Die Erfindung betrifft ein Feldgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer chemischen oder physikalischen Prozessgröße in der Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät zumindest eine erste elektronische oder elektrische Komponente und eine zweite elektronische oder elektrische Komponente aufweist. In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessauto- matisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, wie beispielsweise

Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und

Temperaturmessgeräte, pH- Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., 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 insbesondere auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma

Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.

In modernen Prozessanlagen erfolgt die Kommunikation zwischen zumindest einer übergeordneten Steuereinheit und den Feldgeräten in der Regel über ein Bussystem, wie beispielsweise Profibus® PA, Foundation Fieldbus® oder HART®. Die Bussysteme können sowohl drahtgebunden als auch drahtlos ausgestaltet sein. Die übergeordnete Steuereinheit dient zur Prozesssteuerung, zur Prozessvisualisierung, zur Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme und Bedienung der Feldgeräte und wird auch als Konfigurier- /Managementsystem bezeichnet. Programme, die auf übergeordneten

Einheiten eigenständig ablaufen, sind beispielsweise das Bedientool

FieldCare der Firmengruppe Endress+Hauser, das Bedientool Pactware, das Bedientool AMS von Fisher-Rosemount oder das Bedientool PDM von

Siemens. Bedientools, die in Leitsystem-Anwendungen integriert sind, sind das PCS7 von Siemens, das Symphony von ABB und das Delta V von

Emerson. Unter dem Begriff 'Bedienen von Feldgeräten' wird insbesondere das Konfigurieren und Parametrieren von Feldgeräten, aber auch die

Diagnose zwecks frühzeitiger Erkennung von Fehlern an den Feldgeräten oder im Prozess verstanden.

Standardmäßig sind einzelne Komponenten von Feldgeräten in der

Automatisierungstechnik über Leitungen miteinander verbunden und werden über die Leitungen mit Energie versorgt. Die Energieübertragung über Kabel bzw. über drahtgebundene Verbindungsleitungen hat folgende Nachteile:

- Leitungsgebundene EMV-Störungen (leitungsgebundene

elektromagnetische Verträglichkeit-Störungen) gelangen über das Kabel bzw. die Verbindungsleitung direkt zu den einzelnen

Komponenten;

- Um im Fehlerfall die Verschleppung von Überspannungen zwischen den Komponenten zu verhindern, müssen diese durch entsprechende Leistungsbegrenzungsmaßnahmen abgesichert werden. Diese sog. ExBegrenzungen haben jedoch den Nachteil, dass sie im normalen Betriebsfall einen großen Teil der ohnehin knappen Leistung

verbrauchen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feldgerät vorzuschlagen, beim dem diese Nachteile umgangen werden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der ersten Komponente eine Energie- Sendeantenne bzw. Sendespule und der zweiten Komponente eine Energie- Empfangsantenne bzw. Empfangsspule zugeordnet ist, wobei zwischen den beiden Komponenten ein vorgegebener Distanzbereich besteht, der die erste Komponente und die zweite Komponente voneinander absetzt, wobei der Distanzbereich zumindest teilweise mit einem dielektrischen Medium ausgefüllt ist, wobei die drahtlose Energieübertragung über größere

Distanzen von einer Energie-Sendeantenne zu einer Energie- Empfangsantenne mittels Resonanz-Schwingkreisen mit gleicher

Resonanzfrequenz ausgestalltet ist, und wobei die Energie-Sendeantenne so ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass sie die zweite Komponente kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitintervallen mit Energie versorgt.

Als besonders vorteilhaft wird die Ausgestaltung angesehen, dass das Feldgerät so ausgestaltet ist, dass es für den Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich geeignet ist.

Die zuvor genannten Nachteile einer leitungsgebundenen

Energieübertragung werden durch die erfindungsgemäße Lösung umgangen. Insbesondere werden erfindungsgemäß leitungsgebundene EMV-Störungen komplett ausgeschaltet. Dies ist mit der bekannten galvanischen Entkopplung aufgrund von z.B. herkömmlichen Transformatoren mit Kern nicht komplett möglich. Hingegen weisen erfindungsgemäße Feldgeräte hinsichtlich der Leistungsversorgung eine komplette EMV sowie eine galvanische Trennung auf. Dies erleichtert und vereinfacht auch den Einsatz im

explosionsgefährdeten Bereich, da leistungsverbrauchende Ex-Begrenzungen eingespart werden können. Weiterhin hat die Erfindung den Vorteil, dass durch die räumliche Trennung automatisch auch eine klimatische

Entkopplung erreicht werden kann.

