensor base unit 301 and / or read out information from the sensor base unit 301 or bring it into it from outside, such as measured values or a software update. Provision can be made to implement further wired fieldbus standards in the cable module 407 by installing hardware and software components, and thus to design the sensor so that it can be retrofitted for future standards.
  • the sensor base unit 301 is mechanically designed in the area of its extension slot 105 in such a way that it enables a mechanical fixation of an extension module, for example with a snap mechanism 504, 505 or a thread receptacle or other known designs for fixation two components.
  • Expansion module 502 has the same fixing contour 504 on its upper side as the base sensor 301, and moreover also offers the interface 505, which is functionally identical to the contacting point 304, on its upper side.
  • the combination of these two features makes it possible according to the invention to use the system with further expansion modules, which are arranged in a manner stacked on top of one another, expandable, for example with a module 503. It is obvious that not all modules 401 to 407 are suitable for all positions in a stack.
  • intermediate modules 502 however, all modules can be used which do not have to be freely accessible on their upper side, i.e. in particular the battery module 401, the radio module 402, the expansion adapter 403, the service module 406 and the cable module 407 404 as well as the display and operating module 405.
  • each expansion module can also be designed as a finalization module.
  • the sensor base unit 301 supplemented with several modules 402, 503 is closed by a correspondingly high cover 501, which closes the complete arrangement from the outside and thus protects it from dust and moisture.
  • Figure 6 shows a further development of a sensor device according to the invention with the sensor base unit 601, intermediate modules 603, 604 and finalization module 602.
  • the intermediate modules 603, 604 are designed according to the invention to directly supplement and continue the housing of the sensor 601 through mechanical design and material selection on their respective outer surface .
  • the finalization module 602 is designed both on its outer surface and on its upper side by means of mechanical design and choice of material to supplement the housing of the sensor and thus completely close it off.
  • the attachment of a cover the size of which depends on the number of added modules 502, 503, can be dispensed with.
  • a snap mechanism 605, 606 is provided in the example in FIG. 6 in order to ensure the mechanical stability of the complete arrangement.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the sensor device.
  • the intermediate module 702 and the finalization module 703 are implemented here by circumferential sealing rings 704, 705 to separate the cavity 706, 707 in the area of the contacting 708, 709 hermetically in relation to the ambient atmosphere.
  • This design can enable safe operation of the complete arrangement, particularly in areas at risk of explosion.
  • a circumferential thread 710, 711 is provided in the example in FIG. 7 in order to ensure the mechanical stability of the complete arrangement.
  • FIG. 8 shows, in summary, a generic block diagram of a sensor device (100) for determining process variables in an industrial environment with a sensor base unit (101) and an expansion module (120).
  • the sensor base unit (101) has the following components:
  • the first expansion module (120) has a second mechanical interface (121) to the sensor base unit (101), a third mechanical interface (131) for mechanically accommodating a second expansion module, a second communication interface (122) to the
  • Sensor base unit (101) for transmitting measurement and / or control data and a third communication interface (132) to the second expansion module for transmitting measurement and / or control data.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung (100) zur Prozessgrößenermittlung im industriellen Umfeld, aufweisend eine Sensorbasiseinheit (101) und ein erstes Erweiterungsmodul (120). Die Sensorbasiseinheit (101) weist Folgende Komponenten auf: Eine Prozessgrößenermittlungseinheit (103) zum Ermitteln der Prozessgröße,eine erste mechanische Schnittstelle (111) zum mechanischen Aufnehmen eines ersten Erweiterungsmoduls (120) und eine erste Kommunikationsschnittstelle (112) zu dem ersten Erweiterungsmodul (120) zum Übertragen von Mess-und/oder Steuerdaten. Das erste Erweiterungsmodul (120) weist hierbei eine zweite mechanische Schnittstelle (121) zu der Sensorbasiseinheit(101) auf, eine dritte mechanische Schnittstelle (131) zum mechanischen Aufnehmen eines zweiten Erweiterungsmoduls(140), eine zweite Kommunikationsschnittstelle (122) zu der Sensorbasiseinheit (101) zum Übertragen von Mess-und/oder Steuerdaten und eine dritte Kommunikationsschnittstelle (132) zu dem zweiten Erweiterungsmodul (140) zum Übertragen von Mess-und/oder Steuerdaten.

