-
Die Erfindung betrifft ein Feldgerät zur Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße in der Automatisierungstechnik umfassend zumindest eine Elektronikeinheit und ein Sensorelement.
-
Die zu überwachende Prozessgröße kann beispielsweise gegeben sein durch den Durchfluss eines strömenden Fluides durch ein Messrohr, den Füllstand eines Mediums in einem Behälter, aber auch durch den Druck, die Leitfähigkeit, die Temperatur oder den ph-Wert. Entsprechende Feldgeräte werden von der Anmelderin in großer Vielfalt vertrieben.
-
Während das Sensorelement der direkten Erfassung der jeweiligen Messgröße dient, ist die Elektronikeinheit für die Signalverarbeitung, -auswertung und -speisung verantwortlich. Zweckmäßig enthält die Elektronikeinheit verschiedene elektronische Module, welche diese unterschiedlichen Aufgaben erfüllen, und welche gemeinsam in einem Gehäuse, dem sogenannten Feldgehäuse, angeordnet sind. Dabei gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Gehäusetypen: Metallgehäuse und Kunststoffgehäuse.
-
Bei einem Metallgehäuse kann die Erdung der einzelnen elektronischen Module direkt über die Gehäusewände oder auch über Kabeldurchführungen und/oder -verschraubungen erfolgen. Ferner kann eine gute EMV-Abschirmung gewährleistet werden, sowie gute Stabilität, Schlagfestigkeit und auch Temperaturbeständigkeit. Aus der
DE10216379A1 ist beispielsweise ein aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehendes Gehäuse mit einer Kabeldurchführung beschrieben, welche Kabeldurchführung Bereiche aus einem elektrisch leitfähigen Material und Mittel zur elektrischen Kontaktierung der Bereiche sowohl mit der Abschirmung der Sensorsignalleitung als auch mit dem Gehäuse aufweist. Es wird also eine niederinduktive Ankopplung der Abschirmung einer Sensorsignalleitung an das Gehäuse, das an Masse anliegt, zur Verfügung gestellt.
-
Vorteilhaft bei Kunststoffgehäusen sind wiederum größere Freiheiten im Design, ein vergleichsweise geringes Gewicht und niedrige Stückzahlkosten. Je nach Wahl des Materials kann das Kunststoffgehäuse in seinen Eigenschaften an die jeweilige Anwendung und Umgebung angepasst werden. Das betrifft insbesondere benötigte Festigkeiten und Korrosionsbeständigkeit. Um ferner auch für diesen Gehäusetyp eine gute EMV-Verträglichkeit gewährleisten zu können, können Kunststoffgehäuse beispielsweise von innen metallisiert werden, wie beispielsweise das in der
DE 10 2011 086 216 A1 beschriebe topfförmig ausgestalte Gehäuse.
-
Eine weitere wichtige Thematik in Bezug auf Kunststoffgehäuse betrifft Erdungs- bzw. Masseanbindungen. Dabei ist zu unterscheiden zwischen der Erd- bzw. Masseanbindung der einzelnen elektronischen Komponenten innerhalb des Gehäuses, sowie der Erd- bzw. Masseanbindung von angeschlossenen signalführenden Kabeln, auch Feldkabel genannt. Ein solches Anschlusskabel kann beispielsweise durch ein Ethernet-Kabel gegeben sein.
-
Die einzelnen elektronischen Module werden üblicherweise innerhalb des Gehäuses gemeinsam mit einer Erdungs- oder Masseanbindung im Gehäuse, beispielsweise an einem sogenannten Erdungsbolzen, verbunden und so gemeinsam geerdet bzw. auf dieselbe Masse gelegt. Für die Erdungs- bzw. Masseanbindung der signalführenden Anschlusskabel dagegen, welche von außerhalb des Gehäuses an dieses angeschlossenen werden, gibt es mehrere Möglichkeiten. Der Anschluss eines jeden Anschlusskabels an die Elektronikeinheit erfolgt üblicherweise über eine Kabelverschraubung mit einem entsprechenden Anschluss. Die Kabelverschraubung kann dabei entweder aus Kunststoff oder vorzugsweise aus Metall gefertigt sein und das Material kann jeweils je nach Anwendung und den vorgegebenen Norm- und Sicherheitsanforderungen gewählt werden. In der
DE3028800A1 ist beispielsweise eine Kabelverschraubung unter Verwendung Metallhülse, durch welche ein geschirmtes Kabel geführt werden kann, und welche eine sichere und dauerhafte Erdung des geschirmten Kabels erlaubt, beschrieben.
