EP2217889A2

EP2217889A2 - Elektrisches gerät

Info

Publication number: EP2217889A2
Application number: EP08857123A
Authority: EP
Inventors: Beat Tschudin
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2007-12-04
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2010-08-18
Also published as: WO2009071558A2; DE102007058608A1; US20090145656A1; WO2009071558A3

Abstract

Das, insb. als Meß- und/oder Schaltgerät der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik ausgebildete und/oder elektronische, Gerät weist wenigstens ein Gehäuse (11, 20) mit wenigstens einer, insb. elektrische, elektronische und/oder elektro-mechanische, Bauteile und/oder -gruppen des Geräts aufnehmenden, insb. druckdicht und/oder explosionsfest verschlossenen, Kammer (14) auf. Ein die Bauteile und/oder -gruppen umgebender Raum nämlicher Kammer ist zumindest teilweise, insb. vollständig und/oder in einer Zündschutzart "?x-m" gewährleistenden Weise, mit Einbettmasse (25) ausgefüllt. In die Einbettmasse sind ferner, insb. im wesentlichen kugelförmige und/oder mit Gas befüllte, Hohlkörper (100), z.B. Mikroballons, eingelagert.

Description

Elektrisches Gerät

Die Erfindung betrifft ein, insb. als Meß- und/oder Schaltgerät der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik ausgebildetes und/oder elektronisches, Gerät mit wenigstens einem Gehäuse, das wenigstens eine Bauteile und/oder Baugruppen des Geräts aufnehmende Kammer aufweist, bei welchem Gerät ein die Bauteile und/oder -gruppen umgebender Raum nämlicher Kammer mit Einbettmasse ausgefüllt ist.

In der industriellen Prozeß-Meßtechnik werden, insb. auch im Zusammenhang mit der Automation chemischer oder verfahrenstechnischer Prozesse und/oder der automatisierten Steuerung von industriellen Anlagen, prozeßnah installierte elektrische Meß- und/oder Schaltgerät, so genannte Feldgeräte, wie z.B. Coriolis-Massendurchfluß-Meßgeräte, Dichte- Meßgeräte, magnetisch-induktive Durchflußmeßgeräte, Wirbel- Durchflußmeßgeräte, Ultraschall-Durchflußmeßgeräte, thermische

Massendurchfluß-Meßgeräte, Druck-Meßgeräte, Füllstand-Meßgeräte, Temperatur-Meßgeräte, ph-Wert-Meßgeräte etc., eingesetzt, die der Erzeugung von Prozeßgrößen - analog oder digital - repräsentierenden Meßwerten sowie diese letztlich tragende Meßwertsignalen dienen. Bei den jeweils zu erfassenden Prozeßgrößen kann es sich je nach Anwendung beispielsweise, um einen Massendurchfluß, eine Dichte, eine Viskosität, einen Füll- oder einen Grenzstand, einen Druck oder eine Temperatur oder dergleichen, eines flüssigen, pulver-, dampf- oder gasförmigen Mediums handeln, das in einem entsprechenden Behälter, wie z.B. einer Rohrleitung oder einem Tank, geführt bzw. vorgehalten wird.

Zum Erfassen der jeweiligen Prozeßgrößen weisen Feldgeräte der vorgenannten Art jeweils einen entsprechenden physikalisch-elektrischen oder chemisch-elektrischen Meßaufnehmer auf. Dieser ist zumeist in eine Wandung des das Medium jeweils führenden Behälters oder der in den Verlauf einer das Medium jeweils führenden Leitung, beispielsweise eine Rohrleitung, eingesetzt und dient dazu, wenigstens ein mit der zu erfassenden Prozeßgröße entsprechend korrespondierendes elektrisches Meßsignal zu erzeugen. Zum Verarbeiten des Meßsignals ist der

Meßaufnehmer weiters mit einer in einer Feldgerät-Elektronik des Feldgeräts vorgesehenen, der Weiterverarbeitung oder Auswertung des wenigstens einen Meßsignals wie auch der Generierung entsprechender Meßwertesignale dienenden Meßgerät internen Betriebs- und Auswerteschaltung verbunden. Weiterführende Beispiele für derartige, dem Fachmann an und für sich bekannte Meßgeräte, insb. auch deren Verwendung und deren Betrieb betreffende Einzelheiten, sind u.a. in der WO-A 03/048874, WO-A 02/45045, der WO-A 02/103327, der WO-A 02/086426, der WO-A 01/02816, der WO-A 00/48157, der WO-A 00/36 379, der WO-A 00/14 485, der WO-A 95/16 897, der WO-A 88/02 853, der WO-A 88/02 476, der US-B 71 34 348, der US-B 71 33 727, der US-B 70 75 313, der US-B 70 73 396, der US-B 70 32 045, der US-B 68 54 055, der US-B 67 99 476, der US-B 67 76 053, der US-B 67 69 301 , der der US-B 66 62 120, der US-B 66 40 308, US-B 65 77 989, der US-B 65 74 515, der US-B 65 56 447, der US-B 65 39 819, der US-B 65 35 161 , der US-B 65 12 358, der US- B 64 87 507, der US-B 64 80 131 , der US-B 64 76 522, der US-B 63 97 683, der US-B 63 66 436, der US-B 63 52 000, der US-B 63 11 136, der US-B 62 85 094, der US-B 62 69 701 , der US-B 62 36 322, der US-A 61 40 940, der US-A 60 51 783, der US-A 60 14 100, der US-A 60 06 609, der US-A 59 59 372, der US-A 57 96 011 , der US-A 57 42 225, der US-A 57 42 225, der US- A 57 06 007, der US-A 56 87 100, der US-A 56 72 975, der US-A 56 04 685, der US-A 55 35 243, der US-A 54 69 748, der US-A 54 16 723, der US-A 53 63 341 , der US-A 53 59 881 , der US-A 52 31 884, der US-A 52 07 101 , der US-A 51 31 279, der US-A 50 68 592, der US-A 50 65 152, der US-A 50 52 230, der US-A 49 26 340, der US-A 48 50 213, der US-A 47 68 384, der US- A 47 16 770, der US-A 46 56 353, der US-A 46 17 607, der US-A 45 94 584, der US-A 45 74 328, der US-A 45 24 610, der US-A 44 68 971 , der US-A 43 17 116, der US-A 43 08 754, der US-A 38 78 725, der US-A 2007/0217091 , der US-A 2006/0179956, der US-A 2006/0161359, der US-A 2006/0120054, der US-A 2006/0112774, der US-A 2006/0096390, der US-A 2005/0139015, der US-A 2004/0117675, der EP-A 1 669 726, der EP-A 1 158 289, der EP-A 1 147 463, der EP-A 1 058 093, der EP-A 984 248, der EP-A 591 926, der EP-A 525 920, der DE-A 102005 032 808, der DE 100 41 166, der DE-A 44 12 388, der DE-A 39 34 007 oder der DE-A 37 11 754 hinreichend ausführlich und detailliert beschrieben.

Bei einer Vielzahl von Feldgeräten der in Rede stehenden Art wird der

Meßaufnehmer zum Erzeugen des Meßsignals im Betrieb zudem von einem von der Betriebs- und Auswerteschaltung zumindest zeitweise generierten Treibersignal so angesteuert, daß er in einer für die Messung geeigneten Weise zumindest mitteibar oder aber auch über eine das Medium direkt kontaktierende Sonde praktisch unmittelbar auf das Medium einwirkt, um dort mit der zu erfassenden Meßgröße entsprechend korrespondierende Reaktionen hervorzurufen. Das Treibersignal kann dabei beispielsweise hinsichtlich einer Stromstärke, einer Spannungshöhe und/oder einer Frequenz entsprechend geregelt sein. Als Beispiele für solche aktiven, also ein elektrisches Treibersignal im Medium entsprechend umsetzende

Meßaufnehmer sind im besonderen dem Messen von zumindest zeitweise strömenden Medien dienende Durchfluß-Meßaufnehmer, z.B. mit wenigstens einer vom Treibersignal angesteuerten, Magnetfeld erzeugenden Spule oder wenigstens einem vom Treibersignal angesteuerten Ultraschallsender, oder aber auch dem Messen und/oder Überwachen von Füllständen in einem

Behälter dienende Füllstands- und/oder Grenzstandsaufnehmer, wie z.B. mit freistrahlender Mikrowellenantenne, Gouboun-Leitung oder vibrierendem Tauchkörper, zu nennen.