Description

Sensorvorrichtung und Erweiterungsmodul
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Prozessgrößenermittlung im industriellen Umfeld, ein Erweiterungsmodul für eine Sensorvorrichtung und die Verwendung des Erweiterungsmoduls für eine Sensorvorrichtung. Hintergrund der Erfindung
Sensoren, wie zum Beispiel Füllstandmessgeräte erfassen Prozessmessgrößen, die beispielsweise über einen Feldbus oder drahtlos an einen Server oder in ein Datennetz übertragen werden. Zur Energiebereitstellung dient ein an den Sensor angeschlossenes Stromkabel. Alternativ enthalten sie eine Batterie, so dass der Sensor autark arbeiten kann. In der Regel ist am Sensor allerdings keine Anzeige- und Bedieneinheit vorhanden. Manche Sensoren weisen jedoch die Möglichkeit auf, eine solche Anzeige- und Bedieneinheit nachträglich zu installieren. Die für diese Einheit notwendige Energieversorgung sowie der Datenaustausch mit dem Sensor erfolgt dabei z.B. mittels einer Drahtschnittstelle zwischen dem Sensor und der Anzeige- und Bedieneinheit. Weitere nachträgliche Funktionseinheiten könnten bedingt im Sensor oder in der Anzeige- und Bedieneinheit untergebracht werden, was aber eine Modifikation des bestehenden Sensors oder eine spezielle Ausführungsform der Anzeige- und Bedieneinheit mit sich brächte. Auch kann es aus Platzgründen oder anderen Gründen nicht möglich sein, nachträglich Funktionseinheiten in einen bestehenden Sensor oder der Anzeige- und Bedieneinheit zu integrieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es eine Lösung anzugeben, um kosteneffizient und mit geringem Aufwand einem Sensor zusätzliche Funktionen in kundenspezifischer Konfiguration zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung, sowie der Figuren.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Sensorvorrichtung zur Prozessgrößenermittlung im industriellen Elmfeld zur Verfügung gestellt. Die Sensorvorrichtung weist eine Sensorbasiseinheit und ein erstes Erweiterungsmodul auf. Die Sensorbasiseinheit weist eine Prozessgrößenermittlungseinheit zum Ermitteln der Prozessgröße, eine erste mechanische Schnittstelle zum mechanischen Aufnehmen eines ersten Erweiterungsmoduls und eine erste
Kommunikationsschnittstelle zu dem ersten Erweiterungsmodul zum Übertragen von Mess- und/oder Steuerdaten auf. Das erste Erweiterungsmodul weist eine zweite mechanische Schnittstelle zu der Sensorbasiseinheit auf sowie eine dritte mechanische Schnittstelle zum mechanischen Aufnehmen eines zweiten Erweiterungsmoduls, eine zweite Kommunikationsschnittstelle zu der Sensorbasiseinheit zum Übertragen von Mess- und/oder Steuerdaten und eine dritte Kommunikationsschnittstelle zu dem zweiten Erweiterungsmodul zum Übertragen von Mess- und/oder Steuerdaten. Unter dem Begriff „Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld“ kann ein Teilgebiet der Technik verstanden werden, welches alle Maßnahmen zum Betrieb von Maschinen und Anlagen ohne Mitwirkung des Menschen beinhaltet. Ein Ziel der Prozessautomatisierung ist es, das Zusammenspiel einzelner Komponenten einer Werksanlage in den Bereichen Chemie, Lebensmittel, Pharma, Erdöl, Papier,
Zement, Schifffahrt oder Bergbau zu automatisieren. Hierzu können eine Vielzahl an Sensoren eingesetzt werden, welche insbesondere an die spezifischen Anforderungen der Prozessindustrie, wie bspw. mechanische Stabilität, Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, extremen Temperaturen und extremen Drücken, angepasst sind. Messwerte dieser Sensoren werden üblicherweise an eine Leitwarte übermittelt, in welcher Prozessparameter wie Füllstand, Grenzstand, Durchfluss, Druck oder Dichte überwacht und Einstellungen für die gesamte Werksanlage manuell oder automatisiert verändert werden können. Ein Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die
Logistikautomation. Mit Hilfe von Distanz- und Winkelsensoren werden im Bereich der Logistikautomation Abläufe innerhalb eines Gebäudes oder innerhalb einer einzelnen Logistikanlage automatisiert. Typische Anwendungen finden z.B. Systeme zur Logistikautomation im Bereich der Gepäck- und Frachtabfertigung an Flughäfen, im Bereich der Verkehrsüberwachung (Mautsysteme), im Handel, der Paketdistribution oder aber auch im Bereich der Gebäudesicherung (Zutrittskontrolle). Gemein ist den zuvor aufgezählten Beispielen, dass eine Präsenzerkennung in Kombination mit einer genauen Vermessung der Größe und der Lage eines Objektes von der jeweiligen Anwendungsseite gefordert wird. Hierfür können Sensoren auf Basis optischer Messverfahren mittels Laser, LED, 2D- Kameras oder 3D-Kameras, die nach dem Laufzeitprinzip (time of flight, ToF) Abstände erfassen, verwendet werden.
Ein weiteres Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Fabrik-/Fertigungsautomation. Anwendungsfälle hierzu finden sich in den unterschiedlichsten Branchen wie Automobilherstellung, Nahrungsmittelherstellung, Pharmaindustrie oder allgemein im Bereich der Verpackung. Ziel der Fabrikautomation ist, die Herstellung von Gütern durch Maschinen, Fertigungslinien und/oder Roboter zu automatisieren, d. h. ohne Mitwirkung des Menschen ablaufen zu lassen. Die hierbei verwendeten Sensoren und spezifischen Anforderungen im Hinblick auf die Messgenauigkeit bei der Erfassung der Lage und Größe eines Objektes sind mit denen der im vorigen Beispiel der Logistikautomation vergleichbar. Unter „Sensor“ wird ein Gerät verstanden, das einen Messfühler, insbesondere in einem Gehäuse, zum Ermitteln der Prozessgrößen aufweist, sowie die, gegebenenfalls innerhalb des Gehäuses, vorhandenen Bauteile, wie z.B. Elektronikkomponenten, Anschlüsse und mechanische Elemente.
