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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung der industriellen Prozess- und Anlagenautomatisierung, eine Sensoreinheit für eine Sensoranordnung, ein Zusatzmodul für eine Sensoranordnung, und eine Verwendung einer Halterung mit einem Selbstjustierungsmechanismus für eine Sensoranordnung.
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Stand der Technik
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Sensoren in der industriellen Automatisierung können mehrere Komponenten aufweisen, wie zum Beispiel eine Sensorbasiseinheit mit der Sensorelektronik und ein optionales Zusatzmodul wie beispielsweise ein Display. Um beim Zusammenbau z.B. vor Ort eine mechanisch sichere Verbindung herzustellen oder eine elektromechanische Verbindung oder um eine drahtlose Kommunikation zwischen diesen Komponenten zuverlässig und energiesparsam zu realisieren, müssen die Komponenten in eine bestimme Ausrichtung zueinander gebracht werden. Weiterhin wird das Zusatzmodul oder ein Gehäuse mit einem Deckel üblicherweise mit einem Bajonettverschluss befestigt oder über einen Schnapphaken eingerastet. Beim heutigen Bajonett kann es vorkommen, dass das Modul nicht richtig aufgesetzt wird oder nicht richtig einschnappt. So kann zu Verbindungs- oder Kommunikationsproblemen zwischen Display und Elektronik kommen. Ein Schnapphaken kann abbrechen, so dass das Zusatzmodul oder die Anordnung nicht mehr genutzt werden kann. Zudem ist, je nach Gehäuse, durch das Design und den Herstellungsprozess die Installation des Displays unkomfortabel. Da das Display nicht richtig gefasst werden kann, kann nicht genügend Kraft zur Montage bzw. Demontage aufgebracht werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung könnte daher sein, das Verbinden und Ausrichten einer Sensoranordnung mit einer Sensoreinheit und einem Zusatzmodul zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung, sowie der Figuren.
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Die beschriebenen Ausführungsformen betreffen in ähnlicher Weise die Sensoranordnung der industriellen Prozess- und Anlagenautomatisierung, die Sensoreinheit für die Sensoranordnung, das Zusatzmodul für die Sensoranordnung, und die Verwendung einer Halterung mit Selbstjustierungsmechanismus für die Sensoranordnung. Synergieeffekte können sich aus verschiedenen Kombinationen der Ausführungsformen ergeben, obwohl sie möglicherweise nicht im Detail beschrieben werden.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Sensoranordnung der industriellen Prozess- und Anlagenautomatisierung bereitgestellt, die eine Sensoreinheit, ein die Sensoreinheit erweiterndes Zusatzmodul und eine Halterung aufweist. Die Halterung weist einen Selbstjustierungsmechanismus auf, der eingerichtet ist, das Zusatzmodul in Bezug auf die Sensoreinheit selbstjustierend in eine vorgesehene relative Position zu bringen und das Zusatzmodul an der vorgesehenen Position mit der Sensoreinheit zusammenzuhalten. Der Selbstjustiermechanismus ist somit also eingerichtet, auch die Haltefunktion der Halterung zu leisten. Ein Selbstjustierungsmechanismus wird hier so verstanden, dass ein bewegliches Teil, wie vorliegend das Zusatzmodul relativ zu der Sensoreinheit, in eine gewünschte oder korrekte Position gezogen wird. Der Begriff „Halterung“ wird als Ensemble einzelner, zusammenwirkender Teile verwendet. So weist die Halterung z.B. einen Selbstjustierungsmechanismus mit zwei Magneten auf, die sich nicht notwendigerweise berühren müssen. Die Halterung kann auch wie unten beschrieben weitere Teile aufweisen, die eine zusätzliche Haltefunktion erfüllen, um z.B. ein Zusammenhalten der Sensoranordnung zu bewirken.
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Das Zusatzmodul ist beispielsweise ein separates Gerät, das den Funktionsumfang einer Sensoreinheit erweitert. Das Zusatzmodul ist zunächst eine Hardware mit elektrischen oder elektronischen Komponenten, auf denen auch Software implementiert sein kann, und die die Kernfunktionen einer Sensoreinheit und/oder eines Sensors erweitert und/oder unterstützt.