Geräte der in Rede stehenden Art weisen ferner wenigstens ein Gehäuse mit wenigstens einer elektrische, elektronische und/oder elektro-mechanische Bauteile und/oder Baugruppen des Geräts, beispielsweise Komponenten der erwähnten Betriebs- und Auswerteschaltung, aufnehmende, üblicherweise druckdächt und/oder explosionsfest verschlossene Kammer auf. So umfassen Feidgeräte der beschriebenen Art zur Aufnahme der Feldgerät- Elektronik zumeist ein vergleichsweise robustes, insb. schlag-, druck-, und/oder wetterfestes, Elektronik-Gehäuse. Dieses kann, wie z.B. in der US- A 63 97 683 oder der WO-A 00/36379 vorgeschlagen, vom Feldgerät entfernt angeordnet und mit diesem nur über eine flexible Leitung verbunden sein; es kann aber auch, wie z.B. in der EP-A 903 651 oder der EP-A 1 008 836 gezeigt, direkt am Meßaufnehmer oder einem den Meßaufnehmer separat einhausenden Meßaufnehmer-Gehäuse angeordnet sein. Gegebenenfalls kann dann das Elektronik-Gehäuse, wie beispielsweise in der EP-A 984 248, der US-A 45 94 584, der US-A 47 16 770 oder der US-A 63 52 000 gezeigt, auch dazu dienen, einige mechanische Komponenten des Meßaufnehmers mit aufzunehmen, wie z.B. sich unter mechanischer Einwirkung betriebsmäßig verformende membran-, stab-, hülsen- oder rohrförmige

Deformation- oder Vibrationskörper, vgl. hierzu auch die eingangs erwähnte US-B 63 52 000 oder US-A 60 51 783.

Bei Feldgeräten äst die jeweilige Feldgerät-Elektronik üblicherweise über entsprechende elektrische Leitungen an ein vom jeweiligen Gerät zumeist räumlich entfernt angeordnetes und zumeist auch räumlich verteiltes übergeordneten elektronischen Datenverarbeitungssystem elektrisch angeschlossen, an das die vom jeweiligen Feldgerät erzeugten Meßwerte mittels eines diese entsprechend tragenden Meßwertesignals zeitnah weitergegeben werden. Elektrische Geräte der beschriebenen Art sind zudem üblicherweise mittels eines innerhalb des übergeordneten Datenverarbeitungssystems vorgesehenen Datenübertragungsnetzwerks miteinander und/oder mit entsprechenden elektronischen Prozeß- Steuerungen verbunden, beispielsweise vor Ort installierte Speicherprogrammierbare Steuerungen oder in einer entfernten Leitwarte installierte Prozeß-Leitrechnern, wohin die mittels des Meßgeräts erzeugten und in geeigneter Weise digitalisierten und entsprechend codierten Meßwerte weitergesendet werden. Mittels solcher Prozeß-Leitrechner können die übertragenen Meßwerte weiten/erarbeitet und als entsprechende Meßergebnisse z.B. auf Monitoren visuaiisiert und/oder in Steuersignale für andere als Steilgeräte ausgebildete Feidgeräte, wie z.B. Magnet- Ventile, Eiektro-Motoren etc., umgewandelt werden. Da moderne Meßanordnungen zumeist auch direkt von solchen Leitrechnern aus überwacht und gegebenenfalls gesteuert und/oder konfiguriert werden können, werden in entsprechender weise über vorgenannte, zumeist hinsichtlich der Übertragungsphysik und/oder der Übertragungsiogäk hybride Datenübertragungsnetzwerke dem Meßgerät zugewiesene Betriebsdaten gleichermaßen versendet. Dementsprechend dient das Datenverarbeitungssystem üblicherweise auch dazu, das vom Meßgerät gelieferte Meßwertesignal entsprechend den Anforderungen nachgelagerter Datenübertragungsnetzwerke zu kondätionieren, beispielsweise geeignet zu digitalisieren und gegebenenfalls in ein entsprechendes Telegramm umzusetzen, und/oder vor Ort auszuwerten. Dafür sind in solchen Datenverarbeitungssystemen mit den jeweiligen Verbindungsleitungen elektrisch gekoppelte Auswerteschaltungen vorgesehen, die die vom jeweiligen Meß- und/oder Schaltgerät empfangenen Meßwerte vor- und/oder weiterverarbeiten sowie, falls erforderliche, geeignet konvertieren. Zur Datenübertragung dienen in solchen industriellen Datenverarbeitungssystemen zumindest abschnittsweise, insb. serielle, Feldbusse, wie z.B. FOUNDATION FlELDBUS, RACKBUS-RS 485, PROFiBUS etc., oder beispielsweise auch Netzwerke auf Basis des ETHERNET-Standards sowie die entsprechenden, zumeist übergreifend standardisierten Übertragungs-Protokolle.

Neben den für die Verarbeitung und Konvertierung der von den jeweils angeschlossenen Feldgerät gelieferten Meßwerte erforderlichen Auswerteschaltungen weisen solche übergeordnete

Datenverarbeitungssysteme zumeist auch der Versorgung der angeschlossenen Meß- und/oder Schaitgräte mit elektrischer Energie dienende elektrische Versorgungsschaitungen auf, die eine entsprechende, ggf. direkt vom angeschlossenen Feldbus gespeiste, Versorgungsspannung für die jeweilige Feldgerät-Eiektronik bereitstellen und die daran angeschlossenen elektrische Leitungen sowie die jeweiligen Feldgerät- Elektroniken durchfließende elektrische Ströme treiben. Eine

Versorgungsschaltung kann dabei beispielsweise genau einem Feldgerät jeweils zugeordnet und zusammen mit der dem jeweiligen Feldgerät zugeordneten Auswerteschaltung - beispielsweise zu einem entsprechenden Feldbusadapter vereint - in einem gemeinsamen, z.B. als Hutschienen-Modul ausgebildeten, Elektronik-Gehäuse untergebracht sein. Es ist aber durchaus auch üblich, Versorgungsschaltungen und Auswerteschaltungen jeweils in separaten, ggf. voneinander räumlich entfernten Elektronik-Gehäusen unterzubringen und über externe Leitungen miteinander entsprechend zu verdrahten,

IndustrietaugJiche elektrische bzw. auch elektronische Geräte müssen bekanntlich sehr hohen Schutzanforderungen genügen, insb. hinsichtlich der Abschottung der darin plazierten elektrischen Bauteile gegen äußere Umwelteinflüsse, hinsichtlich des Schutzes gegen allfälliges Berühren spannungsführender Bauteile und/oder hinsichtlich des Unterbindens von elektrischen Zündfunken im Fehlerfall.

Hierzu gehört, wie beispielsweise auch in der DE-A 100 41 166 ausgeführt, im besonderen die Anforderung, daß ein elektrischer Strom, der, beispielsweise bei Körperschluß, via Gehäuse gen Masse oder Erde fließen könnte, einen maximal zulässigen Höchstwert nicht überschreiten darf. Bei einem Anschluß des elektrischen Geräts an 250 V beträgt dieser zulässige Höchstwert beispielsweise 10 mA. Werden diese Anforderungen erfüllt, so entspricht das Gerät zumindest den Anforderungen der Schutzklasse 11 , d. h. es handelt sich um ein elektrisches Gerät mit Schutzisolierung. Zur Realisierung dieser Anforderungen ist es demnach erforderlich, daß das Gehäuse des elektrischen Geräts gegenüber allen spannungsführenden Teilen des Geräts ausreichend isoliert ist. Eine solche Isolierung ist insbesondere dann notwendig, wenn es sich um ein Gehäuse aus elektrisch leitfähigem Materiai, beispielsweise einem Metall, handelt.