Die Sensorvorrichtung des ersten Aspekts enthält einen solchen Sensor als Sensorbasiseinheit sowie ein erstes Erweiterungsmodul, das eine mechanische
Schnittstelle und eine Kommunikationsschnittstelle bzw. Datenschnittstellen zu der Sensorbasiseinheit aufweist, sowie eine mechanische Schnittstelle und eine Datenschnittstellen zu einem zweiten Erweiterungsmodul. Durch die mechanische Schnittstelle kann das erste Erweiterungsmodul an der Sensorbasiseinheit angebracht werden. Im angebrachten Zustand können z.B. Messdaten und Steuerdaten über die Datenschnittstelle, hier als „zweite Kommunikationsschnittstelle“ bezeichnet, zwischen der Sensorbasiseinheit und dem Erweiterungsmodul ausgetauscht werden. Sowohl die Mess- als auch die Steuerdaten können digital oder analog übertragen werden. Das erste Erweiterungsmodul weist eine weitere Schnittstelle, hier als „dritte mechanische Schnittstelle“ und „dritte Kommunikationsschnittstelle“ bezeichnet, auf, mit der ein zweites Erweiterungsmodul an das erste Erweiterungsmodul mechanisch und bezüglich des Datenaustauschs angeschlossen werden kann.
Die zweiten und dritten Schnittstellen können beispielsweise so angeordnet sein, dass das zweite Erweiterungsmodul auf das erste gesetzt wird. Gemäß einer Ausführungsform wird das erste Erweiterungsmodul an einer Seite der Sensorbasiseinheit angebracht und ist eingerichtet, das zweite Erweiterungsmodul als finales Erweiterungsmodul oder einen Stapel bildend weitere Erweiterungsmodule aufzunehmen. Zum Beispiel wird das erste Erweiterungsmodul an der Oberseite der Sensorbasiseinheit befestigt und das zweite Erweiterungsmodul an der Oberseite des ersten Erweiterungsmoduls, so dass ein Stapel an Erweiterungsmodulen aufgebaut wird, der sich senkrecht zur Oberfläche der Sensorbasiseinheit erstreckt. In diesem Fall liegen die Kommunikationsschnittstellen des ersten Erweiterungsmoduls auf gegenüberliegenden Seiten, z.B. oben und unten. Sind die Erweiterungsmodule zylindrisch, entsteht durch das Stapeln der Erweiterungsmodule ein zylindrischer
Stapel mit runder Querschnittsfläche, bei dem sich die Gesamthöhe aus der Höhe der einzelnen Erweiterungsmodule ergibt. Die einzelnen Erweiterungsmodule können hierbei eine gleiche oder eine unterschiedliche Höhe aufweisen. Ein finales Erweiterungsmodul muss nicht notwendigerweise zwei mechanische bzw. Kommunikationsschnittstellen aufweisen. Ist das finale Erweiterungsmodul beispielsweise eine Anzeigen- und Bedieneinheit, würde möglicherweise ein weiteres Erweiterungsmodul das Lesen der Anzeige oder das Bedienen der Sensorvorrichtung be- oder verhindern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erste mechanische Schnittstelle ein Gewinde oder eine Schnappvorrichtung auf. Das Gewinde kann zum Beispiel ein Innen- oder Außengewinde des Gehäuses sein, oder ein zentrales Schraubengewinde. Die zweite mechanische Schnittstelle, also die mechanische Schnittstelle des ersten Erweiterungsmoduls um auf der Sensorbasiseinheit aufgenommen zu werden, ist das Gegenstück zu der ersten mechanischen Schnittstelle der Sensorbasiseinheit und ist somit entsprechend ausgestaltet. Gleiches gilt für die mechanischen Schnittstellen, um das zweite Erweiterungsmodul an dem ersten Erweiterungsmodul zu befestigen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Kommunikationsschnittstelle optisch, z.B. durch einen Optokoppler, elektrisch über eine Drahtverbindung, elektromagnetisch, d.h. drahtlos, oder induktiv, beispielsweise mittels NFC (Near Field Communication, Nahfeldkommunikation), ausgestaltet. Die Kommunikation über die Kommunikationsschnittstellen kann hierbei unidirektional in einer der beiden Richtungen stattfinden oder bidirektional. Beispielsweise fordert das zweite Erweiterungsmodul Daten von dem ersten Erweiterungsmodul an. Das erste Erweiterungsmodul leitet die Anforderung an die Sensorbasiseinheit weiter und erhält daraufhin Messdaten, die das erste Erweiterungsmodul wiederum an das anfragende zweite Erweiterungsmodul weiterleitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Sensorbasiseinheit weiterhin eine erste elektrische Schnittstelle zu dem ersten Erweiterungsmodul zum Bereitstellen von Energie auf. Das erste Erweiterungsmodul weist weiterhin eine zweite elektrische Schnittstelle zu der Basiseinheit zum Bereitstellen von Energie auf sowie eine dritte elektrische Schnittstelle zu dem zweiten Erweiterungsmodul zum Bereitstellen von Energie. Das Bereitstellen von Energie kann in einer Ausführungsform auch das Aufnehmen von Energie beinhalten. Es kann auch vorgesehen sein, an den Schnittstellen der Erweiterungsmodule ausschließlich Energie aufzunehmen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die elektrische Schnittstelle induktiv oder drahtgebunden, und die Energie von dem ersten Erweiterungsmodul erhält oder die Energie an dieses abgibt.
