WO2024041809A1 - Feldgerät der automatisierungstechnik - Google Patents

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WO2024041809A1
WO2024041809A1 PCT/EP2023/069789 EP2023069789W WO2024041809A1 WO 2024041809 A1 WO2024041809 A1 WO 2024041809A1 EP 2023069789 W EP2023069789 W EP 2023069789W WO 2024041809 A1 WO2024041809 A1 WO 2024041809A1
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WO
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circuit board
field device
board holder
holder
latching mechanism
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/069789
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English (en)
French (fr)
Inventor
Raphael Schonhardt
Michael LAIS
Vitogiuseppe Di Cosola
Original Assignee
Endress+Hauser SE+Co. KG
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
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/06—Hermetically-sealed casings
    • H05K5/064—Hermetically-sealed casings sealed by potting, e.g. waterproof resin poured in a rigid casing
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1462—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack for programmable logic controllers [PLC] for automation or industrial process control

Definitions

  • the invention relates to a field device in automation technology and a method for producing such a field device in automation technology.
  • Field devices that are used in industrial systems are known from the prior art. Field devices are often used in process automation technology as well as in production automation technology. In principle, all devices that are used close to the process and that provide or process process-relevant information are referred to as field devices. Field devices are used to record and/or influence process variables. Measuring devices or sensors are used to record process variables. These are used, for example, for pressure and temperature measurement, conductivity measurement, flow measurement, etc. and record the corresponding process variables pressure, temperature, conductivity, pH value, level, flow, etc. Actuators are used to influence process variables. These are, for example, pumps or valves that can influence the flow of a liquid in a pipe or the level in a container. In addition to the previously mentioned measuring devices and actuators, field devices also include remote I/Os, radio adapters or, in general, devices that are arranged at the field level.
  • Such field devices have a sensor element that is in contact with a process medium, in particular at least twice and/or at least in sections, and which serves to generate a signal that is dependent on the process variable.
  • these field devices have an electronics unit arranged in a housing, the electronics unit serving to process and/or forward signals generated by the sensor unit, in particular electrical and/or electronic signals.
  • the electronics unit typically includes the electronics unit several circuit boards with components arranged on them. The circuit boards are usually arranged in a circuit board holder and fixed mechanically. Fig. 1 shows such a circuit board holder, as is known from the prior art.
  • the circuit board holder Due to the design and bottom-side arrangement of the latching or latching mechanism, the circuit board holder is penetrated to the outside on its side wall and is therefore no longer tight at these points.
  • a casting compound for example Silgel
  • this leak means that it is not possible to cast the circuit board holder before inserting it into the housing of the field device (pre-assembly of the circuit board holder), because the potting compound is not held in the circuit board holder.
  • the circuit board holder must first be inserted into the housing before casting, since the housing serves as an outer shell for the circuit board holder and thus at least partially prevents the casting compound from leaking or reduces leakage.
  • the invention is therefore based on the object of providing a remedy here.
  • circuit board holder arranged in the field device housing for holding the at least one circuit board of the field device electronics, wherein the circuit board holder is adapted to an inner contour of the field device housing at least in a partial section with a circumferential outer contour in such a way that the outer contour of the circuit board holder is essentially flush with the inner contour of the field device housing rests, wherein the circuit board holder has at least one latching mechanism in the area of the partial section for robust fastening of the at least one circuit board, the at least one circuit board having a counter-locking mechanism corresponding to the latching mechanism of the circuit board holder, the latching mechanism of the circuit board holder having a recess in the partial section of the outer contour of the circuit board holder and the counter-locking mechanism of the at least one circuit board has at least one locking lug, the recess and the locking lug being coordinated with one another in such a way that the locking lug can engage in the recess, the at least one circuit board being inserted into the circuit board holder
  • An advantageous embodiment of the field device according to the invention for automation technology can provide that the circuit board holder is designed in the form of a cup.
  • a further advantageous embodiment of the field device according to the invention for automation technology can provide that the field device according to one or more of the preceding claims, wherein the circuit board holder is designed such that it has no opening in the outer contour up to the predetermined potting height.
  • the at least one circuit board has at least two locking lugs, which are preferably formed on an end of the circuit board opposite the end of the circuit board that is inserted into the circuit board holder.
  • the embodiment can provide that the at least two locking lugs are designed in such a way that they expand the circuit board holder when the circuit board is inserted into the circuit board holder (16).
  • a further advantageous embodiment of the field device according to the invention for automation technology can provide that the two locking lugs are formed diametrically on a circuit board edge of the at least one circuit board, with the circuit board edge being located on an end of the circuit board opposite the end of the circuit board that is inserted into the circuit board holder.
  • the invention further relates to a method for producing a
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention can provide that the at least one circuit board in the circuit board holder is cast with a casting compound up to the predetermined potting height before the circuit board holder is inserted into the field device housing.
  • An alternative embodiment of the method according to the invention can provide that the at least one circuit board in the circuit board holder is cast with a casting compound up to the predetermined potting height after the circuit board holder is inserted into the field device housing.
  • Fig. 2 an example of a sectional view through a field device in automation technology
  • Fig. 3 a sectional view through a circuit board holder intended for use in a field device in automation technology with a circuit board holder therein located circuit board, which is secured by means of a snap-in and
  • Fig. 4 shows a detailed representation of the area of the circuit board holder and the circuit board in which the latching and counter-latching mechanism is formed.