Elektrische Geräte, die auch in explosionsgefährdeten Bereichen betrieben werden sollen, müssen darüberhinaus auch sehr hohen Sicherheitsanforderungen hinsichtlich des Explosionsschutzes genügen. Dabei geht es im besonderen darum, die Bildung von Funken sicher zu vermeiden oder zumindest sicherzustellen, daß ein im Inneren eines abgeschlossenen Raumes allfällig entstehender Funke keine Auswirkungen auf die Umgebung hat, um so die eine potentiell mögliche Auslösung einer Explosion sicher zu verhindern. Wie beispielsweise auch in der eingangs genannten EP-A 1 669 726, US-B 63 66 436, der US-B 65 56 447 oder der US-A 2007/0217091 hierzu ausgeführt, werden im Zusammenhang mit Explosionsschutz verschiedene Zündschutzarten unterschieden, die jeweils auch in einschlägigen, elektrische Betriebsmittei für explosionsgefährdete Bereiche betreffenden Standards und Normen entsprechend manifestiert sind, wie z.B. in der US-amerikanischen Norm FM3600, der internationale Norm IEC 60079-18 oder den Normen DIN EN 50014 ff.

So ist z.B. gemäß der Europäischen Norm EN 50 020:1994 Explosionsschutz gegeben, wenn Geräte gemäß der darin definierten Zündschutzart oder auch Schutzklasse mit dem Namen "Eigensicherheit" (Ex-i) ausgebildet sind. Gemäß dieser Schutzklasse haben die Werte für die elektrischen Größen Strom, Spannung und Leistung in einem Gerät zu jeder Zeit jeweils unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes zu liegen. Die drei Grenzwerte sind so gewählt, daß im Fehlerfall, z.B. durch einen Kurzschluß, die maximal entstehende Wärme nicht ausreicht, um einen Zündfunken zu erzeugen. Der Strom wird z.B. durch Widerstände, die Spannung z.B. durch Zener-Dioden und die Leistung durch entsprechende Kombination von ström- und

Spannungsbegrenzenden Bauteilen unter den vorgegebenen Grenzwerten gehalten. In der Europäischen Norm EN 50 019:1994 ist eine weitere Schutzklasse mit dem Namen "Erhöhte Sicherheit" (Ex-e) angegeben. Bei Geräten, die gemäß dieser Schutzklasse ausgebildet sind, wird der Zünd- bzw. Explosionsschutz dadurch erzielt, daß die räumlichen Abstände zwischen zwei verschiedenen elektrischen Potentialen so groß sind, daß eine Funkenbildung auch im Fehlerfall aufgrund der Distanz nicht auftreten kann. Dies kann jedoch unter Umständen dazu führen, daß Schaltungsanordnungen sehr große Abmessungen aufweisen müssen, um diesen Anforderungen zu genügen.

Als eine andere Schutzklasse ist in der Europäischen Norm EN 50 018:1994 ferner die Zündschutzart "Druckfeste Kapselung'" (Ex-d) aufgeführt. Elektrische Geräte die gemäß dieser Schutzklasse ausgebildet sind, müssen ein druckfestes Gehäuse aufweisen, durch das sichergestellt ist, daß eine im inneren des Gehäuses auftretende Explosion nicht in den Außenraum übertragen werden kann. Druckfeste Gehäuse sind, damit sie eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen, vergleichsweise dickwandig ausgebildet.

Eine weitere europäische Norm, nämlich die DIN EN 50028, betrifft die Schutzklasse "Vergußkapselung" (Ex-m). Dabei handelt es sich um eine Zündschutzart, bei der Bauteile und/oder Baugruppen des elektrischen Geräts, die eine explosionsfähige Atmosphäre durch Funken oder durch Erwärmung potentiell zünden könnten, derart in einer zumeist den die Bauteile und/oder -gruppen umgebender Raum der jeweiligen Kammer ausfüllende, zumeist elastomere und/oder geschäumte, Einbettmasse eingekapselt sind, daß ein Kontakt zur explosionsgefährdeten Atmosphäre weitgehend ausgeschlossen und so eine Entzündung unterbunden werden kann. In den USA, in Kanada, in Japan und anderen Ländern gibt es mit vorgenannten Europäischen Normen vergleichbare Standards.

Die aus vor genannten Gründen notwendige Kapselung von elektrischen Bauteilen und/oder -gruppen elektrischer Geräte der in Rede stehenden Art in Einbettmasse - sei es aus Gründen der elektrischen Isolierung spannungsführender Teile, aus Gründen weiterführenden Explosionsschutzes oder zwecks Abschottung gegen Staub und/oder Feuchtigkeit - wird zumeist dadurch realisiert, daß die die jeweilige Baugruppe aufnehmende Kammer des Gehäuses, insb. im Rahmen eines automatisierten Fertigungsprozesses, mit einem zunächst fließfähigen reaktiven Mehrkomponenten System befüllt und letzteres sich zu einem soliden, zumeist elastomeren Kunststoff, wie etwa Epoxydharz oder Polyurethan, verfestigen gelassen wird,

Nach dem Verfestigen selbigen Kunststoffes innerhalb der Kammer Siegt dann ein fester, ggf. auch elastischer dreidimensionaler Kunststoffkörper vor, der die zu kapselnden Bauteile und/oder Baugruppen im wesentlichen formschlüssig umgibt, ggf. auch einhergehend mit adhäsiver Kontaktierung. Andere als Einbettmasse für elektrische Bauteile und/oder -gruppen Verwendung findende, insb. auch elastomere, Kunststoffe sind beispielsweise auch Silikon und/oder Kautschuk. Verfahren zum Herstellen und/oder Einbringen solcher als Einbettmasse dienenden dreidimensionaler Kunststoffkörper mittels Gießverfahren sind beispielsweise in den eingangs erwähnten EP-A 1 669 726 oder US-A 60 51 783 oder auch der DE-A 198 39 458 beschrieben.

Neben dem vorgenannten Verguß verfahren besteht, wie beispielsweise in der DE-A 100 41 166 vorgeschlagen, eine weitere Möglichkeit solche als Einbettmasse für elektrische Bauteile und/oder -gruppen dienende dreidimensionale Kunststoffkörper in die entsprechende Kammer einzubringen darin, selbigen Kunststoffkörper außerhalb der Kammer daran angepaßt zu formen und dabei in einem solchen Maße ausreichend elastisch auszubilden, daß er auch im ausgehärteten Zustand nachträglich in die Kammer einsteckbar ist.

Bei der Verwendung von als Einbettmasse für elektrische Bauteile und/oder - gruppen dienender - nach welchem Verfahren auch immer hergestellter - dreidimensionaler Kunststoffkörper besteht, wie beispielsweise auch in der EP-A 1 669 726 diskutiert, allerdings ein besonderes Problem darin, daß es bei Temperaturänderungen und den damit einhergehenden absoluten wie auch relativen Volumenänderungen von Gehäuse und Einbettmasse gelegentlich zu einem erhöhten Druck auf eingekapselte Bauteile und/oder zu erhöhten mechanischen Spannungen in Gehäuse und/oder Einbettmasse kommen kann. Damit einhergehend ist bei einer vollständig vergossenen Kammer durchaus mit Beschädigungen des Gehäuses und/oder auch der darin untergebrachten elektrischen Bauteilen zu rechnen. Darüberhinaus besteht bei mittels reaktiven Mehrkomponenetensystems hergestellten Einbettmassen, wie z.B. Polyurethan oder Epoxydharz, ein weiteres Problem darin, daß zusätzlich zu solchen thermisch induzierten technologisch bedingt auch solche mechanischen Spannungen auftreten können, die durch den beim Aushärten nahezu unvermeidbaren Volumenschwund bedingt.

Im weiteren können solche Volumenänderungen - seien sie nun technologisch bedingt und/oder thermisch induziert - auch zu eher unerwünschten Ablösungen der Einbettmasse von der Wandung des Gehäuse führen, wodurch nicht nur die Dichtwirkung der Einbettmasse vermindert wird, sondern zudem auch in unkontrollierbarer weise neue Stromkriech- und/oder Zündpfade eröffnet werden können.

Zur Verminderung solcher mechanischen Spannungen ist beispielsweise in der DE-A 198 39 458 die Verwendung von Polyurethan- oder

Epoxydharzschaum als Einbettmasse empfohlen worden. Des weiteren in der EP-A 1 669 726 vorgeschlagen worden, als Einbettmasse ebenfalls einen porösen, insb. schwammartig strukturierten, und somit hochkompressiblen Kunststoff, wie etwa additionsvemetzten Silikonkautschuk, zu verwenden.