Die Energie kann zum Beispiel dem ersten Erweiterungsmodul von dem zweiten Erweiterungsmodul zur Verfügung gestellt werden, und von dem ersten an die Sensorbasiseinheit. Alternativ kann ein mittleres Erweiterungsmodul eines Erweiterungsmodulstapels Energie für die weiteren Erweiterungsmodule zur Verfügung stellen. Beispielsweise kann das Erweiterungsmodul einen Energiezwischenspeicher aufweisen, der über eine gewisse Zeitspanne Energie aus der Sensorbasiseinheit aufnimmt und speichert, bis genügend Energie zum Absetzen eines Funkpakets zur Verfügung steht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erste Erweiterungsmodul eingerichtet, als kabelgebundenes Stromanschlussmodul, d.h. über ein Kabel, das an eine externe Gleichspannungs- oder Wechselspannungsquelle angeschlossen werden kann, oder als Batteriemodul Energie für die Sensorbasiseinheit zur Verfügung zu stellen.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Sensorvorrichtung ein oberstes Erweiterungsmodul eines Stapels an Erweiterungsmodul als finales Modul eine Photovoltaikeinheit auf, eine Bedienvorrichtung und/oder eine Anzeigevorrichtung. Das heißt, das erste Erweiterungsmodul wird als „unterstes“ Erweiterungsmodul betrachtet, auf das n weitere Erweiterungsmodule gestapelt werden, wobei n=l ...N, so dass das N+l-te Erweiterungsmodul das letzte Modul, also das oberste Modul des Stapels ist. Dieses finale Modul kann so gestaltet sein, dass keine weiteren Erweiterungsmodule mehr auf dieses Modul gestapelt werden können.
Beispielsweise kann dies bei einem Modul, das eine Bedienvorrichtung und/oder eine Anzeigevorrichtung oder eine Photovoltaikeinheit mit Photozellen beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform ist das erste Erweiterungsmodul eingerichtet, als Erweiterungsadapter ein kontaktlos arbeitendes Sensormodul aufzunehmen. Somit kann ein vorhandenes Erweiterungsmodul, das kontaktlos arbeitet, einfach z.B. in den Erweiterungsadapter eingeschoben werden. Durch einen Erweiterungsadapter kann das kontaktlos arbeitende Sensormodul somit auch verwendet werden, wenn die Sensorbasiseinheit keine kontaktlosen Schnittstellen hat.
Gemäß einer Ausführungsform weist das erste Erweiterungsmodul einen Datenspeicher und/oder eine Kommunikationseinheit für eine externe Kommunikationsverbindung auf. Messwerte können somit erst in dem Datenspeicher aufgenommen und gesammelt werden und über die Kommunikationsverbindung in ein Netzwerk oder ein Smartphone übertragen werden. Der Datenspeicher und die Kommunikationseinheit können hierbei auf eigenständigen Erweiterungsmodulen untergebracht sein oder auf einem gemeinsamen Erweiterungsmodul. Die externe Kommunikation kann beispielsweise nach einem oder mehreren der Standards WLAN, Bluetooth, Zigbee, NB-IOT, GSM, CAT-M, LoRa, Sigfox oder anderen Protokollen zur Datenübertragung erfolgen. Die Kommunikationseinheit kann auch eine drahtgebundene Verbindung, z.B. eine Feldbusverbindung unterstützen und das Erweiterungsmodul die entsprechende Hardware und Software, wie zum Beispiel auch eine entsprechende Steckverbindung oder sonstigen Anschluss zur Verfügung stellen.
Gemäß einer Ausführungsform weist das erste Erweiterungsmodul einen Beschleunigungssensor, einen Drucksensor, einen Erdmagnetfeldsensor, einen Gassensor, einen Abstandsensor, einen Helligkeitssensor und/oder einen Temperatursensor auf. Abstandsensoren wie Lidar, Radar und Ultraschall sowie Bewegungssensoren und Helligkeitssensoren sind insbesondere in den finalen Erweiterungsmodulen zur Anwendung geeignet.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein Stapel von Erweiterungsmodulen einen Deckel auf. Der Deckel wird an der Sensorbasiseinheit angebracht und überdeckt somit alle Erweiterungsmodule. Der Deckel kann beispielsweise über ein Gewinde oder eine Schnappvorrichtung an der Sensorbasiseinheit befestigt werden und kann eine Dichtvorrichtung, wie z.B. einen Dichtungsring aufweisen. Alternativ weisen die mechanischen Schnittstellen der Erweiterungsmodule eines Stapel von Erweiterungsmodulen eine Dichtigkeit auf. Zum Beispiel sind sie mechanisch und bezüglich des Materials so konzipiert, dass sie wasserdicht, staubdicht und/oder luftdicht sind. Die Erweiterungsmodule können auch ein Gehäuse mit den entsprechenden mechanischen Schnittstellen aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Prozessgrößenermittlungseinheit eingerichtet, einen Druck, einen Füllstand, einen Grenzstand oder eine Dichte zu ermitteln. Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Erweiterungsmodul mit den oben ausgeführten Eigenschaften für die beschriebene Sensorvorrichtung bereitgestellt.