-
Je nach verwendetem Anschlusskabel und je nach Material der Kabelverschraubung kann es sein, dass die Erd- bzw. Masseverbindung zur Erd- bzw. Masseanbindung im Gehäuse direkt über die Kabelverschraubung hergestellt werden kann, wie beispielsweise bei den Kabelverschraubungen gemäß der Druckschriften
DE 10 2012 215 850 A1 und
DE3028800A1 . Es kann jedoch auch notwendig sein, separate Verbindungseinheiten, insbesondere Erdungslaschen oder Erdungsbleche, zu integrieren, wie beispielsweise in den Druckschriften
DE 10 2013 109 350 A1 ,
DE2702610C2 ,
DE140988U beschrieben. Dies wiederum betrifft insbesondere Anschlusskabel mit Schirmung.
-
Eine separate Verbindungseinheit zur Erdungs- bzw. Masseverbindung sollte grundsätzlich so konstruiert sein, dass sie eine Erdungs- bzw. Masseverbindung vom Anschluss innerhalb der Kabelverschraubung im dem Gehäuseinneren zugewandten Bereich hin zum Gehäuseinnenraum gewährleistet. Von dort kann mittels eines Erdungs- bzw. Massekabels eine Verbindung mit der Erdungs- bzw. Masseanbindung des Gehäuses hergestellt werden.
-
Neben der Verbindungseinheit zur Erdungs- bzw. Masseverbindung des Anschlusskabels verläuft vom Anschluss in der Kabelverschraubung vom dem Gehäuseinneren zugewandten Bereich hin zum Gehäuseinneren noch mindestens ein signalführendes Durchführungskabel. Mittels dieses mindestens einen Durchführungskabels wird eine Verbindung der verschiedenen Kabellitzen des Anschlusskabels mit den jeweiligen elektronischen Modulen der Elektronikeinheit gewährleistet. Die Kontaktierungen der Durchführungskabel mit dem Anschluss in der Kabelverschraubung können jedoch durch fortwährende Krafteinwirkungen auf den Anschluss, wie zum Beispiel durch Zugkräfte und/oder die durch wiederholtes Verbinden bzw. lösen des Anschlusskabels einwirkenden Kräfte, leicht zu Kabelbruch an den Kontaktstellen kommen. Um diese Problematik zu umgehen, ist beispielsweise aus der
DE02532666A1 eine Kabelverschraubung mit hoher mechanischer Belastbarkeit bekannt geworden, welche eine Verdrehsicherung in Form eines kombinierten Dichtspreizrings sowie Tragrings aufweist.
-
Eine andere bekannte Möglichkeit zum Schutz empfindlicher Kontakte und Kabel ist gegeben durch das Vergießen der entsprechenden Teile. Übertragen auf die Kabelverschraubung wurden also die Durchführungskabel sowie die Verbindungseinheit zur Durchführung einer Erdungs- bzw. Masseverbindung innerhalb der Kabelverschraubung im dem Gehäuseinneren zugewandten Bereich vergossen werden. Bei handelsüblichen separaten Verbindungseinheiten für eine Erdungs- bzw. Masseverbindung besteht dann oft das Problem, dass nach dem Vergießprozess die Verbindungseinheit oder Erdungslasche vollständig mitvergossen ist, so dass keine Erd- bzw. Masseanbindung zur Gehäuseerde bzw. -Masse mehr hergestellt werden kann.