Obzwar mit derartigen aufgeschäumten porösen Einbettmassen dem vorgenannten Spannungsproblem durchaus wirksam begegnet werden kann, haben Untersuchungen an solchen Schäume allerdings ergeben, daß, beispielsweise infolge von praktisch unvermeidbaren Schwankungen der Randbedingungen des Herstellungsprozesses, die Qualität solcher Schäume auch innerhalb einer Charge in einem erheblichen Maße schwanken können und somit eine Reproduzierbarkeit solcher Einbettmassen innerhalb eines schmalen Toleranzbereiches kaum gegeben ist. Infolgedessen können - wenn überhaupt - leider nur mit erheblichem technischen Aufwand, insb. hinsichtlich Kalibrierung, Einstellung und Führung des zumeist weitgehend automatisierten Herstellungsprozesses, verläßliche Aussagen über die tatsächlichen Eigenschaften der jeweiligen Einbettmasse getroffen und insoweit die für die Einbettmassen von elektrischen Geräten der in Rede stehenden Art, im besonderen Maße aber auch die für Feldgeräte insgesamt geforderte hohe Qualität und Funktionssicherheit nicht ohne weiteres sichergestellt werden können.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, elektrische Geräte der in Rede stehenden Art dahingehend zu verbessern, daß vorgenannte Nachteile vermieden werden können. Im weiteren ist eine Aufgabe der Erfindung ferner darin zusehen, daß nämliche elektrische Geräte einerseits mit einem möglichst einfach zu kalibrierenden Herstellungsprozeß mit einer Einbettmasse versehen werden können, die jeweils ausreichend reproduzierbare Eigenschaften aufweist, und daß nämliche elektrische Geräte anderseits über einen möglichst weiten zulässigen Temperaturbereich fehlerfrei betrieben werden können und dabei auch allfällig gestellte Sicherheitsanforderungen, insb. hinsichtlich Expiosionsschutz und/oder Berührungsschutz, zuverlässig erfüllen. Zur Lösung besteht die Erfindung in einem elektrischen, beispielsweise als Meß- und/oder Schaltgerät der industrieilen Meß- und Automatisierungstechnik ausgebildetes und/oder elektronisches, Gerät mit wenigstens einem Gehäuse, das wenigstens eine, beispielsweise elektrische, eiektronische und/oder elektro-mechanische, Bauteile und/oder - gruppen des Geräts aufnehmende, beispielsweise druckdicht und/oder explosionsfest verschlossene, Kammer aufweist. Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß ein die Bauteile und/oder -gruppen umgebender Raum nämlicher Kammer zumindest teilweise, beispielsweise auch vollständig und/oder in einer Zündschutzart "Ex-m" gewährleistenden Weise, mit Einbettmasse ausgefüllt ist, in die, beispielsweise im wesentlichen kugelförmige und/oder mit Gas befüllte, Hohlkörper, wie etwa Mikrobalions, eingelagert sind.

Ferner besteht die Erfindung auch darin, eines solches Gerät zum Messen einer physikalischen und/oder chemischen Meßgröße eines in einer, insb. sich zumindest abschnittsweise durch eine explosionsgefährdete Gefahrenzone erstreckenden, Rohrleitung und/oder in einem, änsb. innerhalb einer explosionsgefährdeten Gefahrenzone plazierten, Behälter geführten Mediums zu verwenden.

Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Einbettmasse mittels Befüllens der vorab mit Bauteilen bzw. -gruppen bestückten, insb. auch vorab mit zumindest einem Teil der Hohlkörper befüllten, Kammer mit einem fließfähigem, insb. reaktiven und/oder zumindest mit einem Teil der Hohlkörper versetzten, Mehrkomponentensystem gebildet ist. Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Einbettmasse mittels Erstarrenlassens, insb. durch Aushärten und/oder Verharzen, zumindest eines Anteils von in die Kammer eingefülltem Mehrkomponentensystems innerhalb derselben gebildet ist. Grundsätzlich ist eine Vielzahl von Materialien zur Realisierung Einbettmasse verwendbar. Nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist allerdings vorgesehen, daß die Einbettmasse überwiegend aus einem, insb. polymeren und/oder elastischen und/oder im wesentlichem soliden, Kunststoff, insb. Polyurethan, besteht. Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der, insb. im wesentlichem solide, Kunststoff zumindest überwiegend porenfrei ausgebildet ist und/oder daß die Hohlkörper zumindest anteilig und/oder zumindest durchschnittlich eine höhere effektive Kompressibilität aufweisen als der Kunststoff. Alternativ oder in Ergänzung zu dieser Weiterbildung ist ferner vorgesehen eine solche Einbettmasse zu verwenden, bei der ein Volumenverhäitnis von Hohlkörper zu Kunststoff, insb. initial, wenigstens 1 :100, insb. wenigstens 1 :10, beträgt.

Auch als Kunststoff kommen eine Vielzahl von, insb. vergußfähigen und bei vergleichsweise niedrigen Verarbeitungstemperaturen applizier- und/oder und aushärtbaren, Materialien in Frage, wie etwa Epoxydharz, Silikon etc. Nach einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist allerdings vorgesehen, daß als Kunststoff ein, insb. im Vergleich zu Silikon zumeist kostengünstigeres, geringe Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisendes und zumeist auch weniger zur Ausgasung neigendes, Polyurethan verwendet wird.

Obzwar Durchmesser bzw. Größe der verwendeten Hohlkörper grundsätzlich ganz unterschiedlich sein kann, ist gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, ausschließlich oder zumindest überwiegend solche Hohlkörper zu verwenden, die einen größten einen Durchmesser im Mikrometerbereich aufweisen.

Nach einer fünften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, ausschließlich oder zumindest überwiegend solche Hohlkörper zu verwenden, die einen größten Durchmesser aufweisen, der kleiner als 1 mm, insb. kleiner als 0,5 mm, ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß die verwendeten Hohlkörper eine solche Partikelgröße aufweisen, daß der größte Durchmesser zumindest durchschnittlich und/oder überwiegend zwischen 60 μm und 120 μm liegt.

Nach einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hohlkörper eine hydrostatische Druckfestigkeit aufweisen, die zumindest durchschnittlich und/oder überwiegend größer als 300 psi ist.

Nach einer siebenten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hohlkörper eine Dichte aufweisen, die zumindest durchschnittlich und/oder überwiegend zwischen 0,08 g/cm³ und 0,12 g/cm³ liegt.

Nach einer achten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß wobei ein Volumenanteii der Hohlkörper an der Einbettmasse wenigstens 1 %, insb. mehr als 5%, beträgt.

Nach einer neunten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hohlkörper mitteis eines elektrisch im wesentlichen nicht-leitenden Material und/oder eines Kunststoffs gebildet sind.

Nach einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zumindest ein Teil der Hohlkörper als Glas-Kugeln und/oder Phenolharz- Kugeln ausgebildet sind.

Obzwar grundsätzlich die mit der Einbettmasse versehene Kammer nicht abgedichtet sein muß ist nach einer elften Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, daß die wenigstens eine Bauteile und/oder -gruppen des Geräts aufnehmende Kammer druckdicht und/oder explosionsfest verschlossen ist. in einem solchen Fall kommen die Vorteile der erfindungsgemäß vorgesehenen Einbettmasse mit insgesamt hoher effektiver Kompressibilität zur besonderen Geltung, da auch dabei sehr wirksam unzulässige hohe Drücke bzw. Spannungen in Eänbettmasse und/oder umgebendem Gehäuse vermieden werden können. Dies im besonderen auch dann wenn der die Bauteile und/oder -gruppen umgebender Raum, beispielsweise auch zur Realisierung der Zündschutzart "Ex-m", vollständig mit der Einbettmasse gefüllt ist. Die Realisierung des Gerätes in vorgenannter Zündschutzart wäre beispielsweise auch dem Einsatz des erfindungsgemäßen Geräts in einem explosionsgefährdeten Bereich durchaus förderlich,

Nach einer zwölften Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Gerät weiters einen mit in der Kammer befindlichen Bauteilen mittels Verbindungsleitung elektrisch verbundenen Meßaufnehmer, der im Betrieb zumindest zeitweise ein mit einer physikalischen und/oder chemischen Meßgröße eines, insb. in einer Rohrleitung und/oder in einem Behälter geführten, Mediums korrespondierendes Meßsignal via Verbindungsleitung bereitstellt.

