Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe, einen Gehäusedeckel mit einer solchen Baugruppe, und ein Feldgerät mit einem solchen Gehäusedeckel.

Gattungsgemäße Baugruppen, insbesondere Gehäusedeckel umfassen eine Kreisscheibe und einen Ringkörper, der eine Aufnahme für die Kreisscheibe aufweist. Die Aufnahme für die Kreisscheibe kann beispielsweise einen Anschlag aufweisen, gegen den die Kreisscheibe axial eingespannt ist, oder die Kreisscheibe kann in der Aufnahme mittels eines metallischen Sicherungsrings gehalten sein, wobei zusätzlich ein Dichtring vorgesehen ist, welcher an der Kreisscheibe anliegt, um einen Gasaustausch an der Kreisscheibe vorbei zwischen zwei mittels der Kreisscheibe voneinander getrennten Volumina zu verhindern.

Ein gattungsgemäßes Bauteil wird unter anderem als Gehäusedeckel eines Feldgerätegehäuses verwendet, um dieses zu verschließen, wobei es oft erforderlich ist, dass das Feldgerät, der Zundschutzart Ex-d bzw. „druckfeste Kapselung“ genügt. Dementsprechend ist weisen die eingangs beschriebenen Baugruppen vergleichsweise aufwändige Konstruktionen hohe Festigkeiten, und strenge Fertigungstoleranzen auf, um die erforderliche Schutzklasse zu erreichen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vereinfachte Baugruppe bereitzustellen, ohne die Leistungsfähigkeit der Baugruppe zu beeinträchtigen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Baugruppe gemäß Anspruch 1 , den Gehäusedeckel gemäß Anspruch 14 und das Feldgerät gemäß Anspruch 15.

Die erfindungsgemäße Baugruppe umfasst: eine Kreisscheibe; einen Ringkörper; und einen Elastomerring; wobei der Ringkörper eine Scheibenaufnahme aufweist, die durch eine umlaufende Mantelfläche umschlossen ist, wobei die Mantelfläche eine ringförmig umlaufende Außennut aufweist, welche in einer ersten axialen Richtung durch eine erste Außenschulter begrenzt ist, und welche in einer entgegengesetzten, zweiten axialen Richtung durch eine zweite axiale Schulter begrenzt ist; wobei an die erste Außenschulter in der ersten axialen Richtung eine Führungsfläche anschließt, deren Radius mit Abstand zur ersten Schulter monoton steigt, wobei gilt dr/dz <2/3 und insbesondere dr/dz < 1/3; wobei die Kreisscheibe eine äußeren Mantelfläche mit einer umlaufenden Innennut aufweist, die sich radial einwärts erstreckt, die in der ersten axialen Richtung durch eine erste Innenschulter begrenzt ist, und die in der zweiten axialen Richtung durch eine zweite Innenschulter begrenzt ist; wobei zumindest die beiden Innenschultern in einem axialen Längsschnitt, in dem die Rotationsachse der Kreisscheibe verläuft, eine konvexe Kontur aufweisen, wobei der Elastomerring zwi schen beiden Innenschultern und beiden Außenschultern eingespannt ist, wodurch insbesondere eine Verschiebung der Kreisscheibe aus dem Ringkörper bis zu einer Grenzbelastung verhindert wird.

Die Grenzbelastung kann in einer Weiterbildung der Erfindung das beispielsweise eine Belastung umfassen, bei welcher der Elastomerring reißt, oder einen Schlag mit einer Energie von mehr als 7 Joule, oder einen Überdruck von mehr als 0,2 bar, beispielsweise mehr als 0,5 bar, insbesondere mehr als 1 bar.

Insbesondere wird die Kreisscheibe ausschließlich durch den Elastomerring in der Scheibenaufnahme gehalten. Der Elastomerring wirkt gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zudem als

Dichtring, wobei insbesondere die zweite Innenschulter und die zweite Außenschulter als Dichtflächen dienen.