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Das Zusatzmodul kann auch eine Halterung zur externen Befestigung der Sensoranordnung z.B. an einem Behälter oder einer Wand sein oder aufweisen. Die Halterung zur externen Befestigung ist hierbei von der selbstjustierenden Halterung zum Halten des Zusatzmoduls auf der Sensoreinheit zu unterscheiden. In dieser Offenbarung wird unter „Halterung“ stets die Halterung zum Halten des Zusatzmoduls auf der Sensoreinheit verstanden oder, wie weiter unten beschrieben, eines Gehäusedeckels an dem Zusatzmodul, wenn nicht explizit etwas Gegenteiliges beschrieben wird. Eine „Sensoreinheit“ kann hierbei ein industrieller Sensor sein oder ein weiteres Zusatzmodul. Es kann also auch sein, dass mehrere Zusatzmodule aufeinandergestapelt sind und die Halterung zwischen den Zusatzmodulen angebracht ist, so dass die Zusatzmodule aneinanderhaften. Die Position ist eine relative Position des Zusatzmoduls in Bezug auf die Sensoreinheit. „Relative Position“ schließt hierbei implizit eine relative Lage mit ein, da in mehreren Ausführungsformen z.B. durch die Halterung das Zusatzmodul und die Sensoreinheit aufeinanderliegen und durch die Selbstjustierung eine Drehung des Zusatzmoduls erfolgen kann. In Ausführungsformen kann auch ein Gehäusedeckel der Sensoranordnung als „Sensoreinheit“ verstanden werden. Das Zusatzmodul kann auch ein Gehäusedeckel für das Sensorgehäuse sein.
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Somit wird eine einfache, schnelle, sich selbst justierende und sichere Verbindung zwischen der Sensorelektronik und dem Zusatzmodul ermöglicht.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Selbstjustierungsmechanismus an einer Sensoreinheit-Zusatzmodul-Schnittstelle eine Magnetanordnung auf. Die Magnetanordnung besteht aus mindestens einem Magneten, der an der Sensoreinheit angebracht ist und mindestens einem Magneten, der an dem Zusatzmodul angebracht ist. Die Sensoreinheit-Zusatzmodul-Schnittstelle ist in jedem Fall eine mechanische Schnittstelle, und kann zusätzlich eine elektronische Schnittstelle zur Übertragung von Daten und/oder elektrischer Energie aufweisen. In dieser Ausführungsform wird der mechanische Teil der Schnittstelle adressiert. Unter der mechanischen Schnittstelle wird die Verbindungsstelle zwischen der Sensoreinheit und dem Zusatzmodul verstanden, d.h. die Stelle, an der die Komponenten Sensoreinheit und Zusatzmodul beim Zusammensetzen aufeinandertreffen und im zusammengesetzten Zustand miteinander in Kontakt sind. Die Halterung ist an dieser Schnittstelle angebracht, um diese beiden Komponenten zusammenzuhalten. In einem Beispiel dieser Ausführungsform besteht die Halterung aus mindestens einem Magneten an einer Oberfläche einer („ersten“) der Komponenten und an der Oberfläche der anderen Komponente, die der ersten Oberfläche zugewandt ist.
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Es wird hier hinsichtlich des ersten Aspekts deutlich betont, dass die Halterung mit Selbstjustierung nicht dazu dient, lediglich die beiden Komponenten Sensoreinheit und Zusatzmodul zusammenzuhalten, wobei im Falle der Magneten durch die physikalischen Grundsätze zwangsweise die Magneten das Bestreben haben, sich gegenüber bzw. übereinander zu positionieren, sondern Sinn und Verständnis der Selbstjustierung ist, eine bestimmte relative Positionierung der beiden Komponenten zu erreichen, so dass zum Beispiel elektrische Anschlüsse oder andere elektrische bzw. elektromechanische Schnittstellen ihre Funktion und die Anforderungen daran erfüllen können.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Halterung weiterhin einen Kontaktdetektor auf, der eingerichtet ist, ein Detektionssignal zu erzeugen, wenn das Zusatzmodul in der vorgesehenen Position ist. Das Detektionssignal kann z.B. ein analoges oder ein digitales Signal sein.
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Gemäß einer Ausführungsform bewirkt das Detektionssignal eine akustische oder visuelle Anzeige. Die Anzeige kann beispielsweise ein akustisches Signal wie ein Ton oder eine Tonfolge sein, oder ein optisches Signal wie beispielsweise eine LED-Anzeige. Wenn das Zusatzmodul ein Display ist, kann das Detektionssignal z.B. eine Anzeige auf dem Display bewirken. „Bewirken“ heißt hierbei, dass das Signal z.B. einen Treiber ansteuert oder einen Schalter steuert.
