WO2021058208A1 - Feldgerät der automatisierungstechnik und verfahren zur herstellung eines solchen feldgerätes - Google Patents

Feldgerät der automatisierungstechnik und verfahren zur herstellung eines solchen feldgerätes Download PDF

Info

Publication number
WO2021058208A1
WO2021058208A1 PCT/EP2020/073414 EP2020073414W WO2021058208A1 WO 2021058208 A1 WO2021058208 A1 WO 2021058208A1 EP 2020073414 W EP2020073414 W EP 2020073414W WO 2021058208 A1 WO2021058208 A1 WO 2021058208A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
field device
component
measuring
microspheres
potting
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/073414
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Sulzer
Florent Tschambser
Lars Dreher
Original Assignee
Endress+Hauser Flowtec Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress+Hauser Flowtec Ag filed Critical Endress+Hauser Flowtec Ag
Publication of WO2021058208A1 publication Critical patent/WO2021058208A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/588—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters combined constructions of electrodes, coils or magnetic circuits, accessories therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/08—Processes
    • C08G18/10—Prepolymer processes involving reaction of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen in a first reaction step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
    • C08G18/40—High-molecular-weight compounds
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/14—Casings, e.g. of special material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14—Housings
    • G01L19/141—Monolithic housings, e.g. molded or one-piece housings