Die elastische Lagerung in einem Elastomerring ermöglicht zudem die Aufnahme von Schlagenergie, wodurch die Scheibe bei Schlägen erheblich entlastet wird. Eine Kontur ist dann konvex, wenn eine gerade Verbindungslinie zwischen zwei

Punkten an der Oberfläche der Kontur durch die Kontur oder an der Oberfläche der Kontur verläuft.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Innennut einen durch den Elasto merring begrenzten, leeren Ausweichraum auf, dessen Querschnittsfläche im Längs- schnitt nicht weniger als ein Viertel einer Querschnittsfläche, beispielsweise nicht weniger ein Drittel einer Querschnittsfläche des Elastomerrings im entspannten, nicht eingespannten Zustand beträgt.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die lichte Höhe h des Ausweichraums geringer als die Schnurstärke des Elastomerrings. In einer Weiterbildung der Erfindung steigt die lichte Höhe h des Ausweichraums mit dem Radius monoton, wobei für die Steigung dh/dr der lichten Höhe h als Funktion des Radius r zwischen der ersten Innenschulter und der zweiten Innenschulter, auf mindestens den radial äußeren 50% der Flächen der Innenschultern, zwischen denen der Elastomerring axial eingespannt ist, gilt: dh/dr > 1/2, insbesondere dh/dr > 2/3.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Führungsfläche einen kegelstumpfförmigen Verlauf auf.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Kreisscheibe einen transparenten Werkstoff auf, insbesondere Glas oder ein Transparentes Polymer, beispielsweise PMMA, PEEK oder Polycarbonat.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Ringkörper einen metallischen Werkstoff auf, beispielsweise Aluminium, oder ein Polymer, beispielsweise PEEK oder Polycarbonat.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Elastomerring ein Elastomer auf, beispielsweise VMQ, HNBR, FKM, EPDM.

In einer Weiterbildung der Erfindung beträgt der maximale radiale Abstand zwi schen der Mantelfläche der Kreisscheibe und der Mantelfläche der Scheibenaufnahme, insbesondere auf einer axialen Länge von nicht weniger als 10 mm, nicht mehr als 0,15 mm.

In einer Weiterbildung der Erfindung verbindet in einem axialen Längsschnitt durch das Zentrum der Kreisscheibe eine erste Verbindungslinie einen ersten Mittel punkt einer ersten Auflagefläche des Elastomerrings an der ersten Innenschulter und einen zweiten Mittelpunkt einer zweiten Auflagefläche des Elastomerrings der zweiten Außenschulter miteinander, wobei eine zweite Verbindungslinie einen dritten Mittelpunkt einer dritten Auflagefläche des Elastomerrings an der zweiten Innenschulter und einen vierten Mittelpunkt einer vierten Auflagefläche des Elastomerrings der ersten Außen schulter miteinander verbindet, wobei die erste Verbindungslinie gegenüber der Rotationsachse der Kreisscheibe um nicht mehr als 45°, insbesondere um nicht mehr als 40° geneigt ist, wobei die zweite Verbindungslinie gegenüber der Rotationsachse der Kreisscheibe um nicht mehr als 45°, insbesondere um nicht mehr als 40° geneigt ist, wobei die erste Verbindungslinie gegenüber der Rotationsachse der Kreisscheibe um nicht weniger als 15°, insbesondere um nicht weniger als 23° geneigt ist, wobei die zweite Verbindungslinie gegenüber der Rotationsachse der Kreisscheibe um nicht weniger als 15°, insbesondere um nicht weniger als 23° geneigt ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung beträgt ein minimaler Abstand zwischen der ersten Innenschulter und der zweiten Außenschulter nicht mehr als 90% der Schnur stärke des Elastomerrings, wobei ein minimaler Abstand zwischen der zweiten Innen schulter und der ersten Außenschulter nicht mehr als 90% der Schnurstärke des Ela stomerrings beträgt.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein minimaler Radius der ersten Außenschulter um nicht mehr als 0,5 mm, insbesondere nicht mehr als 0,2 mm größer ist als ein maximaler Radius der zweiten Innenschulter.

Der erfindungsgemäße Gehäusedeckel für ein Feldgerät, umfasst eine erfin dungsgemäße Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ringkörper weiterhin einen zylindrischen Wandabschnitt aufweist.

Der zylindrischen Wandabschnitt kann ein Gewinde, insbesondere ein Innenge winde aufweisen, um den Gehäusedeckel an einem Gehäusekörper befestigen zu können. Andere Befestigungsarten sind ebenfalls möglich, beispielsweise Schrauben oder ein Bajonettverschluss.