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Gemäß einer Ausführungsform bewirkt das Detektionssignal ein Ein- oder Ausschalten eines Stromkreises. So können bestimmte Stromkreise, wie beispielsweise die Kommunikationsmodule abgeschaltet werden, solange das Zusatzmodul nicht oder noch nicht korrekt aufgesetzt ist. Es können aber auch weitere Stromkreise abgeschaltet werden, die ohne das Zusatzmodul keinen Nutzen haben. Evtl. kann dies auch das Messen selbst betreffen.
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Die Sensoreinheit kann auch so ausgebildet sein, dass sie verschiedene Zusatzmodule unterstützt, und entsprechend unterschiedliche Schaltkreise aufweisen. In Abhängigkeit der Art von Zusatzmodul können dann beispielsweise nur die Schaltkreise aktiviert werden, die für oder im Zusammenhang von Sensoreinheit und Zusatzmodul benötigt werden. Stellt das Zusatzmodul beispielsweise nur Energie bereit, würden keine Kommunikationsmodule eingeschaltet sein müssen. Wird beispielsweise zusätzlich oder alternativ ein Display zur Verfügung gestellt, müssten zusätzlich oder könnten alternativ Schaltkreise einer drahtlosen Kommunikationsverbindung aktiviert werden. Zur Erkennung des Zusatzmodultyps könnten mechanische oder elektrische Codierungen verwendet werden, oder es könnte eine Abfrage nach eventuell zumindest kurzzeitiger Aktivierung des Kommunikationsmoduls der Sensoreinheit stattfinden. Beispielsweise kann das Kommunikationsmodul abgeschaltet werden, wenn es von dem Zusatzmodul keine Antwort erhält.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Kontaktdetektor ein mechanischer Kontakt oder ein Reedkontakt. Ein mechanischer Kontakt könnte ein mechanischer Schalter oder z.B. ein leitender Federkontakt sein. Ein Reedkontakt kann berührungslos über eine kurze Distanz und durch ein Material, wie das eines Gehäuses oder einer Platine realisiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Selbstjustierungsmechanismus einen Justierzapfenmechanismus auf sowie mindestens einen Magneten auf dem Zusatzmodul und mindestens einen Magneten auf der Sensoreinheit. Die Magneten sind eingerichtet, nach einem Einrasten des Justierzapfenmechanismus das Zusatzmodul auf der Sensoreinheit durch die Magneten zu justieren und zu halten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Justierzapfen als Magnet ausgebildet, so dass sowohl eine Justierung als auch das Halten durch Justierzapfen erreicht wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Magnet von dem Justierzapfen getrennt. Hierbei ist also der von dem oder von den Justierzapfen getrennte Magnet nur teilweise ausschlaggebend für die Justierung. Mit zum Beispiel einem Justierzapfen ist das Zusatzmodul weiterhin um den Zapfen drehbar und der oder die Magnete könnten die korrekte Position definieren und das Zusatzmodul in diese Position drehen und dort halten.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Sensoranordnung eine drahtlose Verbindungsvorrichtung zwischen dem Zusatzmodul und der Sensoreinheit auf, und der Selbstjustierungsmechanismus ist eingerichtet, die relative Position derart einzustellen, dass Sendeenergie abstrahlende und Sendeenergie empfangende Elemente der drahtlosen Verbindungsvorrichtung zueinander ausgerichtet sind.
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Der Ausdruck „zueinander ausgerichtet“ bedeutet hierbei, dass unter den konstruktiv möglichen Bedingungen eine größtmögliche Energieübertragung möglich ist. Die Energie kann eine Energie zum Übertragung von Signalen oder Daten sein und/oder Energie, die zur Stromversorgung z.B. elektrischer Schaltkreise, Schalter, Messfühler, etc. verwendet wird. Sendeenergie abstrahlende und Sendeenergie empfangende Elemente sind in der Regel Antennen oder Spulen, wie z.B. NFC-Antennen oder allgemein dem Fachmann bekannte Anordnungen zur Übertragung elektromagnetischer Wellen. Die drahtlose Verbindungsvorrichtung ist beispielsweise ein Modulpaar aus einem Sendemodul und einem Empfangsmodul, die Sendeenergie abstrahlende bzw. empfangende Elemente aufweisen. Die Drahtlosverbindung ist vorzugsweise eine Kurzdistanzverbindung wie z.B. eine RFID-Verbindung, wie beispielsweise eine NFC-Verbindung. Die drahtlose Verbindungsvorrichtung kann alternativ eine optische Verbindung sein.