Definitions

  • field devices are often used that are used to record and / or influence process variables.
  • sensors are used which, for example, are integrated in level measuring devices, flow measuring devices, pressure and temperature measuring devices, pH redox potential measuring devices, conductivity measuring devices, etc., which record the corresponding process variables level, flow rate, pressure, temperature, pH value or conductivity.
  • Actuators such as valves or pumps, via which the flow of a liquid in a pipe section or the level in a container can be changed, are used to influence process variables.
  • field devices are also understood to mean remote I / Os, radio adapters or, in general, electronic measurement components that are arranged on the field level.
  • a field device is in particular selected from a group consisting of flow measuring devices, fill level measuring devices, pressure measuring devices, temperature measuring devices, limit level measuring devices and / or analysis measuring devices.
  • Flow measuring devices are in particular Coriolis, ultrasonic, vortex, thermal and / or magnetically inductive flow measuring devices.
  • Level measuring devices are in particular microwave level measuring devices, ultrasonic level measuring devices, time domain reflectometric level measuring devices, radiometric level measuring devices, capacitive level measuring devices, inductive level measuring devices and / or temperature-sensitive level measuring devices.
  • Pressure measuring devices are in particular absolute, relative or differential pressure devices.
  • Temperature measuring devices are, in particular, measuring devices with thermocouples and / or temperature-dependent resistors.
  • Limit level measuring devices are in particular vibronic limit level measuring devices, ultrasonic limit level measuring devices and / or capacitive limit level measuring devices.
  • Analysis measuring devices are in particular pH sensors, conductivity sensors, oxygen and active oxygen sensors, (spectro) photometric sensors, and / or ion-selective electrodes.
  • Many variants of field devices in automation technology are known, most of which have a housing for stabilizing and protecting the electronic components and / or the measuring components from the environment. Because of their wide range of applications, field devices can be subject to particularly high temperature fluctuations. This leads to material expansion and contraction within the housing, which can lead to incorrect measurements or the failure of electronic components.
  • a field device which has a plastic housing formed by two plastic molded parts welded together. Such a construction still allows access to individual measuring components of the flow measuring device, but is disadvantageous with regard to the fixing of the position of the individual connecting cables.
  • DE 10 2014 105 569 B3 discloses a field device with a housing made at least partially from a thermoplastic material and thus enveloping the measuring tube section and at least one further measuring component attached to it with an accurate fit.
  • this solution is cost-effective, since the entire housing only comprises a single shrink tube that ensures fixation and stabilization, it is disadvantageous that the housing cannot be reused after it has been shrunk on.
  • a field device is known from DE 10 347 878 A1 which has a housing formed from a potting material and made from an epoxy resin or polyurethane.
  • the measuring tube is encased in a potting mold, for example made of sheet metal, which is then filled with the potting material. After the potting material has cured, the potting mold is removed, and in particular it can also be reused.
  • the disadvantage of this invention is that the electronic components are attacked by the temperature of the potting material during potting and that undesirable air inclusions can arise in backfills.
  • An electrical measuring and / or switching device used in industrial measurement and automation technology has a housing which is filled with a multi-component system in which microballoons are stored. These microballoons expand when heated, the volume of the investment increases in the housing and fills the casting mold.
  • the disadvantage of this solution is that the expansion rate of the investment decreases with age. This is particularly disadvantageous in automated casting systems, since the height of the investment material increases with increasing age. This means that casting compound has to be refilled afterwards, which has a negative effect on the quality and properties of the housing body.
  • the invention is based on the object of providing a remedy.
  • the object is achieved by the field device according to the invention according to claim 1 and by the method for producing the field device according to claim 11.
  • a field device comprises at least one measuring component for determining a process variable of a medium in a container, in particular in a measuring tube, and a housing with a housing body which at least partially comprises a composite material, the measuring component being completely or partially encased by the composite material and is characterized in that the composite material has pre-expanded microspheres, in particular in a polymer matrix.
  • the technical advantage of this embodiment according to the invention is that the measuring component is very well and permanently fixed in place and at the same time protected from external influences such as moisture, dirt, vibrations, etc., with any cavities between the measuring tube and the casting mold being filled.
  • the production can be carried out very inexpensively.
  • the composite material does not show any age-dependent expansion rate when filled.
  • the expansion rate describes the rise behavior of a foam.
  • the filled volume of the composite material also corresponds to the final volume of the housing body formed. Nevertheless, a desired porosity is achieved.
  • Microspheres as blowing agents for foams are already known. When the composite is heated, the microspheres expand and the composite material expands. It has been shown, however, that it is advantageous if the microspheres are allowed to expand before they are introduced into the polymer or into one of the components forming the polymer. This can be done, for example, by heating. Thus, although the microspheres lose the character of a blowing agent and the composite material expands only insignificantly during curing, an independence from the expansion rate and a homogeneous distribution of the pores in the composite material is achieved.
  • Measuring components are the components required to determine the process variables.
  • a field device comprises at least one measurement component.
  • the measuring components of a magnetic-inductive flow measuring device comprise a magnetic field generating device and measuring electrodes with the associated connections and cables.
  • a medium monitoring electrode is also used to monitor another process variable, the fill level.
  • There are magnetic-inductive flowmeters known that other measuring components such as temperature sensors or Have pressure transducers.
  • the measuring components of an ultrasonic flow meter comprise at least one ultrasonic transmitter and one ultrasonic receiver.
  • an electronic signal converter assembly can also be arranged, for example, in the potting mold and thus also embedded in the potting material.
  • a statistical distribution which relates the volume of the microspheres to the frequency of the microspheres, can be described by a normal distribution with an expected value £, where for the expected value £ it applies that 1,750 mth 3 ⁇
  • E ⁇ 450,000 mth 3 , in particular 14,000 mth 3 ⁇ E ⁇ 325,000 mth 3 and E is preferably less than 115,000 mth 3 .
  • the volume of the microspheres is in the range mentioned above. This ensures easy handling in the manufacture of the housing body. Microspheres with a particularly large volume tend to collapse early when force is applied. If the housing body made of the composite material is used exclusively for the stability of the housing, microspheres with large volumes would be particularly disadvantageous.
  • the microspheres have a density p of
  • the density of the microspheres lies in the above range of values, since this enables simple handling of these when forming the composite material, i.e. when mixing it into the polymer. Since the microspheres are already pre-expanded, their behavior resembles that of filled balloons. At lower densities, handling becomes significantly more complex, which is particularly critical in automated filling processes. The lower the density, the thinner the polymer shell and the greater the number of defective microspheres.
  • the microspheres each have a polymer shell which encloses gaseous hydrocarbons.
  • the gaseous hydrocarbon expands inside and the polymer shell thins or gives way and softens.
  • the Microspheres stable, especially after being incorporated into a polymer or into a component of a polymer.
  • the housing body has a Shore hardness of at least 65D, in particular of at least 70D and preferably of at least 85D (according to ISO 868 (as of 2018)).
  • the Shore hardness describes the mechanical resistance that the potting material opposes to mechanical penetration by another body and depends only to a limited extent on the strength of the body.
  • the Shore hardness is a material parameter for elastomers and plastics and is specified in the standards DIN EN ISO 868, DIN ISO 7619-1 and ASTM D2240-00 (as of 2018).
  • the composite material has, in particular, a closed-cell foam.
  • Foams are man-made substances that have a cell structure. With open-cell foam, the cell walls are not closed, so liquids can be absorbed. With closed-cell foam, the walls between the individual cells are completely closed.
  • Foams made from composite materials based on polyurethane, epoxy resin, silicone and polyamide are known.
  • the closed-cell foam can be introduced at room temperature.
  • the housing (7) meets the requirements of the IP68 protection class (as of 2018).
  • a closed-cell foam is advantageous over an open-cell foam, especially for enclosures with IP68 protection class certification (as of 2019).
  • the first number means that the housing is dust-tight and thus protected against the ingress of foreign bodies.