Ausgehend von den zuvor aufgeführten herkömmlichen Geräten der in Rede stehenden Art innewohnenden Nachteilen besteht also ein Grundgedanke der Erfindung u.a. darin, die für, insb. als Feldmeßgeräte dienende, elektrische Geräte der in Rede stehende Art verwendete Einbettmasse einerseits insgesamt zumindest hinsichtlich der zu erwartenden thermisch bedingten Ausdehnungen durch das Einbringen von Einschlüssen ausreichend kompressible auszubilden, anderseits aber auch jene diese insgesamt hohe Kompressibilität gewährleistende Einschlüsse innerhalb der Einbettmasse und somit die Einbettmasse insgesamt hinsichtlich Qualität und Betriebseigenschaften ausreichend sicher definieren und somit auch ohne erheblichen Mehraufwand gut reproduzieren zu können. Die geforderte hohe Kompressibilität wie auch Quaiitätssicherheit der Einbettmasse wird erfindungsgemäß durch die Verwendung von in die Einbettmasse eingelagerten Hohlkörpern realisiert, die selbst im Vergleich zumindest zur umgebenden Gehäusewandung naturgemäß weitaus nachgiebiger und beispielsweise im Vergleich zu gängigen elastomeren Kunststoffen, wie Polyurethan, Epoxydharz, Silikon etc., effektiv eine weitaus höherer Kompressibilität aufweisen können. Anders gesagt kann durch die Verwendung der Hohlkörper auf sehr einfache und effektive, im besonderen auch definierten und reproduzierbaren Weise eine für elektrische Geräte der in Rede stehenden Art geeignete Einbettmasse geschaffen werden, die zum einen eine mit Schäumen durchaus vergleichbaren offenporigen, die erforderliche Kompressibilität bewirkenden Struktur aufweist, zum anderen aber nicht die mit der Schaumbildung ansonsten zumeist einhergehenden Unwägbarkeiten hinsichtlich Qualität und Betriebsverhalten aufweist.

Mit der Erfindung wird also eine Einbettmasse für elektrische Geräte bereitgestellt, die deren Einsatz auch innerhalb eines weiten Betriebstemperaturbereichen ermöglicht, da aufgrund der insgesamt hohen Kompressibilität weder ein Ablösen der Einbettmasse von der die jeweilige Kammer umgebenden Wandung noch ein unzulässig hoher Druck innerhalb nämlicher zu befürchten ist. Dies im besonderen deshalb, weil zumindest die in der Einbettmasse eingelagerten Hohlkörper mit thermisch bedingten Voiumenänderungen des Gehäuses relativ zur Einbettmasse alifällige einhergehende mechanische Spannungen ohne weiteres aufnehmen können.

im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäßen Geräte sowie erfindungsgemäße Verwendungen solcher Geräte auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird im besonderen auch auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten

Patentansprüche sowie auf die nachfolgende Erläuterung der Erfindung wie auch vorteilhafter Ausgestaltungen derselben anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen verwiesen; gleiche Teile sind in den Figuren im übrigen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Falls es der Übersichtlichkeit dienlich ist, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet. Im einzelne sind in: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines als Meßgerät, insb. elektromechanischer Grenzstandssensor, ausgebildeten elektrischen Geräts mit einem als Elektronik-Gehäuse ausgebiideten Gehäuse gezeigt,

Fig. 2 eine Ansicht des Geräts nach Fig. 1 mit geschnittenem

Elektronik-Gehäuse gezeigt, vor dem Einsetzen eines dem Verschließen einer Bauteile und/oder Baugruppen des Geräts aufnehmenden, mit Einbettmasse befüllter Kammer dienenden Stopfens,

Fig. 3 das Gerät von Fig. 2 nach dem Einsetzen des Stopfens gezeigt, und

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht des Geräts im zusammengebauten Zustand gezeigt, allerdings in einer gegenüber dem Elektronik-Gehäuse nach Fig. 3 etwas abgewandelten Ausführungsform.

In der Fig. 1 ist ein elektrisches, insb. als Meß- und/oder Schaltgerät der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik ausgebildetes und/oder elektronisches, Gerät gezeigt. Das Gerät weist wenigstens ein Gehäuse mit wenigstens einer Kammer auf. Diese wiederum dient dazu, insb. elektrische, elektronische und/oder eiektro-mechanische Bauteile und/oder -gruppen des Geräts aufzunehmen.

Das Gerät ist ferner im besonderen dafür vorgesehen, zum Messen einer physikalischen und/oder chemischen Meßgröße eines in einer, beispielsweise sich zumindest abschnittsweise durch eine explosionsgefährdete Gefahrenzone erstreckenden, Rohrleitung und/oder in einem, beispielsweise innerhalb einer explosionsgefährdeten Gefahrenzone plazierten, Behälter geführten Mediums verwendet zu werden. Dementsprechend kann es sich bei dem elektrischen Gerät beispielsweise um ein Coriolis-Massendurchflußmeßgerät, ein Dichte-Meßgerät, ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät, ein Wirbel-Durchflußmeßgerät, ein Ultarschall-Durchflußmeßgerät, ein thermisches Massend urchfluß- Meßgerät, ein D ruck- Meßgerät, ein Füllstand-Meßgerät, ein Temperatur- Meßgerät ein ph-Wert-Meßgerät oder dergleichen handeln. Dafür umfaßt das Gerät nach einer Weiterbildung der Erfindung wenigstens einen mit in der Kammer befindlichen Bauteilen mittels, insb. zumindest abschnittsweise flexibler, Verbindungsleitung elektrisch verbundenen Meßaufnehmer 10, der im Betrieb zumindest zeitweise ein mit einer physikalischen und/oder chemischen Meßgröße des jeweils zu messenden, insb. in einer Rohrleitung und/oder in einem Behälter geführten, Mediums korrespondierendes Meßsignal via Verbindungsleitung bereitstellt.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung ist für das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel - lediglich stellvertretend und ohne Beschränkung darauf - ein in der industriellen Meßtechnik gleichermaßen etablierter, der Überwachung eines vorbestimmten Füllstands in einem Behälter dienender elektromechanischer Füllstandssensor gewählt worden, wie er dem Fachmann z.B. auch aus der eingangs erwähnten US-A 60 51 783 oder US- B 65 39 819 bekannt ist.

Das im Ausführungsbeispiel ais Fülistandssensor ausgebiidete Gerät hat, wie aus der Zusammenschau von Fig. 1 und 2 und/oder 3 ersichtlich ein als Einschraubstück ausgebildetes Meßaufnehmer-Gehäuse 11 mit einem Gewindeabschnitt 12 und einem Sechskantkopf 13.

Ein die Kammer 14 des Gehäuses bildender hohler Innenraum des Einschraubstücks ist, wie in Fig. 2 und 3 schematisch dargesteilt, am unteren Ende durch eine Membran 15 verschlossen, an der wiederum die membranseitige Enden von zwei Schwingstäben 16 und 17 befestigt sind. Mittels des Einschraubstücks wird das hier als grenzstandüberwachender Füllstandssensor dienende Gerät so in einer mit einem Innengewinde versehenen Öffnung einer - hier nicht dargestellten - Behäiterwand mediumsdicht befestigt, daß die Schwingstäbe 16, 17 in das Innere des Behälters ragen und mit dem Füllgut in Berührung kommen, wenn dieses den zu überwachenden Grenzfüflstand erreicht.

In dem hohlen Innenraum 14 des Meßaufnehmer-Gehäuses 11 ist eine elektromechanäsche Wandleranordnung 18 angeordnet, die durch einen Stapel von piezoelektrischen Elementen gebildet ist. Die Wandleranordnung 18 enthält Erregungswandler und Empfangswandler. Wenn an die Erregungswandler eine elektrische Wechseispannung angelegt wird, versetzen sie die Membran 15 in Schwingungen, die auf die Schwingstäbe 16 und 17 übertragen werden, so daß diese entgegengesetzte Schwingungen quer zu ihrer Längsrichtung ausführen. Wenn auf die Empfangswandler mechanische Schwingungen einwirken, erzeugen sie eine elektrische Wechselspannung mit der Frequenz der mechanischen Schwingungen.