-
Der vorliegenden Anmeldung liegt deswegen die Aufgabe zugrunde, eine flexible, einfache und kostengünstige Verbindungseinheit bereitzustellen, die eine Erdungs- bzw. Masseanbindung auch dann gewährleistet, wenn die Verbindungseinheit zusammen mit den Durchführungskabeln innerhalb der Kabelverschraubung im dem Gehäuseinneren zugewandten Bereich vergossen wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Überwachung mindestens einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße in der Automatisierungstechnik, umfassend mindestens eine Elektronikeinheit und ein Sensorelement, wobei die Elektronikeinheit in einem Gehäuse aus Kunststoff angeordnet ist, wobei in dem Gehäuse mindestens eine Kabelverschraubung mit einem Anschluss für ein signalleitendes Anschlusskabel angeordnet ist, wobei in der Kabelverschraubung im dem Gehäuseinnenraum zugewandten Bereich eine Verbindungseinheit zur Durchführung einer Erd- oder Masseverbindung zwischen dem Anschluss und einer Erd- oder Masseanbindung des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Verbindungseinheit aus elektrisch leitfähigen Materialien gefertigt ist und zumindest aus einer ringförmigen Komponente besteht, an welcher eine Anschlusseinheit angebracht ist, welche von der ringförmigen Komponente ins Innere des Gehäuses verläuft, und an welcher Anschlusseinheit ein Erdungs- oder Massekabel befestigt und elektrisch kontaktiert ist.
-
Die Anschlusseinheit gewährleistet, dass auch nach dem Vergießen der Verbindungseinheit sowie der Durchführungskabel eine Erd- oder Masseverbindung hergestellt werden kann. Dabei versteht sich von selbst, dass das Erdungs- oder Massekabel vor oder nach dem Vergießen an der Anschlusseinheit elektrisch kontaktiert werden kann.
-
In einer Ausgestaltung ist das Erdungs- bzw. Massekabel mit der Erd- oder Masseanbindung innerhalb des Gehäuses elektrisch kontaktiert. Auf diese Weise liegen sowohl die einzelnen elektronischen Module der Elektronikeinheit als auch das signalführende Anschlusskabel auf der gleichen Erde bzw. Masse.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist an der äußeren Seitenfläche der ringförmigen Komponente mindestens eine Befestigungseinheit zur Befestigung der ringförmigen Komponente innerhalb der Kabelverschraubung angebracht. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass die Verbindungseinheit auch dann ausreichend in der Kabelverschraubung fixiert ist, wenn diese nicht innerhalb der Kabelverschraubung vergossen wird.
-
In einer besonders bevorzugten Ausführung weist die Anschlusseinheit eine Lasche für einen Kabelschuh auf. Ein Kabelschuh stellt eine Standardmöglichkeit der elektrischen Kontaktierung dar, weswegen diese Ausführung besonders einfach ist.
-
Es ist von Vorteil wenn der Anschluss in der Kabelverschraubung ein Stecker oder eine Steckbuchse ist, und wobei am signalführenden Anschlusskabel das dazu komplementäre Steckelement angeordnet ist.
-
Es ist ferner von Vorteil, wenn der Anschluss und die Elektronikeinheit mittels mindestens eines signalleitenden Durchführungskabels verbunden sind, und wobei das mindestens eine Durchführungskabel durch die ringförmige Komponente hindurch geführt ist.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist durch das Anschließen des Anschlusskabels im Anschluss eine Erd- oder Masseverbindung des Anschlusskabels mit der Erd- oder Masseanbindung im Gehäuse gewährleistet.
-
In einer letzten bevorzugten Ausgestaltung sind das mindestens eine Durchführungskabel und die Verbindungseinheit in der Kabelverschraubung im dem Gehäuseinnenraum zugewandten Bereich vergossen.
-
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren 1 bis 5 genauer beschrieben. Es zeigt:
-
1 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Elektronikeinheit mit einem Kunststoffgehäuse und einer Kabelverschraubung
-
2
- a) eine erfindungsgemäße Kabelverschraubung,
- b) ein typisches Anschlusselement, und
- c) deren gemeinsame Anordnung
-
3
- a) eine erfindungsgemäße Verbindungseinheit und
- b) deren Anordnung innerhalb der Kabelverschraubung im dem Gehäuseinnenraum zugewandten Bereich
-
4 die Anordnung einer Kabelverschraubung auf der dem Gehäuseinnenraum zugewandten Seite
-
5 dieselbe Anordnung wie in 4, wobei das mindestens eine Durchführungskabel und die Verbindungseinheit vergossen sind.
-
In 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses 1 aus Kunststoff gezeigt. In dem Gehäuse ist die Elektronikeinheit angeordnet, die im hier aufgeführten Beispiel drei elektronische Module 2, 2a, 2b umfasst. Jedes dieser Module ist über ein Erdungs- bzw. Massekabel 3, 3a, 3b mit der Erd- bzw.