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In einer Alternative wird anstelle der drahtlosen Verbindungsvorrichtung eine Verbindung über Kontakte wie Schleifkontakte hergestellt. Auch in diesem Fall ist eine genaue Ausrichtung des Zusatzmoduls zu der Sensoreinheit notwendig.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Zusatzmodul Funktionen eines Displays, eines Auswertemoduls, eines Energieversorgungsmoduls, eines Funkmoduls, eines Konfigurationsmoduls, eines Leuchtmoduls oder eines Anschlussmoduls auf, und die drahtlose Verbindungsvorrichtung ist eingerichtet, gemäß der Funktion Daten und/oder Energie zu übertragen.
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Das Display dient beispielsweise zur Anzeige von Messwerten oder von Statusinformationen, die jeweils über die drahtlose Verbindungsvorrichtung übertragen werden. Ein Auswertemodul kann z.B. Daten sammeln, Daten über Zeitintervalle auswerten und Daten und/oder Ergebnisse speichern. Ein Funkmodul kann Daten über die drahtlose Verbindungsvorrichtung z.B. per Funk oder Mobilfunk an einen Server, ein Tablet, ein Smartphone oder in die Cloud übertragen. Ein Konfigurationsmodul kann von dem Zusatzmodul Konfigurationsdaten über die drahtlose Verbindungsvorrichtung an die Sensoreinheit senden oder eine aktuelle Konfiguration von der Sensoreinheit aufnehmen. Ein Leuchtmodul kann eine Statusinformation oder Zustandsinformation besonders deutlich sichtbar machen. Ein Anschlussmodul kann eine beispielsweise eine Kabelverbindung zu einem Rechner zur Verfügung stellen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Sensoreinheit eine Sensorbasiseinheit oder ein weiteres Zusatzmodul. Unter „Sensorbasiseinheit“ wird eine Einheit oder ein Gerät verstanden, das den eigentlichen physikalischen Sensor enthält. In der Regel weist die Sensorbasiseinheit weitere funktionale Einheiten auf, die für die Messungen und der Bereitstellung des Messsignals und/oder der Messdaten nach außen, wie z.B. A/D Wandler, Verstärker, Filter, sowie vorzugsweise ein Kommunikationsmodul auf. Der eigentliche physikalische Sensor ist z.B. ein Radarsensor mit Antenne, ein Ultraschallsensor, oder ein Sensor der in bekannter Weise einen Durchfluss misst, etc. Beispiele eines Sensors bzw. einer Sensorbasiseinheit sind somit Füllstand- oder Grenzstandsensor, Drucksensor, Durchflusssensor, Dichtesensor, usw.
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Wenn die Sensoreinheit ein weiteres Zusatzmodul ist, kann sie Funktionen z.B. eines Auswertemoduls, eines Energieversorgungsmoduls, eines Funkmoduls, eines Konfigurationsmoduls, oder eines Anschlussmoduls aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Sensoranordnung ein Sensorgehäuse und einen Gehäusedeckel auf, wobei das Sensorgehäuse zumindest die Sensoreinheit umhüllt und der Gehäusedeckel eingerichtet ist, um das Zusatzmodul abzudecken und das Sensorgehäuse zu verschließen, wobei der Gehäusedeckel einen umlaufenden Rand aufweist, der das Zusatzmodul seitlich umhüllt und sich in einem Überlappungsbereich mit dem Sensorgehäuse überlappt. Der Gehäusedeckel selber kann ebenfalls als Zusatzmodul eingerichtet sein. Die Magnetanordnung weist einen Magneten seitlich am Sensorgehäuse auf sowie einen Magneten auf einer Innenseite des Gehäusedeckels, um den Deckel in eine korrekte Position bezogen auf das Sensorgehäuse zu bringen und den Gehäusedeckel an dem Sensorgehäuse zu halten. Der Gehäusedeckel schützt den Sensor und das Zusatzmodul oder Display vor Witterungseinflüssen oder mechanischer Belastung (z.B. starken Vibrationen). In einem Beispiel muss die magnetische Kopplung diesen Belastungen nicht standhalten, sondern nur einer Justierung. Wird der Gehäusedeckel geschlossen, hält der Gehäusedeckel in diesem Fall das Display oder das Zusatzmodul.