Gemäß einem dritten Aspekt wird das Erweiterungsmodul für eine wie oben beschriebene Sensorvorrichtung verwendet.
Weitere Optionen entsprechen und ergeben sich aus den oben beschriebenen Ausführungsformen.
Somit wird eine Sensorvorrichtung zur Prozessgrößenermittlung mit einer Sensorbasiseinheit und einer Prozessgrößenermittlungseinheit bereitgestellt, wobei die Sensorvorrichtung modular durch mehrere stapelbare Erweiterungsmodule erweiterbar ist.
Andere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können vom Fachmann bei der Durchführung der beanspruchten Erfindung durch das Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort "umfassend" andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel "ein" oder "ein" schließt eine Vielzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander abhängigen Ansprüchen angegeben sind, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft genutzt werden kann. Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie den Umfang der Ansprüche begrenzen. Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Weder die Beschreibung noch die Figuren sollen als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden. Hierbei zeigt
Fig. 1 ein Diagramm einer Sensorbasiseinheit und einer Anzeige- und Bedieneinheit,
Fig. 2 ein Diagramm einer Sensorbasiseinheit mit eingesetzter Anzeige- und Bedieneinheit,
Fig. 3 ein Diagramm einer Sensorvorrichtung mit einem Erweiterungsmodul für einen autarken Betrieb,
Fig. 4 unterschiedliche Ausführungsformen von Erweiterungsmodulen,
Fig. 5 ein Diagramm einer Sensorvorrichtung mit zwei Erweiterungsmodulen,
Fig. 6 eine Anordnung mit einem Basissensor, Zwischenmodulen und einem Finalisierungsmodul,
Fig. 7 ein weiteres Diagramm einer Sensorvorrichtung mit Dichtungsringen,
Fig. 8 ein generisches Blockdiagramm einer Sensorvorrichtung mit einem Erweiterungsmodul.
Die Zeichnungen sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Detaillierte Beschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt einen Sensor bzw. eine Sensorbasiseinheit 101, die über eine Feldbusschnittstelle 102 mit Energie versorgt wird. Mit Hilfe einer Messwertbestimmungseinheit 103 bestimmt das Messgerät 101 eine prozessrelevante Messgröße, beispielsweise einen Druck, einen Füllstand, einen Grenzstand oder auch eine Dichte. Der Messwert wird dann in analoger Form, z.B. über eine 4 ... 20mA Schnittstelle, und/oder in digitaler Form über die Feldbusschnittstelle 102 nach außen hin zur Verfügung gestellt. Eine Vor-Ort- Anzeige des ermittelten Messwertes oder auch eine Vor-Ort-Bedienung des Sensor 101 ist in der Basiskonfiguration einer Sensoreinheit 101 zunächst nicht vorgesehen.
Wünscht ein Kunde eine Anzeige- und Bedienmöglichkeit direkt am Sensor, so kann er nachträglich ein Anzeige- und Bedienmodul 104 bestellen, und nach erfolgter Lieferung eigenständig in die dafür vorgesehene Öffnung 105 des Sensors einsetzen. Der Sensor 101 besitzt in seiner Erweiterungsöffnung 105 drahtförmig ausgebildete Schleifkontakte 106, welche eingerichtet sind, mit einer in die Öffnung 105 eingebrachten Erweiterungselektronik Energien und/oder Daten auszutauschen.
Fig. 2 zeigt die Sensorbasiseinheit 101 mit der in Form eines Erweiterungsmoduls 104, z.B. des genannten Anzeige- und Bedienmoduls 104, eingebrachten Erweiterungselektronik. Nach dem Einbringen eines Erweiterungsmoduls 104 in die Öffnung 105 wird der Sensor 101 durch Aufschrauben eines Deckels 201 hermetisch dicht verschlossen. Durch speziell angebrachte Abdichtringe 204 im Bereich 202 zwischen Deckel und Sensorgehäuse kann sichergestellt werden, dass während der anschließenden Betriebsphase keine Feuchtigkeit und kein Staub in das Innere des Sensors eindringen kann.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem ein autarker Betrieb von Sensoren ermöglicht wird. Der Sensor 301 ist im Hinblick auf seine Erweiterungsschnittstelle 304 ausgebildet, in Abhängigkeit vom angeschlossenen Erweiterungsmodul einen über die Schnittstelle 304 einfließenden Energiefluss zur Versorgung der eigenen Elektronikkomponenten zu verwenden. Zu diesem Zwecke ist in den Erweiterungsschacht 105 ein mit Batterien 305 bestücktes Energiemodul 303 eingesetzt, welches den Sensor 301 über die Schnittstelle 304 mit Energie versorgen kann. Das Einbringen drahtgebundener Versorgungsleistung über die Feldbusschnittstelle 306 kann somit entfallen. Der ehemals drahtgebundene Sensor 101 kann somit auf einfache Art zu einem autark messenden Sensor umgebaut werden.
