DE19751096A1 - Verbessertes Gehäuse für einen Meßumformer, insbesondere einen Druck-Meßumformer - Google Patents
Verbessertes Gehäuse für einen Meßumformer, insbesondere einen Druck-MeßumformerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für einen Meßumfor
mer vom sogenannten Zylindertyp, d. h. axiale Meßumfor
mer, die hauptsächlich ein zylindrisches Gehäuse mit
einer Meßzelle haben, wobei die Elektronik im Gehäuse
montiert ist, und elektrische Anschlußklemmen oder Ka
beldurchführungen sich am einen Ende des Gehäuses be
finden.
Die Erfindung betrifft Meßumformer des Zylindertyps ge
nerell, wird aber im folgenden anhand eines Druck-Meß
umformers beschrieben.
Druck-Meßumformer geben normalerweise ein 0-20 mA oder
0-10 V Signal ab, und werden oft in elektrisch stö
rungsbelasteten Umgebungen angewandt. Um Störungen des
Meßsignals zu vermeiden, ist eine elektrische Abschir
mung von entscheidender Bedeutung, und es ist heute üb
lich große Erdungsebenen dadurch zu realisieren, daß
eine Platine mit großen Erdungsflächen entworfen wird,
wobei dann diese Flächen mit dem Außengehäuse des Meß
umformers verbunden werden. Das Gehäuse besteht somit
aus einem Metallgehäuse, das als große, abschirmende
Fläche wirkt. Beim Stand der Technik wird das Problem
in bezug auf die Verbindung zwischen der Erdung der
Platine und dem Gehäuse normalerweise dadurch gelöst,
daß eine teure, gesonderte Masseverbindung gelegt wird,
oft in der Form einer Metallzunge, die zur Platine bzw.
zum Gehäuse gelötet wird.
US 4,888,662 beschreibt einen Hochdruck-Meßwertgeber
des Zylindertyps, wo das zu lösende Problem darin be
steht, das Elektronikteil und ein Kunststoffteil, das
die elektrischen Anschlüsse enthält, vom Druckfühler zu
isolieren, um es gegen hohe Drücke zu schützen. Dies
erfolgt dadurch, daß eine Metallkammer in dem äußeren
Metallgehäuse angebracht wird, wobei die Metallkammer
das Fühlerelement enthält und das äußere Gehäuse um den
Kunststoffteil mit den elektrischen Leitungen festge
klemmt ist. Um eine Abschirmung gegen elektrische Stö
rungen zu erzielen, ist die Erdungsebene der Platine
sowohl mit der inneren Kammer als auch mit dem äußeren
Gehäuse durch eine Metallzunge verbunden, die mit der
Platine verlötet ist und die innere Kammer berührt und
mit dem äußeren Gehäuse zusammengeklemmt ist. Der Nach
teil dieser Konstruktion besteht darin, daß ein geson
derter Erdungsleiter zum Außengehäuse geführt werden
muß, wobei die Montage erschwert wird.
EP 0 372 773 beschreibt einen Druck-Meßwertgeber mit
zwei im wesentlichen kreisförmigen Platinen, die durch
ein flexibles Zwischenstück verbunden sind, das es er
möglicht die beiden Platinen über einander zu falten.
Um den Einfluß durch elektrische Störungen zu verrin
gern, steht von jeder der beiden Platinen eine Erdungs
zunge heraus, auf die ein Kondensator gelötet wird, der
mit dem Gehäuserahmen verbunden wird. In einem zweiten
Ausführungsbeispiel (Fig. 6) wird die lange Erdungszun
ge während der Endmontage des Meßwertgebers mit dem Au
ßengehäuse zusammengeklemmt, wobei die Masseverbindung
gebildet wird. Die Einrichtung der Masseverbindung er
fordert somit entweder mindestens zwei Lötungen oder
das Einklemmen der Zunge, die im gezeigten Ausführungs
beispiel zu Undichtheiten zwischen der Zunge und dem
Außengehäuse führen können.
Aus montagemäßigen Gründen werden lötfreie elektrische
Verbindungen bevorzugt, und die Anwendung von Schnapp-
und Klemmenverbindungen unter Anwendung der federnden
Eigenschaften von Kontaktoren ist weit verbreitet.