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In dem Überlappungsbereich kann sich im geschlossenen Zustand zwischen dem Rand und dem Sensorgehäuse ein Dichtring befinden, so dass die Sensoranordnung dicht abgeschlossen ist.
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Durch die magnetische Anordnung haftet das Display oder Zusatzmodul und/oder der Deckel an metallischen Flächen. Zum Anschluss des Sensors muss das Display vom Sensor abgenommen werden. Dies kann durch die magnetische Kopplung an eine metallische Fläche wie z.B. Eisen magnetisch gehaftet werden. So geht das Display bzw. Zusatzmodul nicht verloren oder fällt nicht vom Behälter. Vorzugsweise befindet sich am Gehäuse eine Fläche, wo dieses Display solange „geparkt“ bzw. gehalten werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Halterung weiterhin einen Bajonettverschluss auf, und die Magnetanordnung ist eingerichtet, den Bajonettverschluss zu positionieren und in Position zu halten. So wird der Bajonettverschluss von dem Magneten z.B. während des Hineindrückens in die Richtung der Einrastposition gezogen, so dass die der Verschluss einrastet, und in dieser Position gehalten wird.
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Anstelle der heute üblichen Gewinde könnte somit eine rein magnetische Kopplung oder eine Kombination aus Bajonett und magnetischer Kopplung eine schnellere Montage ermöglichen. Da die Gewindegänge länger sind, wird heute nicht jeder Deckel vollends geschlossen. Durch die vorgestellte Erfindung ist ein Design möglich, das diese Fehlerquelle bei der magnetischen Kopplung ausschließt.
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Ein weiterer Vorteil ist magnetischen Kopplung hat der Hersteller der Sensoren in der Fertigung, da die Kontaktierung der Sensoren während der Fertigung oder der Prüfung (z.B. am Endprüfplatz) erfolgen muss. Mit einer magnetischen Kopplung oder einem speziellen Modul kann dies beim heute händischen Prozess schneller erfolgen und so Zeit sparen oder bei einer automatisierten Fertigung und Prüfung durch einen Roboter einfacher ausgeführt werden. Gerade bei unterschiedlichen Gehäusevarianten und Bauformen der Sensoren vereinfacht dies die Fertigung und Prüfung.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Sensoreinheit für die hier beschriebene Sensoranordnung bereitgestellt.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Zusatzmodul für die hier beschriebene Sensoranordnung bereitgestellt.
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Gemäß einem vierten Aspekt wird eine Verwendung einer Halterung mit Selbstjustierungsmechanismus für die hier beschriebene Sensoranordnung bereitgestellt.
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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 „eine“ schließt eine Vielzahl nicht aus. Ein einzelner Prozessor oder eine andere Einheit kann die Funktionen mehrerer Gegenstände oder Schritte erfüllen, die in den Ansprüchen aufgeführt sind. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander abhängigen Ansprüchen angegeben sind, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft genutzt werden kann.
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Figurenliste
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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.