  • the second code number means that the inside of the housing is protected against the ingress of water despite continuous submersion.
  • the housing body has a density of at least 0.75 g / cm 3 and preferably at least 0.85 g / cm 3 .
  • housing bodies that are not supported by additional shells have a minimum density.
  • bodies made from a polymer composite are formed and have pores, it is advantageous with regard to use in the field if a density of at least 0.75 g / cm 3 and preferably at least 0.85 g / cm 3 is maintained. Since density depends on the porosity, there is also a relationship to the stability of the body.
  • the polymer matrix has at least a first and a second component, the first component having an isocyanate prepolymer, the second component having a polyol.
  • the field device comprises a flow measuring device, in particular a magnetic-inductive flow measuring device.
  • the heat of reaction released by the reaction of the first with the second component leads to a temperature rise of the composite material at an interface with the measuring component or with the container of less than 100 ° C, in particular less than 70 ° C and preferably less than 30 ° C.
  • the IP protection class indicates the resistance of the housing of a field device to the ingress of foreign bodies and water.
  • the two numbers of the protection class have the following meaning. The first number indicates how resistant the housing is to the ingress of foreign objects.
  • the second number indicates the water tightness. A housing that meets the requirements of the IP68 protection class (as of 2018) is therefore dust-tight and protected against permanent immersion in water.
  • the closed-cell foam also fills angled areas between the measuring components and / or in a measuring electronics housing when it is filled, so that no cavities arise that either directly prevent water-tightness or collapse even with a slight mechanical impact and thus Create defects in the housing, which in turn can be a cause of water ingress.
  • the polyurethanes used to manufacture the housing are mostly elastomeric plastics based on a liquid that is formed from reactive components immediately before processing
  • Multi-component system are produced, the latter being introduced into the casting mold after being mixed together and allowed to cure there within a predeterminable reaction time.
  • polyurethanes are produced by the polyaddition process from di- and poly-isocyanates with polyhydric alcohols.
  • prepolymers composed of aliphatic and / or aromatic ether groups and glycol and isocyanate groups, which can react with the polyhydric alcohol fed in can serve as components.
  • Transmitters or electronic displays are usually connected to the housing via an adapter. Therefore, adapters must be made and provided for measuring tubes with different tube diameters.
  • the casting mold is shaped in such a way that the adapter, in particular the connections, are cast in a matching manner.
  • the casting mold also assumes the shape of the adapter in places, which means that an adapter is also formed after the casting. Its shape depends on the shape of the potting mold and can therefore be adapted to the respective measuring tubes WO 2021/058208 PCT / EP2020 / 073414 will be. This means that there is no need for an additional adapter and the transmitter or the electronic display can be connected directly to the hardened potting material.
  • conventional shells known from DE102012110665A1 can be used in the casting mold.
  • the inside of the casting mold has an anti-adhesive surface, or the casting mold consists of an anti-adhesive material.
  • a coating with a grease or Teflon is particularly advantageous.
  • the casting mold is usually produced with the aid of a die-casting process.
  • the casting mold is produced by means of a 3-D printing process.
  • the casing can for example be made of sheet metal or plastic, in particular reusable or designed as a "lost shape".
  • the potting mold has an inlet so that the foaming potting material can be introduced into the potting mold in a simplified manner. A process is no longer required.
  • Components for forming a composite material from a potting material are generally not in a homogenized state. For an ideal reaction condition, however, the respective component must be distributed homogeneously in the potting material. Only then can the formation of cavities be avoided.
  • FIG. 1 a schematic cross section of a magnetic-inductive flow measuring device with a housing
  • 3 a side view of a magnetic-inductive flow measuring device with a housing and an encapsulated adapter; and 4: a flow chart for describing the sequence of a method for producing the field device according to the invention.
  • An example of a field device is a magnetic-inductive flow measuring device (4) (see FIG. 1).
  • the structure and the measuring principle of the electromagnetic flowmeter (4) is basically known.
  • a medium with electrical conductivity is passed through a measuring tube (1).
  • a magnetic field generating device (5) is attached in such a way that the magnetic field lines are oriented perpendicular to a longitudinal direction defined by the measuring tube axis.
  • a saddle coil or a pole piece with an attached coil is preferably suitable as the device (5) generating a magnetic field.
  • a potential distribution is created in the measuring tube (1), which is picked up by two measuring electrodes (3) attached to the inner wall of the measuring tube (1).
  • these are arranged diametrically and form an electrode axis which runs perpendicular to an axis of symmetry of the magnetic field lines and the longitudinal axis of the pipe.
  • the volume flow of the medium can be determined.
  • the inner wall is lined with an insulating material or a plastic liner.
  • the magnetic field built up by an electromagnet for example, is generated by a clocked direct current of alternating polarity by means of an operating unit.
  • a measuring and / or evaluation unit (6) reads the voltage applied to the measuring electrodes (3) and outputs the flow rate and / or the calculated volume flow of the medium.
  • the measuring electrodes (3) are in direct contact with the medium. However, the coupling can also take place capacitively.
  • the bushing is advantageously designed in such a way that it protects the connection cable or the other electronic component from damage. In this way, for example, a cable break in the area of the connection can be avoided.
  • the connections are encapsulated in such a way that they are fixed but easily accessible. Simply plugging the output unit directly onto the housing (7) or onto a molded part simulated by an adapter simplifies assembly. There is no need for a separate adapter (9).
  • FIG. 2 shows a perspective view of an embodiment of a partially interconnected field device.
  • a conventional shell was used as the potting mold (8), which is installed in field devices to protect the electronic components in which subsequent access to the interior of the housing (7) is provided. It can take any shape. A 3D printing process is suitable for special shape requirements. After filling, the shell can be removed again so that it can be used for the production of further housings (7).
  • a transmitter embedded in the polymer matrix which sends the measurement signals to a display unit, is not visible in FIG. 2.
  • the polymer matrix has pre-expanded microspheres, which give the body a closed-pore character.
  • the casting mold is removed and the housing body made of the polymer composite takes on the task of the casing.
  • the casting mold (8) is not removed.
  • the polymer matrix is mainly responsible for fixing the electronic components.
  • the outer casing takes over the stabilization and protection of the measuring components.
  • FIG 3 shows a side view of an embodiment of a magnetic-inductive flow measuring device (4) with an encapsulated adapter (9).
  • an adapter (9) was cast as a separate component.
  • the adapter (9) does not necessarily have to be designed as a separate component.
  • the housing (7) or parts of the housing can assume the shape of the adapter (9).
  • the electrical connections (10) are fixed in the casting mold (8) during the potting process and are potted in such a way that the contact points of the connections (10) are not also potted.
  • the display unit can then be connected directly to the housing (7), so an adapter is not necessary. Since, according to the invention, the pre-expanded microspheres prevent the potting material from expanding to form the composite material, the integration of further electronic components, such as displays or adapters, into the housing body is also simplified.
  • FIG. 4 shows a flow chart for describing the individual method steps A to I of the method for producing the field device according to the invention.
  • a first step A the measuring components and / or the electronic components of the field device are prepared with a potting mold.
  • the first component of the potting material usually has to be stored in a cool place, so in a second step B the first component, one of the two components of the polyurethane, is heated to 40 ° C. Degassing the first component is advantageous for the further process steps.
  • the third component that is to say the pre-expanded microspheres, is incorporated into the first component.
  • the first component is the isocyanate.
  • the mixture of the first and third components is mixed with the second component.
  • step E this mixture is poured into the prepared casting mold.
  • step F open time
  • step G a Heating temperature of about 50 ° C for at least a 24 hour, preferably 36 hours heated.
  • a heating time of 16 hours at a heating temperature of at least 80 ° C is sufficient.
  • the potting material hardens completely, so that the potting material can be removed from the casting mold in a final, alternative manufacturing step.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Feldgerät der Automatisierungstechnik, welches mindestens eine Messkomponente zur Ermittlung einer Prozessvariablen eines Mediums in einem Behältnis, insbesondere in einem Messrohr, und ein Gehäuse mit einem Gehäusekörper umfasst, der zumindest anteilig ein Kompositmaterial aufweist, wobei die Messkomponente ganz oder teilweise von dem Kompositmaterial ummantelt ist. Das Feldgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kompositmaterial vorexpandierte Mikrosphären, insbesondere in einer Polymermatrix aufweist.