  • FIG. 1 shows a circuit board holder 16 known from the prior art, as is now commonly used in a field device of automation technology 10.
  • the circuit board holder 16 has side guide rails 16a, which are used to hold the circuit boards.
  • the circuit board holder 16 as already described at the beginning, has a releasable snap-in or latching mechanism 16b in the lower region, via which a circuit board (not shown separately in FIG. 1) can be mechanically fixed in the circuit board holder 16.
  • the latching or latching mechanism 16b is realized in such a way that two opposite elongated arms 16c were prepared from a side wall of the circuit board holder 16 during its production, so that the arms 16c have a certain flexibility.
  • the circuit board holder 16 On a side of each arm 16c located towards the central axis of the circuit board holder 16, the circuit board holder 16 also has a nose 16d, which is intended to engage a corresponding notch on the inserted circuit board.
  • FIG. 2 shows an example of a sectional view through a field device in automation technology.
  • the field device 10 includes a field device housing 12 which encloses an interior 13.
  • the field device housing 12 has an at least partially rotationally symmetrical region 17, into which a circuit board holder 16, which will be described in more detail, is inserted.
  • the field device 10 comprises a sensor assembly arranged at the end on the field device housing 12 with a sensor and/or actuator element 14 for setting and/or detecting a process variable and a process connection 28.
  • the process connection 18 can be a threaded design or a screw-type. or clampable flange.
  • the sensor and/or actuator element 14 comprises a fill level sensor element for detecting a fill level as a process variable.
  • the invention is not limited to the type or specific design of the sensor and/or actuator element as a level sensor element, but can in principle be transferred to any other sensor or actuator principle.
  • the field device electronics has three circuit boards 15a, 15b, 15c.
  • the circuit boards 15a, 15b, 15c are electrically connected to one another via corresponding plug connectors and mating plug connectors 15d.
  • Plug connectors and mating plug connectors can be designed as both rigid and flexible connectors. The plug and mating connectors can also be swapped.
  • the field device electronics 15 further includes a fourth circuit board 25 serving as a connection electronics 20 with a field contact plug 21, which is arranged in a longitudinal axis of the circuit board 25 on a circuit board edge and is soldered to it.
  • the field contact plug 21 allows data, In particular, measured values and/or energy are transmitted from the field device 10 to an external unit, for example a higher-level unit or another field device.
  • the field contact plug 21 can in particular be a circular connector, for example an M12 circular connector.
  • the field device housing 12 has a correspondingly designed housing opening 18.
  • the fourth circuit board 25 can also be electrically connected to one of the other circuit boards via a plug and mating connector 15e, 22. Furthermore, electronic components for EMC and/or explosion protection measures 24 can be applied to the circuit boards.
  • the field device housing 12 has a display for display and/or operation 19.
  • the display can have capacitive buttons for operation. These can be implemented, for example, by a corresponding capacitive film.
  • the display can be arranged behind a viewing or operating window 11 integrated in the housing 12 in the interior 13 of the field device.
  • the display 19 should be as flat and/or even as possible on the back of the viewing or .
  • the operating disk 11 is in contact.
  • a display frame 30, which on the one hand accommodates the display and on the other hand places it behind the viewing or operating window 11, can be used for this purpose.
  • the circuit boards 15a, 15b, 15c, 25 of the field device electronics 15 are at least partially arranged in a lyre board holder 16 and are mechanically fixed by this.
  • the outer contour of the circuit board holder is designed in such a way that, at least in sections, it rests essentially flush against an inner wall of the rotationally symmetrical area.
  • Circuit board holder 16 has a cup-like shape. The can be used to hold the circuit boards Circuit board holder 16 has lateral guide rails 16a on an inside, as also shown in FIG. 1. Here, two guide rails 16a, preferably arranged diametrically to one another, can be provided to accommodate a circuit board. Furthermore, the circuit board holder 16 has a latching mechanism 60a for robust fastening of the circuit board 15a. For this purpose, the circuit board 15a itself in turn includes a corresponding counter-locking mechanism 60b. It goes without saying that there is a further latching and counter-latching mechanism for each circuit board that is to be held in the circuit board holder. In the exemplary embodiment shown in FIG.
  • the position of the latching and counter-latching mechanism is shown merely as an example by a box with the reference number 60a, 60b.
  • the latching or counter-latching mechanism is arranged in the upper region of the circuit board holder or the circuit board, ie on the side facing away from the sensor and/or actuator element 14. Furthermore, the circuit boards 15a, 15b and 15c are cast in the circuit board holder with a potting compound 27.
  • a sectional view through a circuit board holder 16 is shown as an example in FIG.
  • a circuit board 15a is arranged in the circuit board holder and is releasably held in the circuit board holder 16 by means of a snap-in and counter-locking mechanism 60a, 60b.
  • the circuit board 15a is cast in the circuit board holder 16 up to a predetermined potting height 27a using potting compound 27.
  • Silgel for example, can serve as a casting compound.
  • the potting height 27a is usually set in such a way that the potting compound occupies approximately half to two-thirds of the volume of the circuit board holder 16.
  • the latching and counter-latching mechanism 60a, 60b is then arranged in the area of the circuit board holder 16 or the circuit board 15a that is not cast.
  • the counter-locking mechanism 60b is arranged on a circuit board edge 60c, which is located at the inserted opposite end of the circuit board 15a.