- 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Sensoranordnung 100 in Seitenansicht,
- 2a zeigt ein schematisches Diagramm der Sensorelektronik in Draufsicht,
- 2b zeigt ein schematisches Diagramm des Zusatzmoduls in Draufsicht,
- 3a zeigt ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung in einer ersten Seitenansicht,
- 3b zeigt ein schematisches Diagramm der weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung in einer zweiten Seitenansicht,
- 3c zeigt ein schematisches Diagramm der weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung in einer Draufsicht,
- 4 zeigt ein schematisches Diagramm einer dritten Ausführungsform der Sensoranordnung 100 in einer Seitenansicht.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung der Figuren
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1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer Sensoranordnung 100 in Seitenansicht. Die Sensoranordnung 100 weist einen Gehäusedeckel 102, ein Sensorgehäuse 104, ein Zusatzmodul 106 sowie eine Sensoreinheit 108 auf, die in dieser Figurenbeschreibung eine Sensorelektronik darstellen soll und als solche bezeichnet wird, ohne die Allgemeinheit des Begriffs „Sensoreinheit“ einzuschränken. An dem Sensorgehäuse 104 ist eine Kabelverschraubung 122 angeordnet, durch die ein Anschlusskabel 118 geführt ist, das an einer Anschlussklemme 124 befestigt ist, mit welcher das Kabel 118 mit der Sensorelektronik 108 verbunden wird. Die Sensoranordnung 100 weist weiterhin einen Dichtring 120 auf, der die Anordnung aus Gehäusedeckel 102 und Sensorgehäuse 104 abdichtet. Das Zusatzmodul 106 ist beispielsweise ein Display, das über eine elektromagnetische Verbindung, z.B. einer NFC- (Near Field Communication, Nahfeldkommunikation) Verbindung 114, 116 mit der Sensorelektronik kommuniziert. Die elektromagnetische Verbindung ist in 1 durch eine Spule 114, die z.B. eine NFC-Antenne sein kann, im Zusatzmodul 106 und durch eine Spule 116 als Teil der Sensorelektronik 108 dargestellt. 1 zeigt ferner einen Magneten 110 im Zusatzmodul 106 und einen Magneten 112 in der Sensorelektronik 116. Die Magneten sind zueinander ausgerichtet. Die Polung der Magnete ist entgegengesetzt, so dass sie sich gegenseitig anziehen. Wenn das Zusatzmodul 106 grob ausgerichtet auf die Sensorelektronik aufgesetzt wird, wird das Zusatzmodul durch die Magneten in die gewünschte Position gedreht, so dass die Magneten 110, 112 übereinanderliegen. Damit liegen auch die Antennen 114, 116 übereinander, so dass mit geringem energetischen Aufwand eine qualitativ gute Übertragung von Daten über diese Funkschnittstelle 114, 116 ermöglicht wird. Die magnetische Kopplung durch die beiden Magneten 110, 112 kann in einer Ausführungsform so stark sein, dass sie das Display alleine hält. In anderen Ausführungsformen dient die magnetische Kopplung in erster Linie der Ausrichtung des Zusatzmoduls zu der Sensorelektronik und die mechanische Stabilität wird durch den Gehäusedeckel102 erreicht, der z.B. durch die Reibungskräfte des Dichtrings 120 das Zusatzmodul 106 hält. Das Zusatzmodul 106 und der Gehäusedeckel 102 können auch weitere Einrichtungen aufweisen, wie zum Beispiel ein Gewinde. In diesem Fall kann die magnetische Kopplung die das Verdrehen des Zusatzmoduls beim Aufschrauben des Deckels verhindern.
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Bei der Montage muss somit das Zusatzmodul lediglich aufgelegt werden. Durch die magnetische Kopplung wird es selbst ausgerichtet und fixiert. Der Gehäusedeckel wird das Modul dann im Sensor halten. Dieses drückt das Modul dann nach unten und fixiert es.
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Die Kommunikation zwischen Zusatzmodul und Sensorelektronik kann alternativ über eine elektromechanische Schnittstelle wie Schleifkontakte oder optisch erfolgen. Wird eine Nahfeldfunk-Kommunikation wie NFC verwendet, kann das gesamte Zusatzmodul komplett geschlossen (IP68) gestaltet werden kann. Da keine mechanischen Kurzschlüsse möglich sind, ist eine solche Anordnung hinsichtlich einer Explosionsgefährdung einfacher zu zertifizieren.
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2a zeigt ein Diagramm der Sensorelektronik 108 und des Sensorgehäuses 104 mit Kabelverschraubung 122, Magnet 112 und Kommunikationsschnittstelle, beispielsweise Antenne 116 in Draufsicht. 2b zeigt ein Diagramm des Zusatzmoduls 106 mit modulseitigen Magneten 110 und Antenne 114. Durch die gezeigte Anordnung mit vier Magneten 110 an unterschiedlichen Positionen wird eine gleichmäßig verteilte Haltekraft erreicht. Da die Kommunikationsschnittstelle mittig angebracht ist, kann diese immer genutzt werden, egal in welcher Position das Zusatzmodul angebracht ist. Ist dies konstruktiv nicht möglich, wäre es auch denkbar, entweder auf dem Zusatzmodul an mehreren Stellen eine NFC Kommunikationseinheit anzubringen, oder folgende Ausführungen in Betracht zu ziehen: In der gezeigten Ausführungsform mit einem jeweils nach außen gerichteten magnetischen Südpol in 2b wird die richtige Position innerhalb eines Winkels < +/- 45° um die Sollposition herum erreicht, vorausgesetzt die Magneten sind stark genug, um die Gegenmagneten zu erfassen. In einer anderen Ausführungsform sind die Magneten 110 abwechselnd gegensinnig ausgerichtet, so dass der Südpol eines Magneten nach außen zeigt und der des im kreissinn benachbarten Magneten nach innen. Hierdurch wird die richtige Position in einem Winkel von +/- 90 Grad eingefangen. Die Magneten 112 der Sensorelektronik 108 sind hierbei jeweils gegensinnig zu den Magneten 110 des Zusatzmoduls 106 ausgerichtet. Die Anzahl der Magnete ist variierbar und die obigen Ausführungen sind lediglich beispielhaft.