-
Masseanbindung im Gehäuse 4 verbunden. Diese kann beispielsweise durch einen Erdungsbolzen gegeben sein. Zusätzlich ist eine Kabelverschraubung 5 zu sehen mit einem Anschluss 6 für ein signalführendes Anschlusskabel 7. Die Erdungs- bzw. Masseverbindung für das Anschlusskabel 7 wird durch eine erfindungsgemäße Verbindungseinheit 10 (hier nicht sichtbar) gewährleistet, welche im dem Gehäuseinneren zugewandten Bereich der Kabelverschraubung 9 angeordnet ist. Von dieser Verbindungeinheit 10 führt ein Erdungs- oder Massekabel 11 zur Erdungs- oder Masseanbindung im Gehäuse 4.
-
In 2a ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kabelverschraubung 5 gezeigt, und in 2b ein erfindungsgemäßer Anschluss 6 für ein vierpoliges Anschlusskabel mit vier Kontakten 8, 8a, 8b, 8c. 2c zeigt schließlich, wie der Anschluss 6 in der Kabelverschraubung 5 angeordnet ist.
-
3a zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Verbindungseinheit 10. Diese besteht aus einer ringförmigen Komponente 12, an welcher eine Anschlusseinheit 13 befestigt ist, welche von der ringförmigen Komponente 12 zum Inneren des Gehäuses verläuft. Zusätzlich sind vier Befestigungseinheiten 14, 14a, 14b, 14c zu sehen, welche der Befestigung der Verbindungseinheit 10 in der Kabelverschraubung 5 dienen. An der Anschlusseinheit 13 ist das Erdungs- oder Massekabel 11 zur Erdungs- bzw. Masseverbindung des signalleitenden Anschlusskabels 7 an die Erdungs- oder Masseanbindung des Gehäuses 4 kontaktiert. In 3b ist ferner eine perspektivische Ansicht der Anordnung der Verbindungseinheit 10 in der Kabelverschraubung 5 gezeigt.
-
In 4 gibt schließlich eine perspektivische Ansicht des dem Gehäuseinneren zugewandten Bereiches der Kabelverschraubung 9 mit allen dort befindlichen Komponenten wieder. Innerhalb der Kabelverschraubung sind zunächst die Verbindungseinheit 10 und der Anschluss 6 angeordnet. Über die Anschlusseinheit 13 der Verbindungseinheit 10 ist ein Kabelschuh 15 angebracht, an welchem das Erdungs- oder Massekabel für das signalführende Anschlusskabel 11 elektrisch kontaktiert ist. An jedem der vier Kontakte 8, 8a, 8b, 8c ist ein signalführendes Durchführungskabel 16, 16a, 16b, 16c elektrisch kontaktiert. Jedes dieser Durchführungskabel 16, 16a, 16b, 16c ist auf der jeweils anderen Seite mit einem elektronischen Module 2, 21, 2 der Elektronikeinheit elektrisch kontaktiert.
-
In 5 ist dieselbe perspektivische Ansicht gezeigt wie in 4. Allerdings sind hier die Durchführungskabel 16, 16a, 16b, 16c sowie die Verbindungseinheit 10 innerhalb der Kabelverschraubung 5 im dem Gehäuseinneren zugewandten Bereich 9 vergossen, um Kabelbruch zu vermeiden. Es ist klar ersichtlich, dass die Verbindungseinheit 10 auch nach dem Einbringen einer Vergussmasse 17 eine Erd- bzw. Masseanbindung des Anschlusskabels 7 gewährleistet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Gehäuse
- 2, 2a, 2b
- elektronische Module
- 3, 3a, 3b
- Erdungs- bzw. Massekabel für die elektronischen Module
- 4
- Erdungs- oder Masseanbindung des Gehäuses
- 5
- Kabelverschraubung
- 6
- Anschluss
- 7
- Anschlusskabel
- 8, 8a, 8b, 8c
- Kontakte des Anschlusses
- 9
- dem Gehäuseinneren zugewandter Bereich der Kabelverschraubung
- 10
- Verbindungseinheit
- 11
- Erdungs- oder Massekabel für das signalführende Anschlusskabel
- 12
- ringförmige Komponente
- 13
- Anschlusseinheit
- 14, 14a, 14b, 14c
- Befestigungseinheit
- 15
- Kabelschuh
- 16, 16a, 16b, 16c
- Durchführungskabel
- 17
- Vergussmasse