  • Fig. 4 shows a detailed representation of the one in Fig. 3
  • the counter-locking mechanism 60b includes two locking lugs 60d, which are preferably formed at opposite ends of the circuit board edge 60c.
  • the locking lugs 60d can be produced, for example, by milling a corresponding outer contour of the circuit board 15a.
  • the latching mechanism 60a of the circuit board holder 16 includes corresponding recesses 60e into which the latching lugs 60d can engage after inserting or inserting the circuit board 15a.
  • the recesses 60e can be created, for example, by milling a hole out of the circuit board holder 16 or using an appropriately designed injection molding tool when producing the circuit board holder using injection molding.
  • the recesses 60e can pass through the side wall of the circuit board holder 16 at this point or, alternatively, only represent a recess that does not go through the entire side wall at this point.
  • the recesses 60e and the locking lugs 60d are coordinated with one another in such a way that the locking lugs of the circuit board 60d engage in the recess of the circuit board holder 16 and are fixed there.
  • the locking lugs 60d are preferably designed in such a way that in order to insert the circuit board 15a, the circuit board holder 16 must be compressed slightly ovally until the locking lugs 60d engage in the recesses 60e.

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Abstract

Feldgerät der Automatisierungstechnik (10), aufweisend: - ein Feldgerätegehäuse (12); - eine in dem Feldgerätegehäuse angeordnete Feldgeräteelektronik (15) mit zumindest einer Leiterplatte (15a); - einen in dem Feldgerätegehäuse angeordneten Leiterplattenhalter (16) zur Halterung der zumindest einen Leiterplatte (15a), wobei der Leiterplattenhalter (16) zumindest einen Einrastmechanismus (60a) zur widerstandsfähigen Befestigung der Leiterplatte (15a) aufweist, wobei die zumindest eine Leiterplatte (15a) einen zu dem Einrastmechanismus des Leiterplattenhalters entsprechenden Gegeneinrastmechanismus (60b) aufweist, wobei der Einrastmechanismus (60a) des Leiterplattenhalters (16) eine Ausnehmung in dem Teilabschnitt der Außenkontur des Leiterplattenhalters (16) und der Gegenrastmechanismus (60b) der zumindest einen Leiterplatte (15a) zumindest eine Rastnase aufweisen, wobei die Ausnehmung und die Rastnase derartig aufeinander abgestimmt sind, dass die Rastnase in die Ausnehmung eingreifen kann, wobei der Einrast- und Gegeneinrastmechanismus (60b, 60a) oberhalb einer Vergusshöhe, bis zu der der Leiterplattenhalter mit einer Vergussmasse vergossen ist, ausgebildet ist, so dass der Einrast- und Gegeneinrastmechanismus (60a, 60b) nicht vergossen ist.

Description

Feldgerät der Automatisierungstechnik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Feldgerät der Automatisierungstechnik sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Feldgerätes der Automatisierungstechnik.
Aus dem Stand der Technik sind Feldgeräte bekannt, die in industriellen Anlagen zum Einsatz kommen. In der Prozessautomatisierungstechnik ebenso wie in der Fertigungsautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Messgeräte, bzw. Sensoren. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung, Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktoren verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten Messgeräten und Aktoren werden unter Feldgeräten auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress+Hauser-Gruppe produziert und vertrieben.
Derartige Feldgeräte weisen ein, insbesondere zumindest zweitweise und/oder zumindest abschnittsweise mit einem Prozessmedium in Kontakt stehendes Sensorelement auf, welches der Erzeugung eines von der Prozessgröße abhängigen Signals dient. Ferner weisen diese Feldgeräteeine in einem Gehäuse angeordnete Elektronikeinheit auf, wobei die Elektronikeinheit der Verarbeitung und/oder Weiterleitung von von der Sensoreinheit erzeugten Signalen, insbesondere elektrischen und/oder elektronischen Signalen, dient. Typischerweise umfasst die Elektronikeinheit mehrere Leiterplatten mit darauf angeordneten Bauteilen. Die Leiterplatten sind üblicherweise in einem Leiterplattenhalter angeordnet und mechanisch fixiert. Fig. 1 zeigt einen solchen Leiterplattenhalter, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Gemäß dem Stand der Technik ist es gegenwärtig üblich, zur mechanischen Fixierung der Leiterplatten einen, sich am Boden des Leiterplattenhalters befindlichen, lösbarer Einrast- bzw. Verrastmechanismus vorzusehen, der dafür sorgt, dass die Leiterplatte an dem Leiterplattenhalter befestigt wird. Die Anordnung des Einrast- bzw. Verrastmechanismuses am Boden des Leiterplattenhalters ist dadurch bedingt, dass dies werkzeugtechnisch bei der Fertigung des Leiterplattenhalters (Entformung des Werkzeuges) nicht anders möglich ist. Der Einrast- bzw. Verrastmechanismus wird üblicherweise derartig realisiert, dass ein länglicher flexibler Arm aus einer Seitenwand des Leiterplattenhalters herauspräperiert wird, der an einer zur Mittelachse des Leiterplattenhalters befindlichen Seite eine Nase aufweist, die eine entsprechende Kerbe der eingeschobenen Leiterplatte eingreift.