Fig. 4 zeigt unterschiedliche Ausführungsformen von Erweiterungsmodulen. Allen gezeigten Ausführungsformen ist gemein, dass über die Schleifkontakte 400 Daten und / oder Energie mit einem Sensor 301 ausgetauscht werden können. Das Batteriemodul 401 weist mehrere Energiereservoirs 408, beispielsweise
Batterien oder Akkumulatoren 408, auf, welche geeignet sind, den Sensor 301 nach Einbringen in dessen Erweiterungsschacht 105 mit Energie zu versorgen.
Das Drahtloskommunikationsmodul 402 weist zumindest einen Drahtloskommunikationschip 411 und eine Antenne 412 auf, welche Messwerte und/oder Steuerbefehle in drahtloser Form mit einer externen Stelle, beispielsweise einem Funkmast oder einem Smartphone, austauschen. Hierfür können verschiedene Drahtloskommunikationsstandards nach dem Stand der Technik verwendet werden, beispielsweise WLAN, Bluetooth, Zigbee, NB-IOT, GSM, CAT-M, LoRa, Sigfox oder auch andere bekannte Standards. In Abhängigkeit vom Energiebedarf für eine solche Kommunikation kann vorgesehen sein, das Modul 402 mit zusätzlichen Energiereservoirs 410 zu bestücken. Es kann auch vorgesehen sein, während der Betriebsphase zunächst Energie von der Sensorbasiseinheit 301 zu beziehen, und in einem Energiespeicher 409 anzusammeln, bis genügend Energie zum Absetzen eines Funkpakets zur Verfügung steht. Der Erweiterungsadapter 403 ermöglicht es, kontaktlos arbeitende Erweiterungsmodule 413, wie sie bei autark arbeitenden Füllstandsensoren verwendet werden können, auf Sensoren mit drahtgebundenen Erweiterungsschnittstellen 304 zu verwenden. Der Erweiterungsadapter 403 weist hierzu eine drahtlos arbeitende Energieübertragungsschnittstelle 414, beispielsweise eine Induktionsspule, sowie eine drahtlos arbeitende Kommunikationsschnittstelle 415, beispielsweise eineNFC-Schnittstelle, auf. Das Photovoltaikmodul 404 kann nach Einsetzen in den Erweiterungsschacht 105 eines Sensors 301 dazu verwendet werden, die Messwiederholrate drahtgebundener Sensoren durch zusätzlich eingebrachte Energie einer Solarzelle 416 zu erhöhen, oder aber auch die gesamte Versorgungsleistung eines Sensors 301 bereitzustellen. In letzterem Fall wird ein ursprünglich drahtgebunden ausgeführter Sensor 101 zu einem autark arbeitenden Sensor 301 fortentwickelt.
Das Anzeige- und Bedienmodul 405 weist neben einer Anzeige 417 eine Eingabeeinheit 418, beispielsweise einen Tastknopf 418, auf, und ermöglicht nach Einsetzen in einen Sensor 301 eine Vor-Ort-Bedienung direkt an der Messstelle ohne Hinzunahme weiterer Bedienelemente wie Smartphone oder PC.
Das Servicemodul 406 kann zur Langzeitdiagnose bei problembehafteten Messstellen verwendet werden. Es beinhaltet einen Langzeitdatenspeicher 419, beispielsweise eine SD-Karte 419, der dazu dient, die vom Sensor 301 gelieferten Diagnosedaten über längere Zeiträume hinweg aufzuzeichnen. Die Daten können anschließend die Diagnose und Fehlersuche durch geschulte Servicemitarbeiter erleichtern.
Das Kabelmodul 407 bzw. Stromanschlussmodul 407 schließlich kann immer dann verwendet werden, wenn ein Sensorbasiseinheit 301 nachträglich doch mit zusätzlicher Leistung drahtgebunden versorgt werden soll, oder wenn schnellere, drahtgebundene Kommunikationsschnittstellen ergänzt werden sollen. Hierzu stellt das Kabelmodul 407 zumindest eine Schnittstelle 421 zum Anschluss eines Kabels 420 bereit, welches der Sensorbasiseinheit 301 zusätzliche Energie übermitteln kann und/oder Informationen aus der Sensorbasiseinheit 301 auslesen oder in diese von außen einbringen kann, wie beispielsweise Messwerte oder ein Softwareupdate. Es kann vorgesehen sein, im Kabelmodul 407 weitere drahtgebundene Feldbusstandards durch den Einbau von Hard- und Softwarekomponenten zu realisieren, und somit den Sensor für zukünftige Standards nachrüstbar auszugestalten.