Das erfindungsgemäße Feldgerät umfasst ein Gehäuse und eine Betriebsschal tung, welche in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Gehäuse einen Gehäusekör per und mindestens einen erfindungsgemäßen Gehäusedeckel aufweist, wobei das Ge winde des Gehäusedeckels mit einem komplementären Gewinde des Gehäusekörpers verschraubt ist, um die Betriebsschaltung zu umschließen.

In einer Weiterbildung der Erfindung genügt das Feldgerät der Zündschutzart „druckfeste Kapselung“, Ex-d.

Ein Feldgerät im Sinne der Erfindung umfasst beispielsweise einen Mess umformer, wie er beispielsweise in der industriellen Prozessmesstechnik zum Einsatz kommt, um Prozessparameter wie Temperatur, Druck, Füllstand, Durchflussrate,

Dichte, Viskosität, pH-Wert, Redox-Potential, elektrische Leitfähigkeit, Feuchte, Konzentration gelöster Gase, Schlammspiegel, Trübung, Summenparameter, wie TOC, oder die Zusammensetzung mehrkomponentiger Medien zu erfassen. Weiterhin kann ein Feldgerät im Sinne der Erfindung einen Aktuator umfassen, beispielsweise eine Pumpe, ein Ventil, ein Rührwerk oder eine Temperiervorrichtung, beispielsweise ein Kühlaggregat oder einen Heizer. Feldgeräte umfassen gewöhnlich eine Betriebsschal tung zum Betreiben des Feldgerätes, insbesondere zum Bereitstellen von Messsignalen an ein Leitsystem oder zum Empfangen von Stellsignalen vom Leitsystem und zum Steuern der Aktuatoren gemäß der Stellsignale.

Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Feldgerätes; und

Fig. 2: einen Detaillängsschnitt von Komponenten eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Baugruppe.

Das in Fig 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Feld geräts 300 umfasst ein Feldgerätegehäuse 310 mit einem zumindest abschnittsweise zylindrischen Gehäusekörper 312 und eine erfindungsgemäße Baugruppe 100, welche einen Gehäusedeckel bildet. In dem Gehäuse 300 ist eine Kammer 314 ausgebildet, in welcher eine Betriebsschaltung 330 zum Betreiben des Feldgeräts 300 angeordnet ist. Das Feldgerät 300 umfasst weiterhin ein Sensormodul 340, welches mit dem Gehäuse 310 mechanisch verbunden ist und letzteres insbesondere trägt. Das Sensormodul 340 kann beispielsweise einen Durchflussmessaufnehmer umfassen, zum Erfassen einer Volumendurchflussrate oder einer Massendurchflussrate. Das Sensormodul 340 stellt messgrößenabhängige Primärsignale bereit, die von der Betriebsschaltung 330 zur Weitergabe an ein Leitsystem bzw. zur Anzeige in einem Display 332 aufbereitet werden. Einzelheiten dazu sind bekannt und brauchen hier nicht erläutert zu werden.

Die als Gehäusedeckel dienende Baugruppe 100 umfasst einen Ringkörper 110 mit einer Scheibenaufnahme 120, in welche ein Scheibenkörper 160 eingesetzt und mit einem Elastomerring 190 gehalten ist. Die Scheibenaufnahme 120 erstreckt sich als kreisförmige Öffnung zwischen einer ersten Stirnfläche und einer zweiten Stirnfläche des Ringkörpers 110, wobei eine die Scheibenaufnahme begrenzende Mantelfläche 122 eine Kontur aufweist mit welcher der Elastomerring 190 gehalten wird, und die weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 2 näher erläutert wird. Der Ringkörper 110 weist weiterhin einen hülsenartigen Fortsatz 116 auf, an dessen innerer Mantelfläche ein Gewinde 118 ausgebildet ist, welches in ein komplementäres Außengewinde 316 des Gehäusekörpers 312 eingreift, um die Kammer 314 zu verschließen. Die Kreis scheibe 160 weist optional auf ihrer der Kammer 314 zugewandten Seite einen koaxi alen, ringförmigen Fortsatz 180 auf mit einer Höhe von 10 mm an seiner äußeren Mantelfläche, wobei zwischen letzterer und einer gegenüberliegenden Mantelfläche des Ringkörpers 110 ein Ringspalt 182 verbleibt, welcher die Anforderungen an eine Flammendurchschlagsperre erfüllt, insbesondere also eine Spaltbreite von nicht mehr als 0,15 mm aufweist. Bei entsprechender Dimensionierung der Materialstärke des Ge häusekörpers 312, des Ringkörpers 110, der Kreisscheibe 160 und des Elastomerrings 190 erfüllt das Feldgerät 300 damit die Erfordernisse der Zünschutzart „druckfeste Kapselung“ bzw. „Ex-d“.