Durch die Ausgestaltung und bodenseitige Anordnung des Einrast- bzw. Verrastmechanismuses wird der Leiterplattenhalter an seiner Seitenwand nach außen hin durchdrungen und ist somit an diesen Stellen nicht mehr dicht. Diese Undichtigkeit führt bei Vergussprozessen, bei denen die in dem Leiterplattenhalter eingebrachten Leiterplatten mit einer Vergussmasse, z.B. Silgel, vergossen werden, dazu, dass es nicht möglich ist, den Leiterplattenhalter vor dem Einbringen in das Gehäuse des Feldgerätes zu vergießen (Vormontage des Leiterplattenhalters), da die Vergussmasse nicht in dem Leiterplattenhalter gehalten wird. Aus diesem Grund muss der Leiterplattenhalter vor dem Vergießen zunächst in das Gehäuse eingebracht werden, da das Gehäuse als äußere Hülle für den Leiterplattenhalter dient und somit das Auslaufen der Vergussmasse zumindest teilweise verhindert bzw. das Auslaufen reduziert. Um zu verhindern, dass sich die Vergussmasse beim Vergießen des bereits in das Gehäuse eingebrachten Leiterplattenhalters in ungewollte Bereiche des Gehäuses ausbreitet, sind für den Vergussprozess zusätzliche Abdichtmaßnahmen in dem Gehäuse und/oder dem Leiterplattenhalter notwendig. Diese zusätzlichen Maßnahmen führen wiederum zu erhöhten Kosten und Aufwänden bei der Herstellung. Ferner benötigt die Vergussmasse zum Aushärten auch umso mehr Zeit je mehr Vergussmasse in das Gehäuse eingebracht ist.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Feldgerät der Automatisierungstechnik gemäß Patentanspruch 1 und das Verfahren gemäß Patentanspruch 7.
Das erfindungsgemäße Feldgerät der Automatisierungstechnik umfasst:
- ein Feldgerätegehäuse;
- eine in dem Feldgerätegehäuse angeordnete Feldgeräteelektronik mit zumindest einer Leiterplatte;
- einen in dem Feldgerätegehäuse angeordneten Leiterplattenhalter zur Halterung der zumindest einen Leiterplatte der Feldgerätelektronik, wobei der Leiterplattenhalter mit einer um laufenden Außenkontur zumindest in einem Teilabschnitt an eine Innenkontur des Feldgerätegehäuses derartig angepasst ist, dass die Außenkontur des Leiterplattenhalters an der Innenkontur des Feldgerätegehäuses im Wesentlichen bündig anliegt, wobei der Leiterplattenhalter im Bereich des Teilabschnittes zumindest einen Einrastmechanismus zur widerstandsfähigen Befestigung der zumindest einen Leiterplatte aufweist, wobei die zumindest eine Leiterplatte einen zu dem Einrastmechanismus des Leiterplattenhalters entsprechenden Gegeneinrastmechanismus aufweist, wobei der Einrastmechanismus des Leiterplattenhalters eine Ausnehmung in dem Teilabschnitt der Außenkontur des Leiterplattenhalters und der Gegenrastmechanismus der zumindest einen Leiterplatte zumindest eine Rastnase aufweisen, wobei die Ausnehmung und die Rastnase derartig aufeinander abgestimmt sind, dass die Rastnase in die Ausnehmung eingreifen kann, wobei die zumindest eine Leiterplatte in den Leiterplattenhalter eingebracht ist und der Leiterplattenhalter die zumindest eine Leiterplatte durch den Einrast- und Gegeneinrastmechanismus hält, wobei die zumindest eine Leiterplatte in dem Leiterplattenhalter bis zu einer vorbestimmten Vergusshöhe mit einer Vergussmasse vergossen ist, wobei der Einrast- und Gegeneinrastmechanismus derartig in bzw. an dem Leiterplattenhalter bzw. der zumindest einen Leiterplatte ausgeführt sind, dass der Einrast- und Gegeneinrastmechanismus oberhalb der Vergusshöhe ausgebildet ist, so dass der Einrast- und Gegeneinrastmechanismus nicht vergossen ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes der Automatisierungstechnik kann vorsehen, dass der Leiterplattenhalter in Form eines Bechers ausgebildet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes der Automatisierungstechnik kann vorsehen, dass Feldgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leiterplattenhalter derartig ausgebildet ist, dass dieser bis zu der vorbestimmten Vergusshöhe keine Öffnung in der Außenkontur aufweist.
Wiederum eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes der Automatisierungstechnik kann vorsehen, dass die zumindest eine Leiterplatte zumindest zwei Rastnasen aufweist, die vorzugsweise an einem dem in den Leiterplattenhalter eingeführten gegenüberliegenden Ende der Leiterplatte ausgebildet sind. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die zumindest zwei Rastnasen derartig ausgeführt sind, dass diese beim Einführen der Leiterplatte in den Leiterplattenhalter (16) den Leiterplattenhalter ausdehnen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes der Automatisierungstechnik kann vorsehen, dass die zwei Rastnasen diametral an einer Leiterplattenkante der zumindest einen Leiterplatte ausgebildet ist, wobei sich die Leierplattenkante an einem dem in den Leiterplattenhalter eingeführten gegenüberliegenden Ende der Leiterplatte befindet.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines
Feldgerätes der Automatisierungstechnik gemäß zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen, aufweisend die Folgenden
Verfahrensschritte:
- Bereitstellen des Feldgerätegehäuses;
- Bereitstellen der Feldgeräteelektronik mit der zumindest einen Leiterplatte;
- Bereitstellen des Leiterplattenhalters zur Halterung der zumindest einen Leiterplatte;
- Einbringen der zumindest einen Leiterplatte in den Leiterplattenhalter derartig, dass der Einrast- und Gegeneinrastmechanismus ineinandergreifen und so die Leiterplatte mechanisch in dem Leiterplattenhalter fixiert wird;
- Einführen des Leiterplattenhalters in das Feldgerätegehäuse.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass die zumindest eine Leiterplatte in dem Leiterplattenhalter bis zu der vorbestimmten Vergusshöhe mit einer Vergussmasse vergossen wird, bevor der Leiterplattenhalter in das Feldgerätegehäuse eingeführt wird.
Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass die zumindest eine Leiterplatte in dem Leiterplattenhalter bis zu der vorbestimmten Vergusshöhe mit einer Vergussmasse vergossen wird, nachdem der Leiterplattenhalter in das Feldgerätegehäuse eingeführt wird.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : einen aus dem Stand der Technik bekannten Leiterplattenhalter wie er heutzutage üblicherweise in einem Feldgerät der Automatisierungstechnik eingesetzt wird,
Fig. 2: exemplarisch eine Schnittdarstellung durch ein Feldgerät der Automatisierungstechnik,
Fig. 3: eine Schnittdarstellung durch einen zum Einsatz in einem Feldgerät der Automatisierungstechnik vorgesehenen Leiterplattenhalter mit einer darin befindlichen Leiterplatte, die mittels eines Einrast- und
Gegeneinrastmechanismus in dem Leiterplattenhalter gehalten wird, und
Fig. 4 eine Detaildarstellung des Bereichs des Leiterplattenhalters und der Leiterplatte in dem der Einrast- und Gegeneinrastmechanismus ausgebildet ist.
Figur 1 zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Leiterplattenhalter 16, wie er heutzutage üblicherweise in einem Feldgerät der Automatisierungstechnik 10 eingesetzt wird. Der Leiterplattenhalter 16 weist seitliche Führungsschienen 16a auf, die zur Aufnahme der Leiterplatten dienen. Ferner weist der Leiterplattenhalter 16, wie eingangs bereits beschrieben, einen lösbaren Einrast- bzw. Verrastmechanismus 16b im unteren Bereich auf, über den eine Leiterplatte (in Fig. 1 nicht gesondert dargestellt) mechanisch in dem Leiterplattenhalter 16 fixiert werden kann. Der Einrast- bzw. Verrastmechanismus 16b ist dabei derartig realisiert, dass zwei einander gegenüberliegende längliche Arme 16c aus einer Seitenwand des Leiterplattenhalters 16 bei dessen Fertigung herauspräpariert wurden, so dass die Arme 16c eine gewisse Flexibilität aufweisen. An einer zur Mittelachse des Leiterplattenhalters 16 befindlichen Seite eines jeden Armes 16c weist der Leiterplattenhalter 16 ferner eine Nase 16d auf, die dafür vorgesehen ist, an eine entsprechende Kerbe der eingeschobenen Leiterplatte einzugreifen.
Diese Leiterplattenhalter 16 wurde bisher in das Feldgerätegehäuse 12 eingebracht und anschließend mit einer Vergussmasse 27 befüllt. Durch das Einführen der Leiterplattenhalter 16 in das Gehäuse 12 wurden die „undichten Stellen“ (Wanddurchbrüche zum Herauspräparieren der Arme) durch die eng anliegende Gehäusewand zumindest teilweise abgedichtet, so dass die Vergussmasse 27 im Leiterplattenhalter 16 blieb. Um ein Vordringen der Vergussmasse 27 in einen ungewollten Bereich des Feldgerätegehäuses 12, z.B. in Richtung der zur Verarbeitung und/oder Weiterleitung von von dem Sensorelement 14 erzeugten Signalen dienenden Elektronikeinheit, welche weiter unten in dem Gehäuse 12 angeordnet ist, zu verhindern, mussten ggfl. noch weitere Abdichtmaßnahmen in dem Gehäuse 12 realisiert werden. Fig. 2 zeigt exemplarisch eine Schnittdarstellung durch ein Feldgerät der Automatisierungstechnik. Das Feldgerät 10 umfasst ein Feldgerätegehäuse 12, das einen Innenraum 13 umschließt. Das Feldgerätegehäuse 12 weist einen zumindest abschnittsweise rotationssymmetrischen Bereich 17 auf, in den ein noch näher zu beschreibender Leiterplattenhalter 16 eingebracht ist.
Ferner umfasst das Feldgerät 10 ein endseitig an dem Feldgerätegehäuse 12 angeordnete Sensorbaugruppe mit einem Sensor- und/oder Aktorelement 14 zum Stellen und/oder Erfassen einer Prozessgröße und einen Prozessanschluss 28. Bei dem Prozessanschluss 18 kann es sich um eine Gewindebauform oder um einen schraub- oder klemmbaren Flansch handeln.
Das Sensor- und/oder Aktorelement 14 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Füllstandsensorelement zum Erfassen eines Füllstandes als Prozessgröße. Gleichwohl ist die Erfindung nicht auf die Art bzw. konkrete Ausgestaltung des Sensor- und/oder Aktorelements als Füllstandsensorelement beschränkt, sondern kann prinzipiell auf jedes andere Sensor- oder Aktorprinzip übertragen werden.