Weiterhin (ohne Figur) kann vorgesehen sein, Erweiterungsmodule mit zusätzlicher Sensorik auszustatten, um die Einsatzmöglichkeiten eines Sensors zu erweitern. Es kann vorgesehen sein, in den Zwischen- und/oder Finalisierungsmodulen Sensoren ausgewählt aus der Gruppe von Beschleunigungssensoren, Drucksensoren, Temperatursensoren, Erdmagnetfeldsensoren, Gassensoren oder anderen Sensoren zu integrieren. In den Finalisierungsmodulen kann darüber hinaus vorgesehen sein, Sensoren wie Abstandsensoren, z.B. Lidar, Radar, Ultraschall, Bewegungssensoren, Helligkeitssensoren oder auch andere Sensoren zu integrieren. Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Weiterbildung für die Ausgestaltung der
Erweiterungsmodule 401, 402, 403, 406, 407. Die Sensorbasiseinheit 301 wird im Bereich ihres Erweiterungsschachtes 105 mechanisch derart ausgebildet, dass sie eine mechanische Fixierung eines Erweiterungsmoduls ermöglicht, beispielsweise mit einem Schnappmechanismus 504, 505 oder auch einer Gewindeaufnahme oder anderen bekannten Ausführungen zur Fixierung zweier Bauteile. Das
Erweiterungsmodul 502 weist an seiner Oberseite die gleiche Fixierungskontur 504 wie der Basissensor 301 auf, und bietet darüber hinaus auch die funktional zur Kontaktierungsstelle 304 identische Schnittstelle 505 an seiner Oberseite an. Die Kombination dieser beiden Merkmale erlaubt es erfindungsgemäß, das System mit weiteren Erweiterungsmodulen, welche quasi aufeinander gestapelt angeordnet sind, zu erweitern, beispielsweise mit einem Modul 503. Es ist offensichtlich, dass nicht alle Module 401 bis 407 für alle Positionen in einem Stapel geeignet sind. Als Zwischenmodule 502 lassen sich jedoch alle Module verwenden, welche an ihrer Oberseite nicht frei zugänglich sein müssen, also insbesondere das Batteriemodul 401, das Funkmodul 402, der Erweiterungsadapter 403, das Servicemodul 406 sowie das Kabelmodul 407. Als Finalisierungsmodul 503 lassen sich insbesondere das Photovoltaikmodul 404 sowie das Anzeige- und Bedienmodul 405 ausbilden. Jedoch kann prinzipiell jedes Erweiterungsmodul auch als Finalisierungsmodul ausgebildet sein.
Die mit mehreren Modulen 402, 503 ergänzte Sensorbasiseinheit 301 wird durch einen entsprechend hoch ausgestalteten Deckel 501 verschlossen, welcher die Komplettanordnung nach außen hin abschließt und somit vor Staub und Feuchtigkeit schützt.
Figur 6 zeigt eine weitere Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung mit der Sensorbasiseinheit 601, Zwischenmodulen 603, 604 und Finalisierungsmodul 602. Die Zwischenmodule 603, 604 sind erfindungsgemäß ausgeführt, durch mechanische Ausgestaltung und Materialwahl an ihrer jeweiligen Mantelfläche das Gehäuse des Sensors 601 direkt zu ergänzen und weiterzuführen. Das Finalisierungsmodul 602 ist sowohl an seiner Mantelfläche, als auch an seiner Oberseite durch mechanische Ausgestaltung und Materialwahl ausgeführt, das Gehäuse des Sensors zu ergänzen, und somit komplett abzuschließen. Im Vergleich zur Figur 5 kann ein Anbringen eines Deckels, dessen Größe von der Anzahl ergänzter Module 502, 503 abhängt, verzichtet werden. Beispielhaft, aber keinesfalls ausschließend, wird im Beispiel der Figur 6 ein Schnappmechanismus 605, 606 vorgesehen, um die mechanische Stabilität der Komplettanordnung sicherzustellen.
Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Sensorvorrichtung. Das Zwischenmodul 702 und das Finalisierungsmodul 703 sind hierbei ausgeführt, durch umlaufende Dichtringe 704, 705 den Hohlraum 706, 707 im Bereich der Kontaktierung 708, 709 hermetisch dicht gegenüber der Umgebungsatmosphäre zu trennen. Diese Ausführung kann insbesondere in explosionsgefährdeten Bereichen einen sicheren Betrieb der Komplettanordnung ermöglichen. Beispielhaft, aber keinesfalls ausschließend, wird im Beispiel der Figur 7 ein umlaufendes Gewinde 710, 711 vorgesehen, um die mechanische Stabilität der Komplettanordnung sicherzustellen.
Fig. 8 zeigt zusammenfassend ein generisches Blockdiagramm einer Sensorvorrichtung (100) zur Prozessgrößenermittlung im industriellen Umfeld mit einer Sensorbasiseinheit (101) und einem Erweiterungsmodul (120).