Eine zugehörige - mit dem Meßaufnehmer via Wandleranordnung 18 elektrisch kommunizierende - Elektronik enthält einen Verstärker, der am Eingang die von den Empfangswandlern erzeugte Wechseispannung empfängt und am Ausgang die verstärkte Wechselspannung zu den Erregungswandlern überträgt. Somit liegt das von der Membran 15 und den Schwingstäben 16, 17 gebildete mechanische Schwingsystem über die Wandleranordnung 18 im Rückkopplungskreis des Verstärkers, so daß es sich zu Schwingungen mit einer Eigenresonanzfrequenz erregt. Die Funktion eines solchen Füllstandssensors beruht bekanntlich darauf, daß eine Eigenresonanzfrequenz des mechanischen Schwingsystems für den Fail, daß die Schwängstäbe 16, 17 nicht mit dem zu überwachenden Füllgut in Berührung stehen, in einem für die Detektion ausreichenden Maße höher ist als für den Fall, daß die Schwingstäbe 16, 17 in das Füllgut eintauchen. Die zugehörige Elektronik enthält daher zusätzlich eine Auswerteschaltung, die feststellt, ob die Frequenz der vom Verstärker abgegebenen Wechselspannung, die mit der Frequenz der mechanischen Schwingung übereinstimmt, über oder unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Wenn diese Frequenz über dem Schwellenwert liegt, bedeutet dies, daß die Schwingstäbe 16, 17 in Luft schwingen, also das Füllgut den zu überwachenden Füllstand nicht erreicht hat. Wenn dagegen die Frequenz unter dem Schwellenwert liegt, bedeutet dies, daß das Füllgut im Behälter den zu überwachenden Füllstand erreicht oder überschritten hat.

Zur Unterbringung der Elektronik, die mit der Wandleranordnung 18 und insoweit mit dem Meßaufnehmer 10 also solches mitteis abschnittsweise flexibler und/oder abschnittsweise starrer Verbindungsleitung(en) 50 verbunden sein kann, ist an der außerhalb des - hier nicht dargestellten - Behälters liegenden Stirnseite des Einschraubstücks ein weiteres - hier insoweit als Elektronik-Gehäuse dienendes - Gehäuse 20 angebracht. Die Wand des Eiektronik-Gehäuses 20 ist durch ein Metallrohr 21 gebildet, das, wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, am einen Ende an dem als Meßaufnehmer-Gehäuse 11 dienenden Einschraubstück dächt befestigt ist und dessen entgegengesetztes Ende offen ist. Die Elektronik ist in üblicher Weise durch elektrische und/oder elektronische Bauteile gebildet, die unter Bildung von entsprechenden elektronischen und/oder elektrischen Baugruppen auf Leiterplatten 22 montiert sind. In das Innere des Elektronikgehäuses 20 ist eine durch ein Kunststofformteil gebildete Hülse 23 eingesetzt, die an der Innenfläche des Metallrohres 21 anliegt und die Elektronik im Inneren des Elektronikgehäuses 20 umgibt. Die Hülse 23 weist am unteren Ende eine Verlängerung 24 von kleinerem Durchmesser auf, die in den hohlen Innenraum 14 des Einschraubstücks 11 ragt und die Wandleranordnung 18 umgibt. Die Hülse 23 erleichtert das Anbringen der Elektronik im Eiektronikgehäuse 20, da die Elektronik dadurch außerhalb des Elektronikgehäuses 20 in der Hülse 23 angeordnet und dann zusammen mit der Hülse 23 in das Elektronikgehäuse 20 eingesetzt werden kann. Zum Schutz der verwendeten Bauteile und/oder zur Gewährleistung von allfällig an das Gerät gestellten Sicherheitsanforderungen ist beim Gerät, wie auch in den Fign. 2 und 3 schematisch dargestellt, ferner ein die Bauteile und/oder -gruppen umgebender Raum 14' - hier also ein nach Einsetzen der Bauteile bzw. -gruppen verbleibender Teil des Innenraums 14 - der erwähnten Kammer zumindest teilweise mit Einbettmasse ausgefüllt, gegebenenfalls auch vollständig und/oder in einer Zündschutzart "Ex-m" gewährleistenden Weise. Im besonderen ist vorgesehen, daß die Einbettmasse zumindest anteilig aus einem Kunststoff 25 besteht, wie etwa Polyurethan, Silikon, Epoxydharz oder dergleichen.

Zur weiteren Verminderung des vom Gerät ausgehenden Gefährdungspotentials, insb. auch zur Senkung des Risikos eines Entzündens von das Gerät im Betrieb umgebender Atmosphäre, kann es von Vorteil sein, die Kammer zudem druckdicht und/oder explosionsfest verschlossen auszugestalten. Alternativ oder in Ergänzung dazu besteht die Einbettmasse nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, insb. zwecks Gewährleistung vorgenannter Zündschutzart "Ex-m", überwiegend aus einem polymeren und/oder elastischen Kunststoff, insb. einem Polyurethan.

Um die, beispielsweise mittels solidem Kunststoff gebildete, Einbettmasse, insb. im Hinblick auf im Betrieb allfällig auftretende thermische und/oder mechanische Belastungen, ausreichend kompressibel auszubilden, sind beim erfindungsgemäßen Gerät desweiteren in die Einbettmasse, insb. im Vergleich zu solidem Polyurethan und/oder Silikon kompressible, Hohlkörper 100 eingelagert. Die Hohlkörper 100 können beispielsweise mit einem, insb. inerten, Gas befüilt und/oder- als sogenannte Mikrobailons oder Mikrokugeln - im wesentlichen kugelförmig ausgebildet sein. Desweiteren können Hohlkörper 1000 selbst, vielmehr deren Schale, mittels eines elektrisch nicht- leitenden Material und/oder eines Kunststoffs gebildet sein, im besonderen kommen dabei Glas-Kugeln und/oder Phenolharz-Kugein als für die Realisierung der Erfindung hervorragend geeignete Hohlkörper in Frage, wie sie z.B. unter der Bezeichnung Ucar® BJO-0930 erhältlich sind. Letztere weisen beispielsweise eine hydrostatische Druckfestigkeit von mehr als 300 psi sowie eine Dichte etwa zwischen 0,08 g/cm³ und 0,12 g/cm³ auf.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist für den erwähnten Fall, daß die Einbettmasse auch mittels eines - insoweit auch Matrix für die Hohlkörper 100 dienende - Kunststoffs 25 gebildet ist, ferner vorgesehen, daß die Hohlkörper zumindest durchschnittlich und/oder insgesamt eine höhere effektive Kompressibilität aufweisen als der - gegebenenfalls selbst weitgehend inkompressible ausgebildete - Kunststoff. Dafür ist des weiteren vorgesehen, zumindest anteilig, insb. überwiegend, solche Hohlkörper zu verwenden, die eine im Vergleich zum verwendeten Kunststoff höhere auf das Volumen bezogene, spezifische Kompressibilität aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist daher ferner vorgesehen, Hohlkörper und Kunststoff in solchen Mengen zu verwenden, daß ein Volumenverhältnis von Hohlkörper 100 zu Kunststoff innerhalb der Einbettmasse 25 schlußendlich wenigstens 1 :100, insb. wenigstens 1 :10, beträgt und/oder daß ein Volumenanteil der Hohikörper an der gesamten Einbettmasse wenigstens 1 %, insb. mehr als 5%, beträgt. Alternativ oder in Ergänzung dazu ist ferner vorgesehen, solche Hohlkörper mit einer Partikelgröße zu verwenden, die zumindest durchschnittlich und/oder überwiegend kleiner als 1 mm, insb. kleiner als 0,5 mm, ist. Im besonderen wird allerdings vorgeschlagen, daß die Hohlkörper zumindest durchschnittlich und/oder überwiegend eine Partikelgröße aufweisen, die zwischen 60 μm und 120 μm liegt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Hohlkörper in innerhalb der Einbettmasse, wie in Fig. 2 und 3 angedeutete, möglichst gleichmäßig verteilt angeordnet, wodurch die Einbettmasse trotz eingelagerter "Störungen" inform der Hohlkörper quasi isotrop ausgebildet werden kann. Alternativ dazu können die Hohlkörper aber auch, wie in Fig. 4 angedeutet räumlich konzentriert, beispielsweise schichtweise und/oder gehäuft, in der Einbettmasse angeordnet sein, beispielsweise um gezielt deren Kompressibiiität und/oder deren Ausdehnungsverhalten an die tatsächlichen Gegebenheiten innerhalb Kammer bzw. des Gehäuses anpassen zu können.