Description

Feldgerät der Automatisierungstechnik und Verfahren zur Herstellung eines solchen
Feldgerätes
In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozess-Automatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH- Redoxpotentialmessgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein elektronische Messkomponenten verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
Ein Feldgerät ist dabei insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Durchflussmessgeräten, Füllstandsmessgeräten, Druckmessgeräten, Temperaturmessgeräten, Grenzstandsmessgeräten und/oder Analysemessgeräten.
Durchflussmessgeräte sind insbesondere Coriolis-, Ultraschall-, Vortex-, thermische und/oder magnetisch induktive Durchflussmessgeräte.
Füllstandsmessgeräte sind insbesondere Mikrowellen-Füllstandsmessgeräte, Ultraschall- Füllstandsmessgeräte, zeitbereichsreflektometrische Füllstandsmessgeräte, radiometrische Füllstandsmessgeräte, kapazitive Füllstandsmessgeräte, induktive Füllstandsmessgeräte und/oder temperatursensitive Füllstandsmessgeräte.
Druckmessgeräte sind insbesondere Absolut-, Relativ- oder Differenzdruckgeräte.
Temperaturmessgeräte sind insbesondere Messgeräte mit Thermoelementen und/oder temperaturabhängigen Widerständen.
Grenzstandsmessgeräte sind insbesondere vibronische Grenzstandsmessgeräte, Ultraschall- Grenzstandsmessgeräte und/oder kapazitive Grenzstandsmessgeräte.
Analysemessgeräte sind insbesondere pH-Sensoren, Leitfähigkeitssensoren, Sauerstoff- und Aktivsauerstoffsensoren, (spektro)-photometrische Sensoren, und/oder ionenselektive Elektroden. Es sind vielfältige Varianten von Feldgeräten der Automatisierungstechnik bekannt, von denen die meisten Varianten ein Gehäuse zur Stabilisierung und zum Schutz der Elektronikbauteile und/oder der Messkomponenten gegenüber der Umgebung aufweisen. Feldgeräte können aufgrund des breiten Einsatzgebietes besonders hohen Temperaturschwankungen unterliegen. Dies führt zu Materialausdehnungen und -Schrumpfungen innerhalb des Gehäuses, was zu Fehlmessungen oder zum Ausfall von Elektronikbauteilen führen kann.
Aus der DE 10 2012 110 665 A1 ist ein Feldgerät bekannt, das ein durch zwei miteinander verschweißte Kunststoffformteile geformtes Kunststoffgehäuse aufweist. Eine derartige Konstruktion erlaubt zwar weiterhin den Zugriff auf einzelne Messkomponenten des Durchflussmessgerätes, ist jedoch nachteilig in Bezug auf die Lagefixierung der einzelnen Anschlusskabel.
Die DE 10 2014 105 569 B3 offenbart ein Feldgerät mit einem zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Material gefertigten und somit den Messrohrteilabschnitt und mindestens eine weitere daran befestigte Messkomponente passgenau umhüllenden Gehäuse. Diese Lösung ist zwar kostengünstig, da das gesamte Gehäuse nur einen einzelnen Schrumpfschlauch umfasst, der für die Fixierung und Stabilisierung sorgt, jedoch ist nachteilig, dass das Gehäuse nach dem Aufschrumpfen nicht wiederverwertbar ist.
Aus der DE 10 347 878 A1 ist ein Feldgerät bekannt, das ein aus einem Vergussmaterial geformtes und aus einem Epoxidharz oder Polyurethan bestehendes Gehäuse aufweist. Zur Aufbringung des Vergussmaterials wird das Messrohr mit einer Vergussform, beispielsweise aus Blech, umhüllt, welche dann mit dem Vergussmaterial gefüllt wird. Nach dem Aushärten des Vergussmaterials wird die Vergussform entfernt, wobei diese insbesondere auch wiederverwendbar ist. Dieser Erfindung nachteilig ist, dass die Elektronikbauteile durch die Temperatur des Vergussmaterials beim Vergießen angegriffen werden und dass unerwünschte Lufteinschlüsse in Hinterfüllungen entstehen können.
Um Kavitäten zu vermeiden werden Treibmittel in die Vergussmasse gemengt. Eine Alternative dazu wird in der DE 102007 058 608 A1 offenbart. Ein elektrisches Mess- und/oder Schaltgerät der industriellen Mess- und Automatisierungstechnik weist ein Gehäuse auf, welches mit einer Mehrkomponentensystem ausgefüllt ist, in dem Mikroballons eingelagert sind. Diese Mikroballons dehnen sich beim Erwärmen aus, das Volumen der Einbettmasse steigt im Gehäuse an und füllt die Vergussform aus. Nachteilig an dieser Lösung jedoch ist, dass die Expansionsrate der Einbettmasse mit dem Alter abnimmt. Dies ist bei automatisierten Vergussanlagen besonders nachteilig, da die Steighöhe der Einbettmasse mit zunehmenden Alter abnimmt. Dies führt dazu, dass nachträglich Vergussmasse nachgefüllt werden muss, was sich negativ auf die Qualität und Eigenschaften des Gehäusekörpers auswirkt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde dem Abhilfe zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Feldgerät nach Anspruch 1 und durch das Verfahren zur Herstellung des Feldgerätes nach Anspruch 11 .
Ein erfindungsgemäßes Feldgerät der Automatisierungstechnik umfasst mindestens eine Messkomponente zur Ermittlung einer Prozessvariablen eines Mediums in einem Behältnis, insbesondere in einem Messrohr, und ein Gehäuse mit einem Gehäusekörper, der zumindest anteilig ein Kompositmaterial aufweist, wobei die Messkomponente ganz oder teilweise von dem Kompositmaterial ummantelt ist und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kompositmaterial vorexpandierte Mikrosphären, insbesondere in einer Polymermatrix aufweist.
Der technische Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform liegt darin, dass die Messkomponente sehr gut und dauerhaft ortsfest fixiert ist und gleichzeitig vor äußeren Einwirkungen wie beispielsweise Feuchte, Schmutz, Vibrationen etc. geschützt ist, wobei alle evtl vorhandenen Hohlräume zwischen dem Messrohr und der Vergussform ausgefüllt werden. Die Fertigung ist dabei sehr kostengünstig durchführbar.
Des Weiteren weist das Kompositmaterial im Abfüllzustand keine altersabhängige Expansionsrate auf. Die Expansionsrate beschreibt das Steigverhalten eines Schaumes.
Dadurch entspricht die abgefüllte Volumen des Kompositmaterials auch das finale Volumen des gebildeten Gehäusekörpers. Trotzdem wird eine erwünschte Porosität realisiert.
Mikrosphären als Treibmittel für Schäume sind bereits bekannt. Beim Erhitzen des Komposits expandieren die Mikrosphären und das Kompositmaterial dehnt sich aus. Es hat sich jedoch gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn man die Mikrosphären vor dem Einbringen in das Polymer bzw. in einer der das Polymer bildenden Komponente expandieren lässt. Dies kann beispielsweise durch Erhitzen erfolgen. Somit verlieren die Mikrosphären zwar den Charakter eines Treibmittels und das Kompositmaterial dehnt sich beim Aushärten nur noch unwesentlich aus, doch eine Unabhängigkeit von der Expansionsrate und eine homogene Verteilung der Poren im Kompositmaterial wird gewonnen.
Bei Messkomponenten handelt es sich um die für die Ermittlung der Prozessgrößen notwendigen Bauteile. Ein Feldgerät umfasst mindestens eine Messkomponente. Die Messkomponenten eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes umfassen eine magnetfelderzeugende Vorrichtung und Messelektroden mit den dazugehörigen Anschlüssen und Kabeln. Für die Überwachung einerweiteren Prozessgröße, der Füllstand, wird zusätzlich eine Messstoffüberwachungselektrode verwendet. Es sind magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte bekannt, die weitere Messkomponenten wie Temperaturfühler oder Druckmesswandler aufweisen. Die Messkomponenten eines Ultraschalldurchflussmessgerätes umfassen mindestens einen Ultraschalltransmitter und einen Ultraschallreceiver.
Bei einem magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät ist neben dem Einbetten der magnetfelderzeugenden Vorrichtung auch das Fixieren der entsprechenden elektrischen Zuleitungen durch das Vergussmaterial möglich. Die Zuleitungen sind dann ohne größeren Aufwand vibrationsfrei gehalten, was die Messgenauigkeit und Störsicherheit erhöht.
Weiterhin kann sich auch eine elektronische Signalwandlerbaugruppe, beispielsweise in der Vergussform angeordnet und somit in das Vergussmaterial mit eingebettet sein.
Gemäß einer Ausgestaltung ist eine statistische Verteilung, welche Volumen der Mikrosphären in Relation zur Häufigkeit der Mikrosphären setzt, durch eine Normalverteilung mit einem Erwartungswert £ beschreibbar, wobei für den Erwartungswert £ gilt, dass 1 750 mth3 <
E < 450 000 mth3, inbesondere 14000 mth3 < E < 325 000 mth3 und E bevorzugt kleiner 115 000 mth3 ist.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Volumen der Mikrosphären in dem obigen genannten Bereich liegen. Dadurch wird eine einfache Handhabung bei der Herstellung der Gehäusekörper gewährleistet. Mikrosphären, mit einem besonders großen Volumen tendieren dazu bei Krafteinwirkung früh zu kollabieren. Dient ausschließlich der Gehäusekörper aus dem Kompositmaterial für die Stabilität des Gehäuses, so wären Mikrosphären mit großen Volumina besonders nachteilig.
Gemäß einer Ausgestaltung weisen die Mikrosphären eine Dichte p von
20 kg/m3 < p < 70 kg/m3 und bevorzugt 25 kg/m3 < p < 35 kg/m3 auf.