Somit beschreibt EP 0 691 533 einen axialen Druck-Meßwertgeber,
der ohne Löten zusammengebaut wird. Der
Druck-Meßwertgeber enthält ein zylindrisches Zwischen
stück aus Kunststoff, das eine Aushöhlung hat, in der
eine rechteckige Platine angebracht wird. Das zylindri
sche Zwischenstück wirkt als Anschlußklemme für die
elektrischen Verbindungsklemmen, die von den Versor
gungs-, Signal- und Fühlerseiten kommen, und das Kenn
zeichen der Konstruktion ist, daß die elektrischen Ver
bindungen ohne Löten, sondern ausschließlich durch die
Einführung von Steckern in Steckbuchsen, gebildet wer
den, wobei die Verbindung u. a. durch Federwirkung ge
schaffen wird. Auf einer Kante der Platine sind vier
Strombahnen ausgeführt, die mit der Elektronik der Pla
tine verbunden sind, und beim Zusammenbau des Druck-Meß
wertgebers wird ein unteres Teil mit Fühlerelement
und vier L-förmigen Metallklemmen in das zylindrische
Zwischenstück geführt, so daß die L-förmigen Klemmen an
die Strombahnen auf der Platinenkante gleiten, wobei
ein elektrischer Kontakt geschaffen wird. EP 0 691 533
beschreibt keine Maßnahmen, die im übrigen für die Ver
minderung der elektrischen Störungsempfindlichkeit er
forderlich wären.
Schließlich beschreibt US 4,918,833 eine Methode zur
Herstellung eines elektronischen Meßwertgebers mit ei
ner Platine, wobei die Platine mit Hilfe von Feder
klipps auf dem Fühlerelement fixiert wird. In einem be
sonderen Ausführungsbeispiel wird die Platine von fünf
U-förmigen Federklipps gehalten, die um die Kante der
Platine klemmen. Außer der fixierenden Wirkung, haben
die Klipps Verbindung mit Strombahnen, die zur Kante
der Platine geführt sind, wobei eine Verbindung zum un
terliegenden Fühler geschaffen wird, mit dem die Klipps
verlötet sind.
Der in EP 0 691 533 beschriebene Meßwertgeber leidet
außerdem unter einer Schwäche, die viele Meßwertgeber
haben, und zwar, daß ein Kippmoment auf das Oberteil
ausgeübt wird z. B. von einem Anschlußkabel, das im Ka
belstecker montiert und imstande ist das Oberteil aus
dem Griff, der vom äußeren Gehäuse geleistet wird, hin
auszukippen. Wenn das Oberteil zu einer der Seiten ge
kippt wird, kann eine Feuchtepassage zwischen dem äuße
ren Gehäuse und dem Oberteil zur Platine hin entstehen.
Der Zweck der Erfindung ist es eine Lösung zu schaffen,
in der die erwähnten Nachteile vom Stand der Technik
vermieden werden.
Dies wird durch die Herstellung eines Meßumformers er
reicht, der ein äußeres Gehäuse oder einen äußeren Zy
linder und einen inneren Zylinder hat, wobei der innere
Zylinder gleichzeitig die Masseverbindung schafft, die
Platine fixiert und die mechanische Konstruktion stabi
lisiert. Der Meßumformer besteht aus einem oberen Teil,
das die elektrischen Anschlüsse sowie einen ersten
elektrisch leitenden Zylinder enthält, welcher Zylinder
mit dem oberen Teil mechanisch verbunden ist und dieses
eng umgibt, wobei in dem Raum, der von dem oberen Teil
und dem ersten Zylinder gebildet wird, eine Platine an
gebracht ist, die mit den Anschlüssen des oberen Teils
und mit dem ersten Zylinder elektrisch verbunden ist.
Der Meßumformer ist im Anspruch 1 dadurch gekennzeich
net, daß die elektrische Verbindung zwischen dem ersten
Zylinder und der Platine durch einen zweiten elektrisch
leitenden Zylinder erfolgt, der federnde Kontaktberei
che zur Realisierung der elektrischen Verbindung zur
Platine aufweist. Die Ansprüche 2-10 enthalten nähere
Einzelheiten zur praktischen Herstellung des Meßumfor
mers.