Die Sensorbasiseinheit (101) weist folgende Komponenten auf:
Eine Prozessgrößenermittlungseinheit (103) zum Ermitteln der Prozessgröße, eine erste mechanische Schnittstelle (111) zum mechanischen Aufnehmen eines ersten Erweiterungsmoduls (120) und eine erste Kommunikationsschnittstelle (112) zu dem ersten Erweiterungsmodul (120) zum Übertragen von Mess- und/oder Steuerdaten. Das erste Erweiterungsmodul (120) weist hierbei eine zweite mechanische Schnittstelle (121) zu der Sensorbasiseinheit (101) auf, eine dritte mechanische Schnittstelle (131) zum mechanischen Aufnehmen eines zweiten Erweiterungsmoduls, eine zweite Kommunikationsschnittstelle (122) zu der
Sensorbasiseinheit (101) zum Übertragen von Mess- und/oder Steuerdaten und eine dritte Kommunikationsschnittstelle (132) zu dem zweiten Erweiterungsmodul zum Übertragen von Mess- und/oder Steuerdaten. Somit können mehrere Erweiterungsmodule bei entsprechendem Bedarf vor Ort eingesetzt werden. Weiterhin ist möglich, die Sensorbasiseinheit sowie Erweiterungsmodule von einem Erweiterungsmodul aus kommend mit Energie zu versorgen.

Claims

Ansprüche
1. Sensorvorrichtung (100) zur Prozessgrößenermittlung im industriellen Umfeld, aufweisend: eine Sensorbasiseinheit (301) und ein erstes Erweiterungsmodul (120) wobei die Sensorbasiseinheit (101) aufweist: eine Prozessgrößenermittlungseinheit (103) zum Ermitteln der Prozessgröße; eine erste mechanische Schnittstelle (111) zum mechanischen Aufnehmen eines ersten Erweiterungsmoduls (120); und eine erste Kommunikationsschnittstelle (112) zu dem ersten
Erweiterungsmodul (120) zum Übertragen von Mess- und/oder Steuerdaten; und wobei das erste Erweiterungsmodul (120) aufweist: eine zweite mechanische Schnittstelle (121) zu der Sensorbasiseinheit (101); eine dritte mechanische Schnittstelle (131) zum mechanischen Aufnehmen eines zweiten Erweiterungsmoduls (140); eine zweite Kommunikationsschnittstelle (122) zu der Sensorbasiseinheit zum Übertragen von Mess- und/oder Steuerdaten; und eine dritte Kommunikationsschnittstelle (132) zu dem zweiten Erweiterungsmodul (140) zum Übertragen von Mess- und/oder Steuerdaten.
2. Sensorvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei das erste Erweiterungsmodul (120) an einer Seite der Sensorbasiseinheit (101) angebracht ist und eingerichtet ist, das zweite Erweiterungsmodul (140) als finales Erweiterungsmodul oder einen Stapel an weiteren Erweiterungsmodulen aufzunehmen.
3. Sensorvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste mechanische Schnittstelle (111) ein Gewinde oder eine Schnappvorrichtung aufweist. 4. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kommunikationsschnittstelle (112) optisch, elektrisch, elektromagnetisch oder induktiv ist. 5. Sensorvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Sensorbasiseinheit (101) weiterhin eine erste elektrische Schnittstelle (112) zu dem ersten Erweiterungsmodul (120) zum Bereitstellen von Energie aufweist; und wobei das erste Erweiterungsmodul (120) weiterhin aufweist: eine zweite elektrische Schnittstelle (122) zu dem ersten Erweiterungsmodul
(120) zum Bereitstellen von Energie; und eine dritte elektrische Schnittstelle (132) zu dem zweiten Erweiterungsmodul (140) zum Bereitstellen von Energie. 6. Sensorvorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei die erste elektrische
Schnittstelle (112) induktiv oder drahtgebunden ist, und die Energie von dem ersten Erweiterungsmodul (120) erhält oder die Energie an dieses abgibt.
7. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Erweiterungsmodul (120) eingerichtet ist, als kabelgebundenes
Stromanschlussmodul (407) oder als Batteriemodul (401) Energie für die Sensorbasiseinheit (101) zur Verfügung zu stellen.
8. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend ein oberstes Erweiterungsmodul eines Stapels an Erweiterungsmodulen als finales Modul eine Photovoltaikeinheit (416), eine Bedienvorrichtung (418) und/oder eine Anzeigevorrichtung (417).
9. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Erweiterungsmodul (120) eingerichtet ist, als Erweiterungsadapter (403) ein kontaktlos arbeitendes Sensormodul aufzunehmen.
10. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Erweiterungsmodul (120) einen Datenspeicher (419) und/oder eine Kommunikationseinheit (411) für eine externe Kommunikationsverbindung aufweist.
11. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Erweiterungsmodul (120) einen Beschleunigungssensor, einen Drucksensor, einen Erdmagnetfeldsensor, einen Gassensor, einen Abstandsensor, einen Helligkeitssensor und/oder einen Temperatursensor aufweist.
12. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Stapel von Erweiterungsmodulen einen Deckel (501) aufweist, oder wobei die mechanischen Schnittstellen der Erweiterungsmodule eines Stapels von Erweiterungsmodulen eine Dichtigkeit aufweisen.
13. Sensorvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prozessgrößenermittlungseinheit (103) eingerichtet ist, einen Druck, einen Füllstand, einen Grenzstand oder eine Dichte zu ermitteln.
14. Erweiterungsmodul (120) für eine Sensorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1-13. 15. Verwendung eines Erweiterungsmoduls (120) nach Anspruch 14 für eine
Sensorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1-13.
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