Zum Bereitstellen und/oder Aufbereiten eines Sensor- und/oder Aktorsignals dient eine in einem Innenraum 13 des Feldgerätegehäuses eingebrachte Feldgeräteelektronik 15, die dazu ausgebildet ist, das Sensor- und/oder Aktorelement 14 zu betreiben.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Feldgeräteelektronik drei Leiterplatten 15a, 15b, 15c auf. Die Leiterplatten 15a, 15b, 15c sind über entsprechenden Steckverbinder und Gegensteckverbinder 15d elektrisch miteinander verbunden. Steckverbinder und Gegensteckverbinder können sowohl als starre als auch als flexible Verbinder ausgebildet sein. Ebenfalls können Steck- und Gegensteckverbinder vertauscht sein.
Die Feldgeräteelektronik 15 umfasst ferner eine als eine Anschlusselektronik 20 dienende vierte Leiterplatte 25 mit einem Feldkontaktstecker 21 , der in einer Längsachse der Leiterplatte 25 an einer Leiterplattenkante angeordnet und an dieser angelötet ist. Durch den Feldkontaktstecker 21 können Daten, insbesondere Messwerte, und/oder Energie von dem Feldgerät 10 zu einer externen Einheit, bspw. einer übergeordneten Einheit oder einem anderen Feldgerät, übertragen. Bei dem Feldkontaktstecker 21 kann es sich insbesondere um einen Rundsteckverbinder, bspw. einen M12- Rundsteckverbinder handeln. Um den Feldkontaktstecker nach außen zu führen, weist das Feldgerätegehäuse 12 eine entsprechend ausgebildet Gehäuseöffnung 18 auf. Die vierte Leiterplatte 25 kann ebenfalls über einen Steck- und Gegensteckverbinder 15e, 22 mit einer der anderen Leiterplatten elektrisch verbunden sein. Ferner können auf den Leiterplatten elektronische Komponenten für EMV- und/oder Explosionsschutz-Maßnahmen 24 aufgebracht sein.
An einem oberen Ende des Feldgerätes 10 weist das Feldgerätegehäuse 12 ein Display zur Anzeige und/oder Bedienung 19 auf. Das Display kann zur Bedienung kapazitive Tasten aufweisen. Diese können bspw. durch eine entsprechende kapazitive Folie realisiert sein. Um den hygienischen Anforderungen gerecht zu werden, kann das Display hinter einer in dem Gehäuse 12 integrierten Sicht- bzw. Bedienscheibe 11 im Innenraum 13 des Feldgerätes angeordnet sein. Um eine möglichst gute Darstellung bzw. Ablesbarkeit der Information auf dem hinter der Sichtscheibe 11 platzierten Display 19 zu haben und/oder eine reibungsfreie Bedienung von kapazitiven Tasten zu haben, sollte das Display 19 möglichst plan und/oder gleichmäßig an der Rückseite der Sicht- bzw. Bedienscheibe 11 anliegen. Hierzu kann beispielsweise ein Displayrahmen 30, der das Display einerseits aufnimmt und andererseits entsprechend hinter der Sicht- bzw. Bedienscheibe 11 platziert, dienen.
Die Leiterplatten 15a, 15b, 15c, 25 der Feldgeräteelektronik 15 sind zumindest teilweise in einem Leierplattenhalter 16 angeordnet und werden durch diesen mechanisch fixiert. Der Leiterplattenhalter ist mit seiner Außenkontur derartig ausgeführt, dass er zumindest abschnittsweise im Wesentlichen bündig an einer Innenwandung des rotationssym metrischen Bereichs anliegt.
In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Leiterplattenhalter
16 eine becherähnliche Form auf. Zur Aufnahme der Leiterplatten kann der Leiterplattenhalter 16 an einer Innenseite seitliche Führungsschienen 16a aufweisen, wie sie auch in Fig. 1 dargestellt sind. Hierbei können zwei, vorzugsweise diametral zueinander angeordnete Führungsschienen 16a zur Aufnahme einer Leiterplatte vorgesehen sein. Ferner weist der Leiterplattenhalter 16 einen Einrastmechanismus 60a zur widerstandsfähigen Befestigung der Leiterplatte 15a auf. Die Leiterplatte 15a selbst umfasst hierfür wiederum einen entsprechenden Gegeneinrastmechanismus 60b. Es versteht sich von selbst, dass für jede Leiterplatte, die in dem Leiterplattenhalter gehalten werden soll, ein weiterer Einrast- und Gegeneinrastmechanismus vorhanden ist. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Lage bzw. Position des Einrast- und Gegeneinrastmechanismus lediglich exemplarisch durch einen Kasten mit dem Bezugszeichen 60a, 60b dargestellt. Der Einrast- bzw. Gegeneinrastmechanismus ist im oberen Bereich des Leiterplattenhalters bzw. der Leiterplatte, d.h. an der vom Sensor- und/oder Aktorelement 14 abgewandten Seite, angeordnet. Ferner sind die Leiterplatten 15a, 15b und 15c in dem Leiterplattenhalter mit einer Vergussmasse 27 vergossen.