Es ist vorteilhaft, wenn die Dichte der Mikrosphären in dem obigen Wertebereich liegen, da somit eine einfache Handhabung dieser beim Bilden des Kompositmaterials, d.h. beim Einmischen in das Polymer realisiert wird. Da die Mikrosphären bereits vorexpandiert sind, gleicht ihr Verhalten dem Verhalten von gefüllten Luftballons. Bei geringeren Dichten wird die Handhabung deutlich aufwendiger, was insbesondere bei automatisieren Abfüllprozessen kritisch ist. Je geringer die Dichte, desto dünner ist die Polymerhülle und desto größer ist die Anzahl an defekten Mikrosphären.
Gemäß einer Ausgestaltung weisen die Mikrosphären jeweils eine Polymerhülle auf, die gasförmigen Kohlenwasserstoff umschließt.
Beim Vorheizen dehnt sich der gasförmigen Kohlenwasserstoff im Inneren aus und die Polymerhülle dünnt aus bzw. gibt nach und weicht auf. In dieser vorexpandierten Form sind die Mikrosphären stabil, insbesondere nach dem Einbringen in ein Polymer bzw. in eine Komponente eines Polymers.
Gemäß einer Ausgestaltung weist der Gehäusekörper eine Shore-Härte von mindestens 65D, insbesondere von mindestens 70D und bevorzugt von mindestens 85D (nach ISO 868 (Stand 2018)) aufweist.
Die Shore-Härte beschreibt den mechanischen Widerstand, den das Vergussmaterial einem mechanischen Eindringen eines anderen Körpers entgegensetzt und hängt nur bedingt von der Festigkeit des Körpers ab. Die Shore-Härte ist ein Werkstoff kenn wert für Elastomere und Kunststoffe und ist in den Normen DIN EN ISO 868, DIN ISO 7619-1 und ASTM D2240-00 (Stand 2018) festgelegt.
Gemäß einer Ausgestaltung weist das Kompositmaterial einen insbesondere geschlossenzelligen Schaumstoff auf.
Schaumstoffe sind künstlich hergestellte Stoffe, die eine Zellstruktur aufweisen. Bei offenzeiligen Schaumstoff sind die Zellwände nicht geschlossen, daher können Flüssigkeiten aufgenommen werden. Bei geschlossenzelligem Schaumstoff sind die Wände zwischen den einzelnen Zellen komplett geschlossen.
Es sind Schaumstoffe aus Kompositmaterialien auf Basis von Polyurethan, Epoxidharz, Silikon und Polyamid bekannt.
Der geschlossenzellige Schaumstoff kann bei Raumtemperatur eingebracht werden.
Gemäß einer Ausgestaltung erfüllt das Gehäuse (7) die Anforderungen der IP68 Schutzklasse (Stand 2018) erfüllt.
Insbesondere bei Gehäusen mit IP68 Schutzklassen Zertifizierung (Stand 2019) ist ein geschlossenzelliger Schaumstoff vorteilhaft gegenüber einem offenzeiligen Schaumstoff. Die erste Kennziffer bedeutet nach der DIN EN 60529 (Stand 2019), dass das Gehäuse staubdicht ist und somit gegen das Eindringen von Fremdkörpern geschützt ist. Die zweite Kennziffer bedeutet nach der DIN EN 60529, dass das Innere des Gehäuses trotz dauerndes Untertauchen gegen Eindringen von Wasser geschützt ist.
Gemäß einer Ausgestaltung weist der Gehäusekörper eine Dichte von mindestens 0,75 g/cm3 und bevorzugt mindestens 0,85 g/cm3 aufweist.
Es hat sich herausgestellt, dass es vorteilhaft ist wenn Gehäusekörper, die nicht durch zusätzliche Schalen gestützt werden eine Mindestdichte aufweisen. Für Gehäusekörper, die aus einem Polymerkomposit gebildet sind und die Poren aufweisen ist es im Blick auf den Einsatz im Feld vorteilhaft, wenn eine Dichte von mindestens 0,75 g/cm3 und bevorzugt mindestens 0,85 g/cm3 eingehalten wird. Da Dichte von der Porosität abhängt, besteht auch ein Zusammenhang zur Stabilität des Körpers.
Gemäß einer Ausgestaltung weist das Polymermatrix mindestens eine erste und eine zweite Komponente auf, wobei die erste Komponente ein Isocyanat-Präpolymer aufweist, wobei die zweite Komponente ein Polyol aufweist.
Es hat sich gezeigt, dass die Kombination der Mikrosphären mit einem Polyurethan zu einem günstigen Kompositmaterial führt, das ideal als Gehäusekörper oder als Füllstoff zum Stabilisieren geeignet ist und auch für automatisierte Abfüllprozesse geeignet ist.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Feldgerät ein Durchflussmessgerät, insbesondere ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Feldgerätes nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst die Verfahrensschritte:
- Einarbeiten einer dritten Komponente in die erste oder zweite Komponente, insbesondere in die erste Komponente des Vergussmaterials, wobei die dritte Komponente vorexpandierte Mikrosphären aufweist;
- Mischen der einzelnen Komponenten zur Bildung des Vergussmaterials;
- Vergießen des Vergussmaterials in eine Vergussform (8); und
- Aushärten lassen des Vergussmaterials.
Bei der Herstellung von Polyurethanschäumen ist es üblich, jegliche weitere Komponenten, wie Treibmittel, Farbstoff etc., der zweiten Komponente, also dem Polyol beizumischen. Es hat sich aber gezeigt, dass ein Beimischen der vorexpandierten Mikrosphären in die erste Komponente, also in das Isocyanat zu einer deutlich einfacheren Handhabung beim Vorbearbeiten der einzelnen Komponenten und zu einem stabileren Gemisch führt. Somit lassen sich die vorexpandierten Mikrosphären einfacher in einen automatisierten Abfüllprozess einbinden.
Gemäß einer Ausgestaltung führt die durch die Reaktion der ersten mit der zweiten Komponente freiwerdende Reaktionswärme zu einem Temperaturanstieg des Kompositmaterials an einer Grenzfläche zu der Messkomponente oder zu dem Behälter von kleiner 100°C, insbesondere kleiner 70°C und bevorzugt kleiner 30°C. Die IP-Schutzklasse gibt die Widerstandsfähigkeit des Gehäuse eines Feldgerätes gegen das Eindringen von Fremdkörpern und Wasser an. Die beiden Zahlen der Schutzklasse haben folgende Bedeutung. Die erste Zahl gibt an, wie resistent das Gehäuse gegen das Eindringen von Fremdkörpern ist. Die zweite Zahl gibt die Dichtheit gegenüber Wasser an. Ein Gehäuse, das die Anforderung der IP68 Schutzklasse (Stand 2018) erfüllt, ist somit staubdicht und gegen dauerhaftes Eintauchen in Wasser geschützt.
Daher ist es von besonderem Vorteil, dass der geschlossenzellige Schaum beim Ausfüllen auch verwinkelte Bereiche zwischen den Messkomponenten und/oder in einem Messelektronikgehäuse ausfüllt, so dass keine Hohlräume entstehen, die entweder direkt eine Dichtheit gegenüber Wasser verhindern oder bereits bei geringem mechanischen Einwirken kollabieren und somit Defekte im Gehäuse erzeugen, was wiederum eine Ursache für das Eindringen von Wasser sein kann.
Beim Vergießen von Elektronikbauteilen mit miteinander reagierende und einen Schaumstoff bildende Komponenten ist es besonders wichtig, dass es durch die freiwerdende Reaktionswärme nicht zu einer Beschädigung der Elektronikbauteile und/oder der Messkomponenten kommt. Das ist insbesondere dann wichtig, wenn in den Elektronikbauteilen oder in den Messkomponenten Kunststoffteile, beispielsweise in Form von Isolierungen, verbaut sind oder wenn wärmeempfindliche Elektronikbauteile verbaut sein.
Bei den für die Herstellung des Gehäuses verwendeten Polyurethanen handelt es sich zumeist um elastomere Kunststoffe, die auf Basis eines unmittelbar vor der Verarbeitung aus reaktiven Komponenten gebildeten, flüssigen
Mehrkomponentensystems hergestellt sind, wobei letzteres jeweils nach dem Zusammenmischen in die Vergussform eingebracht und dort innerhalb einer vorgebbaren Reaktionszeit aushärten gelassen wird. Polyurethane werden bekanntlich nach dem Polyadditionsverfahren aus Di- und Poly-Isocyanaten mit mehrwertigen Alkoholen hergestellt. Als Komponenten können dabei beispielsweise Präpolymere, aufgebaut aus aliphatischen und/oder aromatischen Ether-Gruppen sowie Glykol und Isocyanat-Gruppen dienen, die mit dem zugeführten mehrwertigen Alkohol reagieren können.
Üblicherweise werden T ransmitter oder elektronische Anzeige über einen Adapter mit dem Gehäuse verbunden. Daher müssen für Messrohre mit unterschiedlichen Rohrdurchmesser jeweilige Adapter angefertigt und bereitgestellt werden. Erfindungsgemäß ist die Vergussform derart geformt, dass der Adapter, insbesondere die Anschlüsse passend mitvergossen werden. Außerdem ist es von Vorteil, wenn die Vergussform auch stellenweise die Form des Adapters annimmt, was dazu führt, dass sich nach dem Vergießen ein Adapter mit ausbildet. Dessen Form hängt von der Form der Vergussform ab und kann somit für die jeweiligen Messrohre angepasst WO 2021/058208 PCT/EP2020/073414 werden. Somit kann auf einen zusätzlichen Adapter verzichtet werden und der Transmitter oder die elektronische Anzeige kann direkt an das erhärtete Vergussmaterial angeschlossen werden.
Bei der Vergussform können idealerweise herkömmlich, beispielsweise aus der DE102012110665A1 bekannte Schalen zurückgegriffen werden. Für ein einfaches Ablösen des Vergussform von dem Vergussmaterial weist die Innenseite der Vergussform eine anti-adhäsive Oberfläche auf, bzw. besteht die Vergussform aus einem anti-adhäsiven Material. Besonders vorteilhaft ist eine Beschichtung mit einem Fett oder Teflon. Üblicherweise wird die Vergussform mit Hilfe eines Druckgussverfahrens hergestellt. Erfindungsgemäß ist die Vergussform mittels einem 3 D- Druckverfahren hergestellt. Die Verschalung kann beispielsweise aus Blech oder Kunststoff hergestellt sein, insbesondere wiederverwendbar oder als „verlorene Form" ausgeführt sein.