Einzelheiten der erfindungsgemäßen Baugruppe 100 welche hier einen Gehäu sedeckel bildet, werden im Folgenden anhand von Fig. 2 erläutert. Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt in dessen Ebene die Z-Achse also die Symmetrieachse der Rotations symmetrie der Baugruppe verläuft. Die Baugruppe 100 umfasst einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Ringkörper 110, mit einer ersten Stirnfläche 112, und einer dieser abgewandten zweiten Stirnfläche 114. Zwischen der ersten Stirnfläche 112und der zweiten Stirnfläche 114 erstreckt sich eine durchgehende kreisrunde Öffnung, welche eine Scheibenaufnahme 120 bildet. Die Scheibenaufnahme ist durch eine Aufnahmemantelfläche 122 begrenzt. In welche sich eine Außenringnut 130 radial auswärts erstreckt. Die Außenringnut 130 ist in einer ersten axialen Richtung durch eine erste Außenschulter 132 und in einer zweiten axialen Richtung durch eine zweite Außenschulter 134 begrenzt. In der ersten axialen Richtung schließt an die erste Außenschulter 132 eine erste Führungsfläche 124 an, welche hier Kegelstumpfartig ausgebildet ist und gegenüber der Z-Achse etwa 30° geneigt ist. Die erste Außen schulter 132 weist, abgesehen von einer abgerundeten, konvexen Fase in einem inneren Endabschnitt im Wesentlichen einen nahezu ebenen Verlauf auf. Die zweite Außenschulter 134 ist dagegen etwa 40° bis 50° aus einer Ebene Z = const geneigt. In die Scheibenaufnahme 120 ist eine Kreisscheibe 160 eingebracht, die eine erste Stirnfläche 162 aufweist, die im Wesentlichen mit der ersten Stirnfläche 112 des Ringkörpers 110 axial fluchtet. Zudem weist die Stirnfläche 112 gegenüber dem Volu men der Kreisscheibe 160 einen radialen Vorsprung 164 auf, um einen Ringspalt zwischen der Kreisscheibe 160 und der Scheibenaufnahme auf nicht mehr als 0,15 mm zu begrenzen. Von einer Mantelfläche 166 der Kreisscheibe 160 erstreckt sich eine Innenringnut 170 radial einwärts in die Kreisscheibe 160. Wobei die Innenringnut 170 mit der Außenringnut 130 in axialer Richtung im Wesentlichen überlappt. Die Innen ringnut 170 ist in der ersten axialen Richtung durch eine erste Innenschulter 172 und in der zweiten axialen Richtung durch eine zweite Innenschulter 174 begrenzt. Die beiden Innenschultern 172, 174 haben im Schnittbild der Fig. 2 einen konvexen Verlauf, wobei der axiale Abstand zwischen den beiden Innenschultern 172, 174, welcher eine lichte Höhe h der Nut 170, bzw. eines durch einen Elastomerring 190 begrenzten Ausweich raums 176 in der Nut definiert, mit zunehmendem Radius zunimmt. Zwischen den bei den Außenschultern 132, 134 und den beiden Innenschultern 172, 174 ist der Elasto merring 190 eingespannt, welcher die Kreisscheibe 160 in der Scheibenaufnahme 120 festhält. Der radiale Vorsprung 164 dient zudem als Sicherung gegen Herausdrücken der Kreisscheibe 160 aus der Scheibenaufnahme, denn wenn der radiale Vorsprung 164 durch Verschieben der Kreisscheibe 160 an dem Elastomerring 190 anliegt, ist die Bewegung bis zur Zerstörung des Elastomerrings 190 gestoppt.