Ein Meßumformer, der wie oben beschrieben ausgestaltet
ist, gibt eine verbesserte Masseverbindung und dadurch
eine reduzierte Empfindlichkeit gegenüber elektrischen
Störungen. Der Montageprozeß des Meßumformers wird er
heblich vereinfacht, da für die Einrichtung der Ausbil
dung der Masseverbindung keine manuelle Aktivität mehr
erforderlich ist, und die relativ teure Erdungszunge
kann gespart werden. Darüber hinaus wird die Platine
des Meßumformers festgehalten und außerdem von Druckbe
lastungen vom Gehäuse entlastet. Schließlich bewirkt
die Anwendung eines äußeren und eines inneren Zylinders
ein höheres Maß an mechanischer Stabilität und Haltbar
keit, die das Gehäuse gegen Dreh- und Kippmomente wi
derstandsfähig macht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der folgenden
Zeichnungen näher beschrieben:
Fig. 1 zeigt einen Schnitt eines Druck-Meßumformers
nach der Erfindung
Fig. 2 ist ein Ausschnitt des Druck-Meßumformers aus
Fig. 1
Fig. 3 zeigt den inneren Zylinder des Meßumformers
mit Prägungen.
Fig. 1 zeigt einen nach der Erfindung hergestellten
Druck-Meßumformer 1. Das Oberteil 2 enthält die An
schlüsse 3, in denen die Leitungen, die durch die Ka
beldurchführung 4 geleitet werden, festgehalten werden.
Ein äußeres Gehäuse oder ein äußerer Zylinder 5, beste
hend aus rostfreiem Stahl, verbindet das obere Teil des
Meßumformers mit dem unteren Teil 6, das das Fühlerele
ment 7 enthält. Eine dichtende Silikonmasse 8 ist zwi
schen unterem und oberem Teil des Meßumformers ange
bracht und mit einem + markiert.
Fig. 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt des Druck-Meß
umformers. Eine Konsole 9 mit einem Kragen 10 und
einem Klemmenteil 14 besteht aus einem harten Kunst
stoff. Die Anschlüsse 3 werden durch das Klemmenteil 14
zu einer Platine 15 geführt. Der äußere Zylinder 5, der
das Gehäuse des Druck-Meßumformers bildet, umschließt
das Kunststoffteil 9 eng und ist um eine Ausnehmung 26
im Kunststoffgehäuse gebördelt, um dicht zu schließen.
Ein innerer Zylinder 13, der kleiner ist als der äußere
Zylinder 5, ist durch eine Preßpassung montiert, und
zwar so, daß ein Teilbereich 11 mit dem äußeren Zylin
der 5 Kontakt hat. Der innere Zylinder 13 hat einen
Wulst 17, der auf der Außenseite des inneren Zylinders
13 ausbaucht, und als Feuchtesperre wirkt. Über Leitun
gen 16 wird die Platine 15 mit einer zweiten Platine 18
verbunden, die die Meßsignale empfängt und verstärkt.
Fig. 3 zeigt den inneren Zylinder 13 von oben mit mon
tierter Platine 15 und mit acht Prägungen 20, die gegen
die Zylindermitte gerichtet sind. Die Platine 15 ist im
wesentlichen kreisrund. Die obere Kante des Zylinders
13 mit Prägungen hat die Form einer Rosette. Die Prä
gungen haben zwei Funktionen, wobei die eine Funktion
eine Fixierung und Zentrierung der Platine ist, wenn
diese in der Rosette montiert ist, und die zweite Funk
tion die Schaffung der elektrischen Verbindung zur Pla
tine 15 ist, die in diesem Ausführungsbeispiel mit ei
ner leitenden Erdungsebene 23 auf der Kante versehen
ist. Vorteilhafterweise ist der innere Zylinder 13 mit
Prägungen 20 aus einem federnden Material, wie z. B.
Zinnbronze, hergestellt, wobei ein konstant hoher Kon
taktdruck gegen die Kante der Platine und eine Flexibi
lität während radialer Krafteinwirkungen, die die Pla
tine 15 schont, erreicht werden. Es ist möglich nur das
Rosetten-Teil des inneren Zylinders aus einem federnden
Material, und den Rest des Zylinders dann aus einem fe
steren Material, herzustellen, um die mechanische Sta
bilität zu erhöhen.
Die Prägungen 20 auf dem rosettenförmigen Teil des in
neren Zylinders 13 sind gleichmäßig auf den Umkreis des
Zylinders verteilt, und haben Kontakt mit der Platine
in den Punkten 24, wobei zwischen den Punkten ein Hohl
raum 25 besteht. Aus Rücksicht auf den Kontaktdruck ist
es wichtig, daß die Prägungen die richtige Form haben.