Weiterhin weist die Vergussform einen Zulauf auf, damit das aufschäumende Vergussmaterial vereinfacht in die Vergussform eingeführt werden kann. Ein Ablauf wird nicht mehr benötigt.
Komponenten zur Bildung eines Kompositmaterials aus einem Vergussmaterial liegen in der Regel nicht in einem homogenisierten Zustand vor. Für eine ideale Reaktionsbedingung muss die jeweilige Komponente jedoch homogen in dem Vergussmaterial verteilt sein. Nur dann kann die Bildung von Hohlräumen vermieden werden.
Nachfolgend werden einige bevorzugte Zusammensetzungen des Vergussmaterials genannt:
Epoxidharz Komponentengemisch A+B mit einem Mischverhältnis MV(A·. B ) von 100: 25 < MV < 100: 15.
Polyurethan Komponentengemisch A+B mit einem Mischverhältnis MV(A·. B ) von 100: 25 < MV < 100: 15.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : einen schematischen Querschnitt eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes mit einem Gehäuse;
Fig. 2: eine Perspektivansicht eines Feldgerätes mit einem Gehäuse und einer Vergussform;
Fig. 3: eine Seitenansicht eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes mit einem Gehäuse und einem vergossenen Adapter; und Fig. 4: ein Flussdiagramm zur Beschreibung des Ablaufes eines Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Feldgerätes.
Ein Beispiel für ein Feldgerät ist eine magnetisch-induktives Durchflussmessgerät (4) (siehe Fig. 1). Der Aufbau und das Messprinzip des magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes (4) ist grundsätzlich bekannt. Durch ein Messrohr (1) wird ein Medium geleitet, das eine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Eine magnetfelderzeugende Vorrichtung (5) ist so angebracht, dass sich die Magnetfeldlinien senkrecht zu einer durch die Messrohrachse definierten Längsrichtung orientieren. Als magnetfelderzeugende Vorrichtung (5) eignet sich vorzugsweise eine Sattelspule oder ein Polschuh mit aufgesetzter Spule. Bei angelegtem Magnetfeld entsteht im Messrohr (1) eine Potentialverteilung, die mit zwei an der Innenwand des Messrohres (1) angebrachten Messelektroden (3) abgegriffen wird. In der Regel sind diese diametral angeordnet und bilden eine Elektrodenachse, die senkrecht zu einer Symmetrieachse der Magnetfeldlinien und der Längsachse des Rohres verläuft. Anhand der gemessenen Messspannung kann, unter Berücksichtigung der magnetischen Flussdichte, die Durchflussgeschwindigkeit und, unter Berücksichtigung der Rohrquerschnittsfläche, der Volumendurchfluss des Mediums bestimmt werden. Um das Ableiten der an den Messelektroden (3) anliegenden Messspannung über das Rohr (2) zu verhindern, wird die Innenwand mit einem isolierenden Material bzw. einem Kunststoff-Liner ausgekleidet. Das durch beispielsweise einen Elektromagneten aufgebaute Magnetfeld wird durch einen getakteten Gleichstrom wechselnder Polarität mittels einer Betriebseinheit erzeugt. Dies gewährleistet einen stabilen Nullpunkt und macht die Messung unempfindlich gegenüber Einflüssen durch Mehrphasenstoffe, Inhomogenitäten in der Flüssigkeit oder geringer Leitfähigkeit. Eine Mess- und/oder Auswerteeinheit (6) liest die an den Messelektroden (3) anliegende Spannung aus und gibt die Durchflussgeschwindigkeit und/oder den errechneten Volumendurchfluss des Mediums aus. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Querschnitt eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerät befinden sich die Messelektroden (3) in direktem Kontakt mit dem Medium. Die Kopplung kann jedoch auch kapazitiv erfolgen.
Die Durchführung ist dabei vorteilhaft so ausgestaltet, dass sie das Anschlusskabel oder die andere Elektronikkomponente vor Beschädigung schützt. So kann beispielsweise ein Kabelbruch im Bereich des Anschlusses vermieden werden. Erfindungsgemäß werden die Anschlüsse so mitvergossen, dass sie fixiert jedoch einfach zugänglich sind. Ein einfaches Aufstecken der Ausgabeeinheit direkt auf das Gehäuse (7) bzw. auf einem einem Adapter nachgebildeten Formteil, vereinfacht die Montage. Auf einen separaten Adapter (9) kann verzichtet werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Perspektivansicht einer Ausgestaltung eines teilweise verschalten Feldgerätes. Als Vergussform (8) wurde eine herkömmlich Schale verwendet, die bei Feldgeräten zum Schutz der Elektronikbauteile verbaut wird, in denen ein nachträglicher Zugriff auf das Innere des Gehäuses (7) vorgesehen ist. Sie kann jede beliebige Form annehmen. Bei speziellen Formwünschen eignet sich ein 3D-Druckverfahren. Nach dem Befüllen kann die Schale wieder entfernt werden, so dass sie für die Herstellung weiterer Gehäuse (7) verwendet werden kann. In der Fig. 2 nicht sichtbar ist ein in der Polymermatrix eingebetteter T ransmitter, der die Messsignale an eine Anzeigeeinheit sendet. Die Polymermatrix weist vorexpandierte Mikrosphären auf, die dem Körper einen geschlossenporigen Charakter verleihen. Nach dem Vergießen wird die Vergussform entfernt und der Gehäusekörper aus dem Polymerkomposit übernimmt die Aufgabe der Verschalung. Alternativ wird die Vergussform (8) nicht entfernt. In dem Fall sorgt die Polymermatrix hauptsächlich für die Fixierung der elektronischen Komponenten. Die äußere Verschalung übernimmt die Stabilisierung und den Schutz der Messkomponenten.
Die Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht einer Ausgestaltung eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes (4) mit einem vergossenen Adapter (9). Dieser wird beim Vergießen so in die Vergussform (8) eingebracht, dass die Anschlüsse (10) freibleiben und nur das Endstück mit der Vergussmasse umschlossen ist. In dieser Ausgestaltung wurde eine Adapter (9) als separates Bauteil mitvergossen. Der Adapter (9) muss aber nicht notwendigerweise als separates Bauteil ausgebildet sein. Durch die Wahl der Vergussform (8) kann das Gehäuse (7) bzw. Teile des Gehäuses die Form des Adapters (9) annehmen. In diesem Fall werden die elektrischen Anschlüsse (10) während des Vergießens mit in die Vergussform (8) fixiert und so vergossen, dass die Kontaktstellen der Anschlüsse (10) nicht mitvergossen werden. Die Anzeigeeinheit kann dann direkt an das Gehäuse (7) angeschlossen werden, ein Adapter ist somit nicht notwendig. Da erfindungsgemäß durch die vorexpandierten Mikrosphären ein Ausdehnen des Vergussmaterials zur Bildung des Kompositmaterials ausbleibt, wird auch die Integration von weiteren elektronischen Bauteilen, wie Display oder Adapter, in den Gehäusekörper vereinfacht.
Die Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm zur Beschreibung der einzelnen Verfahrensschritte A bis I des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Feldgerätes. In einem ersten Schritt A werden die Messkomponenten und/oder die Elektronikbauteile des Feldgerätes mit einer Vergussform vorbereitend verschalt. Die erste Komponente des Vergussmaterials muss üblicherweise kühl gelagert werden, daher wird in einem zweiten Schritt B die erste Komponente, eine der zwei Komponenten des Polyurethans auf 40°C erwärmt. Ein Entgasen der ersten Komponente ist vorteilhaft für die weiteren Prozessschritte. Im dritten Schritt C wird in die erste Komponente die dritte Komponente, also die vorexpandierten Mikrosphären eingearbeitet. Bei der ersten Komponente handelt es sich um das Isocyanat. Im vierten Schritt D wird das Gemisch aus der ersten und dritten Komponente mit der zweiten Komponente vermischt. Auch dies erfolgt unter Vakuumbedingungen. Optional kam der Mischung eine weitere vierte Komponente hinzugefügt werden. Dies kann ein Flammschutzmittel zur Erfüllung der Ex-i-(DIN/ISO/IEC 60079-11) Norm (Stand 2018) sein, ein Füllstoff und/oder ein Farbmittel. Diese Mischung wird in einem fünften Schritt E in die vorbereitete Vergussform vergossen. Nach einer Offenzeit (Schritt F) von mindestens 30 Minuten, in der das Vergussmaterial Zeit hat sich in der Vergussform auszubreiten, wird das Vergussmaterial in einem siebten Verfahrensschritt (Schritt G) bei einer Heiztemperatur von ca. 50°C für mindestens eine 24 Stunden, vorzugsweise 36 Stunden geheizt. Alternativ reicht eine Heizdauer von 16 Stunden bei einer Heiztemperatur von mindestens 80°C aus. In der zeit härtet das Vergussmaterial vollends aus, so dass in einem letzten, alternativen Herstellungsschritt das Vergussmaterial von der Vergussform entschalt werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Messrohr
2 Rohr 3 Messelektrode
4 magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
5 magnetfelderzeugende Vorrichtung
6 Mess- und/oder Auswerteeinheit
7 Gehäuse 8 Vergussform
9 Adapter
10 Anschlüsse
11 Feldgerät
12 Gehäusekörper A Verschalen der Messkomponenten
B Aufwärmen der ersten Komponente
C Homogenisieren der ersten Komponente und Beimischen der dritten Komponente D Hinzufügen der dritten Komponente
E Vergießen der Mischung in die Vergussform F Ausbreiten lassen des Vergussmaterials zur Bildung des Kompositmaterials
G Heizen
H Entformen des Vergussmaterials