Zur Gewährleistung einer guten Reproduzierbarkeit der Einbettmasse auch im Zuge einer automatisierten Fertigung bei möglichst gleichbleibend hohen Qualität kann es des weiteren von Vorteil sein, den Kunststoff - abgesehen von den eingelagerten Hohlkörpern - ansonsten im wesentlichem solide und/oder zumindest überwiegend porenfrei auszubilden.

Weitere, für die Realisierung der Einbettmasse geeignete Hohlkörper bzw. Kunststoff-Hohlkörper-Mischungen sind darüberhinaus beispielsweise auch in der US-B 62 07 730 beschrieben.

Die Einbettmasse selbst kann auf einfache Weise z.B. dadurch hergestellt werden, daß die vorab mit Bauteilen bzw. -gruppen entsprechend bestückte - gegebenenfails auch vorab mit zumindest einem Teil der benötigten Hohlkörper befüllte - Kammer mit einem als Vergußmasse dienenden fließfähigen, insb. reaktiven und/oder zumindest mit einem Teil der Hohlkörper versetzten, Mehrkomponentensystem befüilt wird. Für den Fall, daß die Einbettmasse schlußendlich als ein solider dreidimensionaler Körper ausgebildet sein soll, wird die Einbettmasse schließlich dadurch gebildet, daß zumindest ein Anteil von dem in die Kammer eingefüllten

Mehrkomponentensystem innerhalb derselben erstarren gelassen wird, beispielsweise durch Aushärten und/oder Verharzen des Mehrkomponentensystems infolge darin entsprechend zugelassener chemischer Reaktionen, wie etwa Polyaddition, Additionsvernetzung, Polymerisation oder dergleichen. Alternativ oder in Ergänzung dazu kann aber auch, wie beispielsweise auch in der eingangs erwähnten DE 100 41 166 vorgeschlagen, zumindest ein Teil des Kunststoffes und insoweit der Einbettmasse insgesamt dauerhaft fließfähig belassen werden.

Ein für die Herstellung der Einbettmasse geeignetes Verfahren ist beispielsweise in der eingangs erwähnten US-A 60 51 783 gezeigt. In Anlehnung daran werden, nachdem die Hülse 23 mit der Elektronik in das Elektronikgehäuse 20 eingesetzt worden ist, die Hohlräume im Eiektronikgehäuse 20 und im Einschraubstück 11 mit dem als Vergußmasse 25' dienenden Mehrkomponentensystem ausgefüllt. Diese wird durch das offene Ende des Elektronikgehäuses 20 in flüssigem Zustand eingefüllt und härtet dann entsprechend aus. Die Vergußmasse kann beispielsweise ein fließfähiges, mit Aikohohl und einen entsprechenden Katalysator versetztes Präpolymersystem oder ein eher gelartiger Zweikomponenten- Siiikonkautschuk sein.

Zum Einfüllen der Vergußmasse 25' wird das Gerät in die in Fig. 1 dargestellte vertikale Position gebracht, in der das offene Ende des Elektronikgehäuses 20 oben liegt. Im Betrieb kann das Gerät dagegen in jeder beliebigen Lage montiert werden; gewöhnlich werden Füllstandssensoren der beschriebenen Art in der Seitenwand des Behälters auf der Höhe des zu überwachenden Füllstands horizontal angebracht.

Die im folgenden verwendeten Begriffe "oben" und "unten" beziehen sich auf die in der Zeichnung dargestellte Einfüllposition.

Fig. 1 zeigt das Gerät nach dem Einfüllen der punktiert dargestellten Vergußmasse 25'. Zur Automatisierung der Fertigung wird hierzu eine möglichst gleich dosierte Menge abgemessen und eingefüllt.

Das dargestellte Elektronikgehäuse 20 ist so ausgebildet, daß unabhängig von allfälligen Fertigungs- und Dosierungsschwankungen und unabhängig von unterschiedlichen Bauteilegrößen bei stets gleicher Füllmengendosierung die gewünschte Füllhöhe genau eingehalten wird. Zu diesem Zweck ist in dem Elektronikgehäuse 20 ein Überlaufrohr 26 so angebracht, daß sein oberes Ende auf der gewünschten Füllhöhe unterhalb des oberen Randes des Elektronikgehäuses liegt. Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Überlaufrohr 26 koaxial zum

Elektronikgehäuse 20 angeordnet. Es ist am unteren Ende verschlossen und hat einen verhältnismäßig großen Durchmesser, so daß sein Volumen wesentlich größer ais die größte vorkommende Überlaufmenge der Vergußmasse 25' ist. Die Einfülimenge der Vergußmasse 25' wird so bemessen, daß auch beim größten vorkommenden Restvolumen die gewünschte Fülihöhe erreicht wird. Bei kleinerem Restvolumen fließt die überschüssige Vergußmasse in das Überlaufrohr 26. Diese Überlaufmenge 27 sammelt sich im unteren Teil des Überlaufrohres 26 an, der als Auffangraum dient. Infolge des verhältnismäßig großen Volumens des Überiaufrohres bleibt aber auch bei der größten vorkommenden

Überlaufmenge 27 ein beträchtliches Luftvoiumen im Überlaufrohr 26 bestehen.

Somit wird die Fülihöhe der Vergußmasse 25' im Elektronikgehäuse 20 stets genau auf der Höhe des oberen Randes des Überlaufrohres 26 gehalten.

Im Übergangsbereich zwischen dem Elektronikgehäuse 20 und dem Einschraubstück 11 ist an die Hülse 23 eine ringförmige Luftkammer 28 angeformt, die in keiner Verbindung mit dem Volumen steht, das die Vergußmasse 25' aufnimmt, so daß die Luftkammer 28 auch nach dem Einfüllen der Vergußmasse 25' mit Luft gefüllt bleibt.

Sofort nach dem Einfüllen der Vergußmasse 25', während sich diese noch in flüssigem Zustand befindet, wird das offene Ende des Elektronikgehäuses 20 durch einen Stopfen 30 verschlossen, der in Fig. 1 oberhalb des noch offenen Elektronikgehäuses 20 dargestellt ist. Der Stopfen 30 ist ein beispielsweise durch Spritzguß hergestelltes Kunststoff-Formteil und dient außer zum Verschließen des Elektronikgehäuses 20 auch zur Verbindung der im Elektronikgehäuse 20 untergebrachten Eiektronik mit äußeren Leitungen. Zu diesem Zweck sind in den Stopfen 30 metallische Kontaktteile 31 eingesetzt, die an der dem Innern des Elektronikgehäuses 20 zugewandten Unterseite des Stopfens 30 hervorstehende Kontaktspitzen aufweisen und an der außen liegenden Oberseite des Stopfens 30 flache Kontaktzungen bilden, auf die ein Steckverbindungsteil aufgesteckt werden kann. In die Unterseite des Stopfens 30 ist eine Ausnehmung 32 eingeformt, und rings um den Stopfen 30 verläuft eine Umfangsnut 33. Der unterhalb der Umfangsnut 33 liegende Randbereich 34 des Stopfens 30 geht in einen Umfangsrand 35 über, der die Ausnehmung 32 umgibt und einen etwas kleineren Außendurchmesser als der Randbereich 34 aufweist. Durch diesen Umfangsrand 35 verlaufen Entlüftungslöcher 36 von der Ausnehmung 32 zum Außenumfang. Ein oberhalb der Umfangsnut 33 gebildeter vorspringender Rand 37 begrenzt das Eindringen des Stopfens 30 in das Elektronikgehäuse 20. Wenn der Stopfen 30 vollständig eingeführt ist, liegt der Rand 37 auf dem oberen Rand des Elektronikgehäuses 20 auf (Fig. 3).

Beim Einsetzen des Stopfens 30 in das offene Ende des Elektronäkgehäuses 20 kann Luft, die sich über der Oberfläche der Vergußmasse 25' befindet, durch die Entlüftungslöcher 36 nach außen entweichen. Beim weiteren Einführen des Stopfens 30 tauchen die Spitzen der Kontaktteäle 31 und der Umfangsrand 35 in die Vergußmasse 25' ein, wodurch noch etwas Vergußmasse verdrängt wird, die in das Überlaufrohr 26 abfließt. Wenn schließlich der Stopfen 30 voilständig eingeführt ist (Fig. 3), ragt das Überlaufrohr 26 bis in die Ausnehmung 32, so daß auch ein Teil der Ausnehmung 32 mit Vergußmasse 25' gefüllt ist.