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3a zeigt ein Diagramm einer zweiten Ausführungsform als Beispiel der Sensoranordnung 100 in einer Seitenansicht. 3b zeigt ein Diagramm der zweiten Ausführungsform der Sensoranordnung 100 in einer weiteren Seitenansicht, und 3c zeigt ein Diagramm der zweiten Ausführungsform der Sensoranordnung 100 in einer Draufsicht. Die gewünschte Position des Zusatzmoduls auf der Sensorelektronik wird durch ein Justierzapfen 302 erreicht. Sobald das Zusatzmodul auf der Sensorelektronik eingerastet ist, sorgen das Magnetpaar 110, 112 dafür, dass das Zusatzmodul auf der Sensorelektronik gehalten wird.
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Das Zusatzmodul kann auch durch den Gehäusedeckel 102 gehalten und fest fixiert werden, so dass die Fixierung auch bei starker mechanischer Belastung wie Vibrationen sichergestellt ist. Damit der Gehäusedeckel bei der Montage (z.B. über ein Gewinde) das Display auf den Sensor presst, aber nicht verschiebt oder verdreht, kann über mechanische Elemente wie die hier dargestellten Justierzapfen das Display in Position gehalten werden, wobei dennoch die Montage über die magnetische Kopplung erfolgt. Die Justierzapfen können vorteilhafterweise Teil der magnetischen Kopplung sein.
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4 zeigt ein Diagramm einer weiteren Ausführungsform der Sensoranordnung 100 in einer Seitenansicht. Hierbei sind die Magneten 110 und 112 seitlich am Gehäusedeckel 102 bzw. des Sensorgehäuses 104 angeordnet, so dass der Deckel 102 an dem Sensorgehäuse 104 gehalten wird. Da Sensorgehäuse gerade im industriellen Umfeld starker mechanischer Beanspruchung ausgesetzt sind, ist vorzugsweise eine Kombination verschiedener Montagemöglichkeiten zu wählen. Hier bietet sich eine magnetische Kopplung in Kombination mit einem Bajonett an. So kann ein Bajonettverschluss, der den Deckel am Sensorgehäuse hält leicht eingedreht werden, bis der oder die magnetische Kraft an dem Verschluss angreift und so weiter in die Verschlussposition gezogen werden und dort gehalten werden. Durch das Bajonett wird verhindert, dass der Deckel nach hinten, d.h. in einer Richtung vom Zusatzmodul weg, rutscht.
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Die gezeigten Ausführungsformen können auch gemischt oder erweitert werden. So können beispielsweise mehrere Magneten seitlich am Gehäusedeckel 102 bzw. Sensorgehäuse 104 angebracht werden. Hierbei können die Magneten am Gehäusedeckel wechselsinnig oder gleichsinnig ausgerichtet sein, und am Zusatzmodul entsprechend umgekehrt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Sensoranordnung
- 102
- Gehäusedeckel
- 104
- Sensorgehäuse
- 106
- Zusatzmodul
- 108
- Sensoreinheit / Sensorelektronik
- 110
- Magnet des Zusatzmoduls oder des Sensorgehäuses
- 112
- Magnet der Sensoreinheit oder des Gehäusedeckels
- 114
- elektromagnetische Verbindung; Antenne im Zusatzmodul
- 116
- elektromagnetische Verbindung; Antenne in der Sensorelektronik
- 118
- Anschlusskabel
- 120
- Dichtring
- 122
- Kabelverschraubung
- 124
- Anschlussklemme
- 302
- Justierzapfen