Eine weiche Kontour schafft gute Verbindungen, während
zu scharfe Konturen, z. B. eine reine Dreieckform, zu
steif und unelastisch werden. Wenn die Platine erwärmt
wird und ihre Länge ändert, müssen sich die Prägungen
auch ändern um den richtigen Druck aufrechtzuerhalten.
Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Prägungen,
wie gezeigt, mit weichen Konturen ausgestaltet werden,
und aus einem Material bestehen, das eine passende Fe
dercharakteristik aufweist, wie z. B. eine Zinn-Bronze
Legierung. Die Prägungen sind in einem Winkel 19 von
einundzwanzig Grad im Verhältnis zur Außenkante des Zy
linders ausgeführt. Im Ausführungsbeispiel ändert sich
der Kontaktdruck zwischen 1,5 kg und 0,8 kg, und in der
Praxis hat es sich gezeigt, daß der Kontaktdruck so
groß ist, daß sich die Prägungen in die Erdungsebene
der Platine hineinfressen und eine gute elektrische
Verbindung sichern.
Die Elastizität der Platine ist dann ein Vorteil, wenn
sich die Platine auf Grund von Temperaturschwankungen
entweder zusammenzieht oder erweitert, und gleichzeitig
werden radiale Krafteinwirkungen nicht auf die Platine
übertragen, da sie von der federnden Rosette absorbiert
werden. Auch bei der Montage ist die Elastizität ein
Vorteil, da keine großen Ansprüche in bezug auf Tole
ranzen gestellt werden müssen; der Durchmesser der Pla
tine kann z. B. um ± 0,2 mm abweichen, und die Rosette
wird sich automatisch anpassen.
Die Montage des Druck-Meßumformers erfolgt dadurch, daß
der innere Zylinder 13 zuerst in das Plastikteil 9 hin
eingepreßt wird, bis er gegen die Kante 22 anliegt.
Danach wird die Platine 15 durch den inneren Zylinder
geführt, bis sie gegen eine Kante 21 anliegt, wobei
sich der Kontaktpunkt der Prägungen in der Mitte der
Platinenkante befindet. Danach wird der äußere Zylinder
5 über den Kragen 10 des Kunststoffteils geführt und
auf der Kante der Ausnehmung 26 festgebördelt.
Die Durchmesser sowohl des inneren als auch des äußeren
Zylinders sind so ausgelegt, daß der innere Zylinder 13
und die Platine 15 durch Preßpassung montiert sind, wo
bei sowohl mechanische als auch elektrische Aufgaben
gelöst werden. Im Ausführungsbeispiel ist der Durchmes
ser des äußeren Zylinders größer als der des inneren
Zylinders, während der innere Zylinder hauptsächlich
zwei Durchmesser hat, wobei der erste Durchmesser grö
ßer ist als der zweite und zum äußeren Zylinder Kontakt
hat, während der zweite Durchmesser mit der Platine
Kontakt hat und kleiner ist als der Durchmesser der
Platine. Der zweite Durchmesser wird von den acht Prä
gungen 20 gebildet, deren Spitzen zusammen einen Kreis
beschreiben. Wenn die Platine montiert ist, wird sie
von dem zweiten Durchmesser, d. h. zwischen den Prägun
gen, festgehalten. Das Ausführungsbeispiel beschreibt
eine kreisrunde Platine, es ist aber auch möglich eine
rechteckige Platine zu verwenden, die von federnden
Prägungen festgehalten wird. Der innere Zylinder 13
könnte dann am einen Ende geschlossen sein, abgesehen
von einer Öffnung in der geschlossenen Fläche, in der
die rechteckige Platine montiert wird. Federnde Kon
taktbereiche werden auf die Kante dieser Öffnung ver
teilt, zwischen denen die etwas größere Platine festge
halten wird.
Während der Montage des inneren Zylinders 13 wird der
Wulst 17 in den Kunststoffkragen 10 gepreßt und
schließt so dicht, daß Feuchtigkeit nicht in das Innere
des Meßumformers dringen kann. Erfahrungen mit einem
glatten Zylinder ohne Dichtungswulst haben gezeigt, daß
Feuchtigkeitsprobleme auftreten können, mit der gezeig
ten Lösung kann aber eine Dichtigkeit erreicht werden,
die IP67 entspricht. Die elektrische Funktion der Preß
passung ist im Kontaktbereich 11 erfüllt, in dem der
innere und der äußere Zylinder eine gemeinsame elektri
sche Berührungsfläche haben, wobei es aus störungsmäßigen
Gründen wichtig ist, daß diese Fläche möglichst
groß ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Höhe des äuße
ren Zylinders 22,5 mm und die Höhe des inneren Zylin
ders 10 mm. Wenn eine größere Masseebene erforderlich
ist, kann die Höhe des inneren Zylinders ganz einfach
vergrößert werden. Es ist auch möglich die Höhe des Zy
linders 13 zu reduzieren, so daß sich der Zylinder ei
nen Ringform mit Prägungen 20 nähert.