Das Festhalten der Kreisscheibe wird durch die folgenden geometrischen As pekte der Baugruppe begünstigt:

Wenn in dem Längsschnitt gemäß Fig. 2, ein radial äußersten Auflagepunkt des Elastomerrings 190 an der ersten Innenschulter 172 mit einem radial innersten Auflage punkt des Elastomerrings 190 an der zweiten Außenschulter 134 verbunden wird, und wenn ein radial innerster Auflagepunkt des Elastomerrings 190 an der ersten Innen schulter 172 mit einem radial äußersten Auflagepunkt des Elastomerrings 190 an der zweiten Außenschulter 134 verbunden wird, so ergeben sich die zwei eingezeichneten gestrichelten Linien, wobei eine Winkelhalbierende durch deren Schnittpunkt, die zwi schen der ersten Innenschulter 172 und der zweiten Außenschulter verläuft, eine erste Verbindungslinie VL1 zwischen Mittelpunkte der Auflageflächen 172A, 134A des Elasto- merrings 190 an der ersten Innenschulter und der 172 bzw. der zweiten Außenschulter 134, definiert.

Wenn dem entsprechend in dem Längsschnitt gemäß Fig. 2, ein radial äußersten Auflagepunkt des Elastomerrings 190 an der zweiten Innenschulter 174 mit einem radial innersten Auflagepunkt des Elastomerrings 190 an der ersten Außenschulter 132 ver bunden wird, und wenn ein radial innerster Auflagepunkt des Elastomerrings 190 an der zweiten Innenschulter 174 mit einem radial äußersten Auflagepunkt des Elastomerrings 190 an der ersten Außenschulter 132 verbunden wird, so ergeben sich die zwei eingezeichneten durchgezogenen Linien, wobei eine Winkelhalbierende durch deren Schnittpunkt, die zwischen der zweiten Innenschulter 174 und der ersten Außenschulter verläuft, eine zweite Verbindungslinie VL2 zwischen Mittelpunkte der Auflageflächen 174A, 132A des Elastomerrings 190 an der zweiten Innenschulter und der 174 bzw. der zweiten Außenschulter 132, definiert.

Diese beiden Verbindungslinien VL1 , VL2, verlaufen für eine Radialdichtung vergleichsweise steil. So ist die erste Verbindungslinie etwa um 35° gegenüber der Rotationsachse Z geneigt, und die zweite Verbindungslinie ist um etwa 29° gegenüber der Rotationsachse geneigt. Damit beträgt die Axialkomponente der Verbindunglinien jeweils mehr sind mehr als 80% ihrer Länge. Die Länge der Axialkomponenten ist ein Indikator für die Wirksamkeit des Elastomerrings 190 einer axialen Verschiebung der Kreisscheibe 160 entgegenzuwirken. Ein Wert von 80% ist sehr gut.

Zur Montage der Baugruppe 100 wird ein Elastomerring 190 über die Mantel fläche 166 der Kreisscheibe 160 gespannt, so dass der Elastomerring an den beiden Innenschultern 172, 174 anliegt. Dann wird die Kreisscheibe mit der Strinfläche 162 voran, von der zweiten Stirnfläche 114 des Ringkörpers her in die Scheibenaufnahme 120 geschoben. Dabei gleitet der Elastomerring 190 an der Führungsfläche 124 entlang und wird durch Letztere radial einwärts in den Ausweichraum 176 der Innenringnut 170 gepresst, wodurch der Elastomerring 190 zwischen den Innenschultern in axialer Rich tung gestaucht wird, was zu beachtlichen Axialspannungen führt. Sobald der maximale Umfang des Elastomerrings 190 das Ende der Führungsfläche passiert hat, beginnt der Elastomerring 190 die Axialspannungen abzubauen, indem er in das nun verfügbare freie Volumen der Außenringnut 130 expandiert, so dass der Elastomerring seine finale Position erreicht, die gegebenenfalls durch moderate axiale Relativebewegungen zwischen Ringkörper 110 und Kreisscheibe 160 optimiert werden kann.