Claims

Patentansprüche
1. Feldgerät der Automatisierungstechnik, umfassend mindestens eine Messkomponente zur Ermittlung einer Prozessvariablen eines Mediums in einem Behältnis, insbesondere in einem Messrohr (1), und ein Gehäuse (7) mit einem Gehäusekörper (12), der zumindest anteilig ein Kompositmaterial aufweist, wobei die Messkomponente ganz oder teilweise von dem Kompositmaterial ummantelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompositmaterial vorexpandierte Mikrosphären, insbesondere in einer Polymermatrix aufweist.
2. Feldgerät nach Anspruch 1 , wobei eine statistische Verteilung, welche Volumen der Mikrosphären in Relation zur Häufigkeit der Mikrosphären setzt, durch eine Normalverteilung mit einem Erwartungswert m beschreibbar ist, wobei für den Erwartungswert m gilt, dass 1 750 mm3 < m < 450 000 mm3, inbesondere 14000 mm3 < m < 325 000 mm3 und m bevorzugt kleiner 115 000 mm3 ist.
3. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrosphären eine Dichte p von 20 kg/m3 < p < 70 kg/m3 und bevorzugt 25 kg/m3 < p < 35 kg/m3 aufweist.
4. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrosphären jeweils eine Polymerhülle aufweisen, die gasförmigen Kohlenwasserstoff umschließt.
5. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, WO 2021/058208 PCT/EP2020/073414 wobei der Gehäusekörper (12) eine Shore-Härte von mindestens 65D, insbesondere von mindestens 70D und bevorzugt von mindestens 85D (nach ISO 868 (Stand 2018)) aufweist.
6. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kompositmaterial einen insbesondere geschlossenzelligen Schaumstoff aufweist.
7. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (7) die Anforderungen der IP68 Schutzklasse (Stand 2018) erfüllt.
8. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gehäusekörper (12) eine Dichte von mindestens 0,75 g/cm3 und bevorzugt mindestens 0,85 g/cm3 aufweist.
9. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymermatrix mindestens eine erste und eine zweite Komponente aufweist, wobei die erste Komponente ein Isocyanat-Präpolymer aufweist, wobei die zweite Komponente ein Polyol aufweist.
10. Feldgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Feldgerät ein Durchflussmessgerät umfasst, insbesondere ein magnetisch induktives Durchflussmessgerät (4).
11 . Verfahren zur Herstellung eines Feldgerätes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- Einarbeiten einer dritten Komponente in die erste oder zweite Komponente, insbesondere in die erste Komponente des Vergussmaterials, WO 2021/058208 PCT/EP2020/073414 wobei die dritte Komponente vorexpandierte Mikrosphären aufweist;
- Mischen der einzelnen Komponenten zur Bildung des Vergussmaterials;
- Vergießen des Vergussmaterials in eine Vergussform (8); und
- Aushärten lassen des Vergussmaterials.
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die durch die Reaktion der ersten mit der zweiten Komponente freiwerdende Reaktionswärme zu einem Temperaturanstieg des Kompositmaterials an einer Grenzfläche zu der Messkomponente oder zu dem Behälter von kleiner 100°C, insbesondere kleiner 70°C und bevorzugt kleiner 30°C führt.
PCT/EP2020/073414 2019-09-24 2020-08-20 Feldgerät der automatisierungstechnik und verfahren zur herstellung eines solchen feldgerätes WO2021058208A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019125687.9 2019-09-24
DE102019125687.9A DE102019125687B4 (de) 2019-09-24 2019-09-24 Feldgerät der Automatisierungstechnik