Die Fig. 1 und 2 zeigen, daß der Meßumformer gegenüber
drehenden und kippenden Momenten widerstandsfähig ist.
Ein Kippmoment mit Ursprung in der Kabeldurchführung 4
wird nicht imstande sein das Oberteil aus dem Gehäuse
zu kippen, da der Kragen 10 von dem äußeren Zylinder 5
und dem inneren Zylinder 13 fest unterstützt wird, wo
bei der innere Zylinder durch eine Preßpassung in der
gemeinsamen Kontaktfläche 11 verstärkend befestigt ist.
Eine Sicherung gegen drehende Momente ist durch eine
Kombination von dem Wulst 17 und einer Prägung 12 im
äußeren Gehäuse erreicht worden, die sich in dem Kunst
stoffkragen 10 festbeißt.
Claims (10)
1. Meßumformer mit einem Endstück (2) und darin einge
betteten elektrischen Anschlüssen (3) sowie einem
ersten elektrisch leitenden Zylinder (5), der me
chanisch mit dem Endstück eng verbunden ist, wobei
eine Platine (15) in einem Raum, der von dem End
stück und dem ersten Zylinder gebildet wird, ange
ordnet ist, welche Platine mit den Anschlüssen und
mit dem ersten Zylinder elektrisch verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbin
dung zwischen dem ersten Zylinder (5) und der Pla
tine (15) durch einen zweiten elektrisch leitenden
Zylinder (13) erzielt wird, der federnde Kontaktbe
reiche (20) zur Bildung der elektrischen Verbindung
zur Platine hat.
2. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die federnden Kontaktbereiche (20) um eine
Öffnung im zweiten Zylinder (13) herum verteilt
sind, und mit Federkraft die Platine (15) nach der
Montage festhalten.
3. Meßumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die federnden Kontaktbereiche (20)
auf dem zweiten Zylinder (13) durch Berührung einer
leitenden Masseebene (23), auf der Kante der Plati
ne angebracht, eine elektrische Verbindung (24) zur
Platine (15) bilden.
4. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die federnden Kontaktbe
reiche (20) einen im wesentlichen kreisrunden oder
einen im wesentlichen rechteckigen Bereich zur Auf
nahme einer kreisrunden oder rechteckigen Platine
(15) beschreiben.
5. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß die federnden Kontaktbe
reiche (20) so ausgestaltet sind, daß sie einen im
voraus bestimmten, kleinsten Kontaktdruck gegen die
Leiter der Platine aufrechterhalten, unabhängig von
den Bewegungen der Platine.
6. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die federnden Kontaktbe
reiche als punktförmige Prägungen (20) ausgestaltet
sind, die die Platine (15) fixieren und eine elek
trische Verbindung zur Platine bilden.
7. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß die punktförmigen Prägun
gen (20) gegen die Mitte des inneren Zylinders (13)
gerichtet und gleichmäßig um den Umkreis des Zylin
ders herum verteilt sind.
8. Meßumformer nach einem der obigen Ansprüchen, da
durch gekennzeichnet, daß der erste Zylinder (5)
das äußere Gehäuse des Meßumformers bildet, während
der zweite Zylinder (13) den inneren Zylinder des
Meßumformers bildet, wobei der innere Zylinder eine
gemeinsame Berührungsfläche (11) mit dem äußeren
Gehäuse hat.
9. Meßumformer nach einem der obigen Ansprüchen, da
durch gekennzeichnet, daß der zweite Zylinder (13)
einen Wulst (17) um den Umkreis des Zylinders herum
aufweist, wobei dieser Wulst eine Dampfsperre bil
det.
10. Meßumformer nach einem der obigen Ansprüchen, da
durch gekennzeichnet, daß der innere Zylinder (13)
aus einer Zinnbronze Legierung besteht.
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