Zwischen dem Randbereich 34 des Stopfens 30 und der Innenfläche des Metallrohres 21 besteht ein Spalt, der so bemessen ist, daß Vergußmasse, die in den Zwischenraum zwischen dem Umfangsrand 35 und dem Metallrohr 21 eindringt, durch die Kapillarwirkung nach oben in die Umfangsnut 36 gezogen wird. Diese aufsteigende Vergußmasse sammelt sich in der Umfangsnut 33 an, wodurch zwei Wirkungen erzielt werden: einerseits wird verhindert, daß die aufsteigende Vergußmasse nach außen austritt, und andererseits ergibt die in der Umfangsnut 33 angesammelte Vergußmasse, wenn sie ausgehärtet ist, eine gute Abdichtung des Spaltes zwischen dem Stopfen 30 und der Wand des Elektronikgehäuses 20.

Fig. 3 zeigt das Gerät im vollständig zusammengebauten Zustand. Die von der Unterseite des Stopfens 30 nach unten ragenden Spitzen der Kontaktteile 31 stehen mit Gegenkontaktstücken der Elektronik in Eingriff. Auf die nach oben ragenden flachen Kontaktzungen der Kontaktteile 31 ist ein mit einem Kabel verbundenes Steckverbindungsteil 38 aufgesteckt. Dadurch ist die Verbindung von dem Kabel zu der Elektronik im Elektronikgehäuse 20 hergestellt.

Vergleichsweise weiche Einbettmassen, wie etwa Silikonkautschuk, haben die Eigenschaft, daß sie die Wärme gut leiten und sich bei Erwärmung relativ stark ausdehnen. Das in der Luftkammer 44 eingeschlossene Luftvolumen wirkt im Betrieb des Geräts als Temperaturbarriere zwischen dem mit dem Behälter verbundenen Einschraubstück 11 und dem Elektronäkgehäuse 2O₁ wodurch der Wärmetransport vom Füllstandssensor zur Elektronik reduziert wird. Das im Überlaufrohr 26 vorhandene Luftvolumen nimmt zusätzlich zu den eingelagerten Hohlkörpern einen Teil des Überdrucks auf, der im Elektronäkgehäuse 20 entsteht, wenn sich der Kunststoff der Einbettmasse 25 bei Erwärmung ausdehnt.

Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des Elektronikgehäuses 20, das an einen Füllstandssensor von gleicher Art wie in den Figuren 1 und 2 angebaut ist. Die Bestandteile des hier als Fülistandssensor ausgebildeten Meßaufnhemers 10 und des Eiektronikgehäuses 20 stimmen mit denjenigen der Ausführungsform von Fig. 2 und 3 weitgehend überein und sind daher mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 2 und 3 bezeichnet. Ein Unterschied zwischen der Ausführungsform von Fig. 4 und derjenigen von Fig. 2 und 3 besteht u.a. in dem Überlaufrohr, das in Fig. 4 mit 40 bezeichnet ist: Das Überlaufrohr 40 liegt nicht mehr koaxial zum Elektronikgehäuse 20, sondern an einer gegen die Achse versetzten Stelle, und es steht am unteren Ende mit der im Einschraubstück 11 gebildeten Luftkammer 28 in Verbindung. Daher dient in diesem Fall die Luftkammer 28 auch als Auffangraum für die Überlaufmenge 27 der Vergußmasse 25', die sich am Boden der Luftkammer 28 ansammelt. Ferner wird ein im Elektronikgehäuse 20 entstehender Überdruck von dem gesamten Luftvoiumen in der Luftkammer 28 und im Überlaufrohr 40 aufgenommen. Aus beiden Gründen kann das ÜberSaufrohr mit wesentlich kleinerem Querschnitt als bei der Ausführungsform von Fig. 2 und 3 ausgebildet sein.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Elektrisches, insb. als Meß- und/oder Schaltgerät der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik ausgebildetes und/oder elektronisches, Gerät mit wenigstens einem Gehäuse (11 , 20), das wenigstens eine, insb. elektrische, elektronische und/oder elektro-mechanische, Bauteile und/oder - gruppen des Geräts aufnehmende, insb. druckdicht und/oder explosionsfest verschlossene, Kammer (14) aufweist, wobei ein die Bauteile und/oder - gruppen umgebender Raum nämlicher Kammer (14) zumindest teilweise, insb. vollständig und/oder in einer Zündschutzart "Ex-m" gewährleistenden Weise, mit Einbettmasse (25) ausgefüllt ist, in die, insb. im wesentlichen kugelförmige und/oder mit Gas befüllte, Hohlkörper (100), insb. Mikrobaüons, eingelagert sind.

2. Gerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Einbettmasse mittels Befüllens der vorab mit Bauteilen bzw. -gruppen bestückten, insb. auch vorab mit zumindest einem Teil der Hohlkörper befüllten, Kammer mit einem fließfähigem, insb. reaktiven und/oder zumindest mit einem Teil der Hohlkörper versetzten, Mehrkomponentensystem (25') gebildet ist.

3. Gerät nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Einbettmasse mittels Erstarrenlassens, insb. durch Aushärten und/oder Verharzen, zumindest eines Anteils von in die Kammer eingefülltem Mehrkomponentensystems innerhalb derselben gebildet ist.

4. Gerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Einbettmasse überwiegend aus einem, insb. polymeren und/oder elastischen und/oder im wesentlichem soliden, Kunststoff, insb. Polyurethan, besteht.

5. Gerät nach dem vorherigen Anspruch, wobei der, insb. im wesentlichem solide, Kunststoff zumindest überwiegend porenfrei ausgebildet ist.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Hohlkörper zumindest anteilig und/oder zumindest durchschnittlich eine höhere effektive Kompressibilität aufweisen ais der Kunststoff.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei ein Volumenverhältnis von Hohikörper zu Kunststoff, insb. initial und/oder nominell, wenigstens 1 : 100, insb. wenigstens 1 :10, beträgt

8. Gerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Hohlkörper eine Partikelgröße aufweisen, die zumindest durchschnittlich und/oder überwiegend kleiner als 1 mm, insb. kleiner als 0,5 mm, ist.

9. Gerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Hohlkörper eine Partikeigröße aufweisen, die zumindest durchschnittlich und/oder überwiegend zwischen 60 μm und 120 μm liegt.

10. Gerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Hohlkörper eine hydrostatische Druckfestigkeit aufweisen, die zumindest durchschnittlich und/oder überwiegend größer als 300 psi ist.

11. Gerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Hohlkörper eine Dichte aufweisen, die zumindest durchschnittlich und/oder überwiegend zwischen 0,08 g/cm³ und 0,12 g/cm³ liegt.

12. Gerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Volumenanteil der Hohlkörper an der Einbettmasse wenigstens 1 %, insb. mehr als 5%, beträgt.

13. Gerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Hohlkörper mittels eines elektrisch nicht-leitenden Material und/oder eines Kunststoffs gebildet sind.

14. Gerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest ein Teil der Hohlkörper als Glas-Kugeln und/oder Phenolharz-Kugeln ausgebildet sind.

15. Gerät nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend einen mit in der Kammer befindlichen Bauteilen mittels Verbindungsleitung (50) elektrisch verbundenen Meßaufnehmer (10), der im Betrieb zumindest zeitweise ein mit einer physikalischen und/oder chemischen Meßgröße eines, insb. in einer Rohrleitung und/oder in einem Behälter geführten, Mediums korrespondierendes Meßsignai via Verbindungsleitung (50) bereitstellt.

16. Verwenden eines Geräts gemäß einem der vorherigen Ansprüche zum Messen einer physikalischen und/oder chemischen Meßgröße eines in einer, insb. sich zumindest abschnittsweise durch eine explosionsgefährdete Gefahrenzone erstreckenden, Rohrleitung und/oder in einem, insb. innerhalb einer explosionsgefährdeten Gefahrenzone plazierten, Behälter geführten Mediums.