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021058208A1 true WO2021058208A1 (de) 2021-04-01

Family

ID=72178540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/073414 WO2021058208A1 (de) 2019-09-24 2020-08-20 Feldgerät der automatisierungstechnik und verfahren zur herstellung eines solchen feldgerätes

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102019125687B4 (de)
WO (1) WO2021058208A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021118128A1 (de) 2021-07-14 2023-01-19 Endress + Hauser Flowtec Ag Feldgerät der Automatisierungstechnik

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10347878A1 (de) 2003-10-10 2005-05-04 Abb Patent Gmbh Magnetisch-induktives Messgerät für strömende Stoffe und Verfahren zu dessen Herstellung
EP1696214A1 (de) * 2005-02-28 2006-08-30 Krohne AG Durchflußmeßgerät und Verfahren zur Installation eines Durchflußmeßgeräts
DE102007058608A1 (de) 2007-12-04 2009-06-10 Endress + Hauser Flowtec Ag Elektrisches Gerät
DE102012110665A1 (de) 2012-11-07 2014-05-08 Endress + Hauser Flowtec Ag Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät und Anordnung
EP2892702A1 (de) * 2012-09-07 2015-07-15 Akzo Nobel Chemicals International B.V. Verfahren und vorrichtung zur herstellung erweiterter thermoplastischer mikrokugeln
DE102014105569B3 (de) 2014-04-17 2015-08-20 Endress + Hauser Flowtec Ag Gehäuse für magnetisch induktives Durchflussmessgerät
US9464153B2 (en) * 2009-10-29 2016-10-11 Henkel Ag & Co. Kgaa Premix and method for producing a thermally expandable and curable epoxy-based compound
DE102015112952A1 (de) * 2015-08-06 2017-02-09 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Verfahren zum Herstellen eines Feldgeräts der Analysemesstechnik
WO2017108369A1 (de) * 2015-12-21 2017-06-29 Endress+Hauser Flowtec Ag Feldgerät der automatisierungstechnik und verfahren zu dessen herstellung

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10347878A1 (de) 2003-10-10 2005-05-04 Abb Patent Gmbh Magnetisch-induktives Messgerät für strömende Stoffe und Verfahren zu dessen Herstellung
EP1696214A1 (de) * 2005-02-28 2006-08-30 Krohne AG Durchflußmeßgerät und Verfahren zur Installation eines Durchflußmeßgeräts
DE102007058608A1 (de) 2007-12-04 2009-06-10 Endress + Hauser Flowtec Ag Elektrisches Gerät
US9464153B2 (en) * 2009-10-29 2016-10-11 Henkel Ag & Co. Kgaa Premix and method for producing a thermally expandable and curable epoxy-based compound
EP2892702A1 (de) * 2012-09-07 2015-07-15 Akzo Nobel Chemicals International B.V. Verfahren und vorrichtung zur herstellung erweiterter thermoplastischer mikrokugeln
DE102012110665A1 (de) 2012-11-07 2014-05-08 Endress + Hauser Flowtec Ag Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät und Anordnung
DE102014105569B3 (de) 2014-04-17 2015-08-20 Endress + Hauser Flowtec Ag Gehäuse für magnetisch induktives Durchflussmessgerät
DE102015112952A1 (de) * 2015-08-06 2017-02-09 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Verfahren zum Herstellen eines Feldgeräts der Analysemesstechnik
WO2017108369A1 (de) * 2015-12-21 2017-06-29 Endress+Hauser Flowtec Ag Feldgerät der automatisierungstechnik und verfahren zu dessen herstellung

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
OGLE JONATHAN ET AL: "Design and development of a sampling platform to study long distance seed dispersal", OCEANS 2014 - TAIPEI, IEEE, 7 April 2014 (2014-04-07), pages 1 - 8, XP032689066, DOI: 10.1109/OCEANS-TAIPEI.2014.6964467 *
SAINT-MICHEL F ET AL: "Mechanical properties of high density polyurethane foams: I. Effect of the density", COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 66, no. 15, 1 December 2006 (2006-12-01), pages 2700 - 2708, XP027988037, ISSN: 0266-3538, [retrieved on 20061201] *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019125687B4 (de) 2021-06-17
DE102019125687A1 (de) 2021-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007058608A1 (de) Elektrisches Gerät
WO2020104168A1 (de) Magnetisch-induktives durchflussmessgerät und verfahren zur herstellung eines solchen magnetisch-induktiven durchflussmessgerätes
EP1039269B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines magnetisch-induktiven Durchflussaufnehmers
EP1522828A1 (de) Magnetisch-induktives Messgerät für strömende Stoffe und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102019125687B4 (de) Feldgerät der Automatisierungstechnik
EP0308676A2 (de) Spannungsarme Umhüllung für elektrische und elektronische Bauelemente, insbesondere Hybridschaltungen
DE102014202821B4 (de) Gehäuse für ein mikromechanisches Sensorelement
EP3394860B1 (de) Feldgerät der automatisierungstechnik und verfahren zu dessen herstellung
EP1396705A2 (de) Flussdetektor mit Durchführungen und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102019118074A1 (de) Feldgerät der Automatisierungstechnik und Verfahren zur Herstellung des Feldgerätes
EP3009811B1 (de) Sensoranordnung und verfahren zur herstellung einer sensoranordnung
WO2021001160A1 (de) Feldgerät der automatisierungstechnik und verfahren zur herstellung des feldgerätes
DE102004011667A1 (de) Vorrichtung mit einem Halbleiterchip und einem mikrofluidischen System und Verfahren zur Herstellung
DE102015112952A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Feldgeräts der Analysemesstechnik
DE102014107977A1 (de) Türgriff mit Sensor
DE102015107578B4 (de) Magnetisch induktives Durchflussmessgerät und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2016045883A1 (de) Verfahren zur herstellung einer kundenspezifischen komponente eines feldgeräts
WO2022028854A1 (de) Feldgerät der automatisierungstechnik
DE102014114017A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Komponente eines Feldgeräts zur Bestimmung oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße
DE102017121921A1 (de) Steckverbinder zum lösbaren Verbinden mit einem entsprechenden Gegensteckverbinder
EP2329239A1 (de) Verfahren zur fertigung einer messvorrichtung und verfahren zum vergiessen einer giessform
DE102016223167A1 (de) Trägerbauteil, insbesondere eines Automotive-Steuergeräts
DE102022133125A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte für ein Feldgerät der Automatisierungstechnik
DE102022118729A1 (de) Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät
EP3502630A1 (de) Sensor der prozessmesstechnik und verfahren zur herstellung eines solchen sensors

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20760449

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20760449

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1