Zur näheren Beschreibung des Einrast- und Gegeneinrastmechanismus 60a, 60b ist in Fig. 3 exemplarisch eine Schnittdarstellung durch einen Leiterplattenhalter 16 dargestellt. In dem Leiterplattenhalter ist exemplarisch eine Leiterplatte 15a angeordnet, die mittels eines Einrast- und Gegeneinrastmechanismus 60a, 60b in dem Leiterplattenhalter 16 lösbar gehalten wird. Die Leiterplatte 15a ist in dem Leiterplattenhalter 16 bis zu einer vorbestimmten Vergusshöhe 27a mittels Vergussmasse 27 vergossen. Als Vergussmasse kann bspw. Silgel dienen. Für gewöhnlich ist die Vergusshöhe 27a derartig festgelegt, dass die Vergussmasse circa die Hälfte bis Zweidrittel des Volumens des Leiterplattenhalters 16 einnimmt. Der Einrast- und Gegeneinrastmechanismus 60a, 60b ist dann in dem Bereich des Leiterplattenhalters 16 bzw. der Leiterplatte 15a angeordnet, der nicht vergossen ist. In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Gegeneinrastmechanismus 60b an einer Leiterplattenkante 60c angeordnet, die sich am eingeführten gegenüberliegenden Ende der Leiterplatte 15a befindet. Fig. 4 zeigt hierzu eine Detaildarstellung des in Fig. 3 mit
„B“ gekennzeichneten Bereichs des Leiterplattenhalters 16 und der Leiterplatte 15a in dem der Einrast- und Gegeneinrastmechanismus 60a, 60b ausgebildet ist. Der Gegeneinrastmechanismus 60b umfasst zwei Rastnasen 60d, die vorzugsweise an gegenüberliegenden Enden der Leiterplattenkante 60c ausgebildet sind. Die Rastnasen 60d können bspw. durch Fräsen einer entsprechenden Außenkontur der Leiterplatte 15a hergestellt werden. Der Einrastmechanismus 60a des Leiterplattenhalters 16 umfasst entsprechende Ausnehmungen 60e, in die die Rastnasen 60d nach dem Einführen bzw. Einstecken der Leiterplatte 15a einrasten können. Die Ausnehmungen 60e können bspw. durch Ausfräsen eines Loches aus dem Leiterplattenhalter 16 oder durch ein entsprechend ausgebildetes Spritzgusswerkzeug beim Herstellen des Leiterplattenhalters mittels Spitzguss erzeugt werden. Die Ausnehmungen 60e können dabei durch die Seitenwand des Leiterplattenhalters 16 an der Stelle hindurchgehen oder alternativ nur eine Vertiefung darstellen, die nicht durch die gesamte Seitenwand an der Stelle hindurch geht. Die Ausnehmungen 60e und die Rastnasen 60d sind derartig aufeinander abgestimmt, dass die Rastnasen der Leiterplatte 60d in die Ausnehmung des Leiterplattenhalters 16 eingreifen und dort fixiert werden. Vorzugsweise sind die Rastnasen 60d derartig ausgeführt, dass zum Einführen der Leiterplatte 15a der Leiterplattenhalter 16 leicht oval zusammengedrückt werden muss, bis die Rastnasen 60d in die Ausnehmungen 60e eingreifen. Nach dem Einrasten der Rastnasen 60d in die Ausnehmung 60e ist keine Spannung mehr auf dem Leiterplattenhalter, so dass, wie dies bspw. bei Schnapphaken der Fall ist, langfristig eine Ermüdung der Verrastung ausgeschlossen werden kann. Durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Einrost- und Gegeneinrostmechanismus 60a, 60b ist es möglich, die Leiterplatte 15a cvor der Montage des Leiterplattenhalters 16 in das Feldgerätegehäuse 12 mittels der Vergussmasse 27 zu vergießen. Hierdurch können Kosten und die Komplexität reduziert werden, da keine filigranen Arme in die Seitenwand des Leiterplattenhalters präpariert werden müssen, wie dies gemäß dem Stand der Technik üblich ist. Bezugszeichenliste
10 Feldgerät der Automatisierungstechnik
11 Sichtscheibe
12 Feldgerätegehäuse
13 Innenraum
14 Sensor- und/oder Aktorelement
15 Feldgeräteelektronik
15a-15c Leiterplatten
15d Steck- und Gegensteckverbinder
15e Steckverbinder
16 Leiterplattenhalter
16a Seitliche Führungsschienen des Leiterplattenhalters
16b Einrast- bzw. Verrastmechanismus gemäß dem Stand der Technik
16c Arm des Leiterplattenhalters gemäß dem Stand der Technik
16d Nase des Leiterplattenhalters gemäß dem Stand der Technik
17 Rotationssymmetrischer Teilbereich
18 Gehäuseöffnung
19 Display
20 Anschlusselektronik
21 Feldkontaktstecker
22 Gegensteckverbinder der Anschlusselektronik
24 Elektronische Bauteile, bspw. für EMV- und/oder Ex-
Schutzmaßnahmen
25 Weitere Leiterplatte
26 Steckerhülse für Feldkontaktstecker
27 Vergussmasse
27a Vorbestimmte Vergusshöhe bis zu der die Leiterplatte im Leiterplattenhalter mit der Vergussmasse vergossen ist
28 Prozessanschluss
30 Displayrahmen
40 Displayhalter
50 Trägerplatte bzw. Leiterplatte
B Detailansicht des Einrast- und Gegeneinrastmechanismus a Einrastmechanismus des Leiterplattenhalters, insb. Rastnaseb Gegeneinrastmechanismus der Leiterplatte, insb. Ausnehmungc Leiterplattenkante an der der Einrastmechanismus ausgebildet ist d Rastnasen der Leiterplatte e Ausnehmung des Leiterplattenhalters

Claims

Patentansprüche Feldgerät der Automatisierungstechnik (10), aufweisend:
- ein Feldgerätegehäuse (12);
- eine in dem Feldgerätegehäuse angeordnete Feldgeräteelektronik (15) mit zumindest einer Leiterplatte (15a);
- einen in dem Feldgerätegehäuse angeordneten Leiterplattenhalter (16) zur Halterung der zumindest einen Leiterplatte (15a) der Feldgerätelektronik (15), wobei der Leiterplattenhalter (16) mit einer umlaufenden Außenkontur zumindest in einem Teilabschnitt (17) an eine Innenkontur des Feldgerätegehäuses (12) derartig angepasst ist, dass die Außenkontur des Leiterplattenhalters an der Innenkontur des Feldgerätegehäuses (12) im Wesentlichen bündig anliegt, wobei der Leiterplattenhalter (16) im Bereich des Teilabschnittes (17) zumindest einen Einrastmechanismus (60a) zur widerstandsfähigen Befestigung der zumindest einen Leiterplatte (15a) aufweist, wobei die zumindest eine Leiterplatte (15a) einen zu dem Einrastmechanismus des Leiterplattenhalters entsprechenden Gegeneinrastmechanismus (60b) aufweist, wobei der Einrastmechanismus (60a) des Leiterplattenhalters (16) eine Ausnehmung in dem Teilabschnitt der Außenkontur des Leiterplattenhalters (16) und der Gegenrastmechanismus (60b) der zumindest einen Leiterplatte (15a) zumindest eine Rastnase aufweisen, wobei die Ausnehmung und die Rastnase derartig aufeinander abgestimmt sind, dass die Rastnase in die Ausnehmung eingreifen kann, wobei die zumindest eine Leiterplatte in den Leiterplattenhalter eingebracht ist und der Leiterplattenhalter die zumindest eine Leiterplatte (15a) durch den Einrast- und Gegeneinrastmechanismus (60a, 60b) hält, wobei die zumindest eine Leiterplatte (15a) in dem Leiterplattenhalter (16) bis zu einer vorbestimmten Vergusshöhe (27a) mit einer Vergussmasse (27) vergossen ist, wobei der Einrast- und Gegeneinrastmechanismus (60a, 60b) derartig in bzw. an dem Leiterplattenhalter (16) bzw. der zumindest einen Leiterplatte (15a) ausgeführt sind, dass der Einrast- und Gegeneinrastmechanismus (60b, 60a) oberhalb der Vergusshöhe ausgebildet ist, so dass der Einrast- und Gegeneinrastmechanismus (60a, 60b) nicht vergossen ist.
2. Feldgerät der Automatisierungstechnik nach Anspruch 1 , wobei der Leiterplattenhalter (16) in Form eines Bechers ausgebildet ist.
3. Feldgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leiterplattenhalter (16) derartig ausgebildet ist, dass dieser bis zu der vorbestimmten Vergusshöhe keine Öffnung in der Außenkontur aufweist.
4. Feldgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Leiterplatte (15a) zumindest zwei Rastnasen aufweist, die vorzugsweise an einem dem in den Leiterplattenhalter (16) eingeführten gegenüberliegenden Ende der Leiterplatte ausgebildet sind.
5. Feldgerät nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zumindest zwei Rastnasen derartig ausgeführt sind, dass diese beim Einführen der Leiterplatte (15a) in den Leiterplattenhalter (16) den Leiterplattenhalter ausdehnen.
6. Feldgerät nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zwei Rastnasen diametral an einer Leiterplattenkante (60c) der zumindest einen Leiterplatte ausgebildet ist, wobei sich die Leierplattenkante an einem dem in den Leiterplattenhalter eingeführten gegenüberliegenden Ende der Leiterplatte befindet.
7. Verfahren zum Herstellen eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend die Folgenden Verfahrensschritte:
- Bereitstellen des Feldgerätegehäuses (12);
- Bereitstellen der Feldgeräteelektronik (15) mit der zumindest einen Leiterplatte;
- Bereitstellen des Leiterplattenhalters (16) zur Halterung der zumindest einen Leiterplatte (15a);
- Einbringen der zumindest einen Leiterplatte (15a) in den Leiterplattenhalter (16) derartig, dass der Einrast- und Gegeneinrastmechanismus (60a, 60b) ineinandergreifen und so die Leiterplatte (15a) mechanisch in dem Leiterplattenhalter (16) fixiert wird; - Einführen des Leiterplattenhalters (16) in das Feldgerätegehäuse (12).
8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zumindest eine Leiterplatte (15a) in dem Leiterplattenhalter (16) bis zu der vorbestimmten Vergusshöhe mit einer Vergussmasse (27) vergossen wird, bevor der Leiterplattenhalter in das Feldgerätegehäuse (12) eingeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die zumindest eine Leiterplatte (15a) in dem Leiterplattenhalter (16) bis zu der vorbestimmten Vergusshöhe mit einer Vergussmasse (27) vergossen wird, nachdem der Leiterplattenhalter (16) in das Feldgerätegehäuse (12) eingeführt wird.
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