Bevorzugt kommt als die der Energie-Sendeantenne und der Energie- Empfangsantenne zugrunde liegende Technologie die WREL Technik "Wireless Resonant Energy Link" zum Einsatz. Die aktuellen intensiven Entwicklungsarbeiten zu dieser drahtlosen Energieübertragung per Resonanz haben eigentlich das Ziel, über, im Vergleich zu den hier beschriebenen Dimensionen deutlich größere Distanzen und auch deutlich höhere Energien von einer Energie-Sendeantenne bzw. Sendespule zu einer Energie- Empfangsantenne bzw. Sendespule zu übertragen. Das Grundprinzip der WREL Technologie beruht auf dem Phänomen der Resonanz: Ein WREL Empfänger kann mit einer Drahtspule aus einem Magnetfeld Energie aufnehmen, wenn sie von einem Sender über eine Drahtspule mit der entsprechenden Frequenz ausgestrahlt wird. Hierbei bestimmt der WREL

Empfänger durch seine Ausgestaltung exakt die gewünschte Stromstärke und Spannung. Mittels einer induktive Ankopplung zweier Resonanz- Schwingkreise aus einer Antennenkapazität und einer Koppelspule über ein gemeinsames Magnetfeld kann sehr effizient Energie übertragen werden. Hierzu müssen die Resonanzfrequenzen der Resonanz-Schwingkreise der Sendeantennen und der Empfangsantennen aufeinander abgestimmt sein. Die Resonanzfrequenzen der Resonanz-Schwingkreise liegen im Mega- Hertz-Bereich um möglichst wenig Energie in die Umgebung abzustrahlen oder diese Umgebung zu beeinflussen. Weiterhin strahlt die WREL

Sendeantenne stets nur so viel Energie aus, wie von der Empfangsantenne angefordert wird. Innerhalb des Ansprechbereichs der Sendeantenne kann die Position der Empfangsantenne geändert werden, ohne dass die Güte der Energieübertragung hierdurch leidet. Eine ähnliche Technik der

Energieübertragung ist beispielsweise in der Veröffentlichung„Witricity- Drahtlose Energieübertragung"; Rico Zanchetti & Luca Costa; HTW Chur, Schweiz, gezeigt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts sieht vor, dass es sich bei der ersten Komponente um einen gemäß einer ersten Zündschutzart ausgestalteten Elektronik-Anschlussraum handelt und dass es sich bei der zweiten Komponente um ein gemäß einer zweiten Zündschutzart ausgestaltetes Sensormodul bzw. Aktormodul handelt. Hierbei sind das Sensormodul bzw. das Aktormodul von dem Elektronik-Anschlussraum über ein dielektrisches Distanzstück beabstandet. Dieses Distanzstück dient auch der thermischen Entkopplung von Elektronik-Anschlussraum und Sensor- bzw. Aktormodul. Das Sensormodul bzw. das Aktormodul weist einen Sensor oder einen Aktor auf. Die Energie-Sendeantenne ist dem Elektronik- Anschlussraum zugeordnet, während die Energie-Empfangsantenne dem Sensormodul zugeordnet ist. Die Energie-Sendeantenne versorgt das

Sensormodul bzw. das Aktormodul drahtlos mit Energie. Beispiele für

Sensoren und Aktoren sind in der Beschreibungseinleitung bereits

hinreichend beschrieben, so dass an dieser Stelle auf eine Wiederholung verzichtet wird. Aufgrund der beiden getrennten Gehäusekammern kann eine komplette klimatische Entkopplung sichergestellt werden. Alternativ kann es sich bei der zweiten Komponente um ein Mainboard, also eine Hauptplatine, handeln, die auf die Anschluss-Leiterplatte folgt. Weiterhin kann das Prinzip und der Vorteil der drahtlosen Energieübertragung auch zwischen allen Leiterplatten einer komplexen Gesamtelektronik angewandt werden. Selbstverständlich kann es sich bei dem dielektrischen Material auch um Luft handeln.

Eine weitere Ausgestaltung betrifft den Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung bei Produkten der E+H Gruppe, die die Memosens-Technologie verwenden. Zwecks Energieversorgung ist hier z.B. eine Sendeantenne dem Sensorkabel zugeordnet, während die Empfangsantenne im Sensorkopf angeordnet ist. Bei einer in der Automatisierungstechnik üblichen Ausgestaltung eines Feldgeräts ist der Elektronik-Anschlussraum druckfest, insbesondere Ex-d, ausgestaltet, während das Sensormodul eigensicher, insbesondere Ex-i, ausgebildet ist. Um die Ex-i Sicherheit zu garantieren, sind üblicherweise ExBarrieren vorgesehen, die die Leistungszufuhr von dem Anschlussraum her zum Sensor- bzw. Aktormodul so einschränken, dass im Fehlerfall keine Funkenbildung auftritt, die zu einer Explosion im Außenraum führen könnte. Somit ist die Leistungszufuhr begrenzt, was sich üblicherweise in einer geringeren Messrate des Feldgeräts widerspiegelt. Da weiterhin die

Leistungszufuhr über Leitungen erfolgt, unterliegen diese den bereits beschriebenen leitungsgebundenen EMV-Störungen. Durch die

erfindungsgemäße drahtlose Energieübertragung werden diese Nachteile beseitigt. Zudem wird stets nur die von der zweiten Komponente, sprich dem Sensor- oder Aktormodul benötigte Leistung übertragen. Es genügt somit, das Sensormodul bzw. das Aktormodul so auszulegen, dass dieses nur die im explosionsgefährdeten Bereich maximal zulässige Leistung von der Energie- Sendeantenne abzieht. Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts schlägt vor, dass zusätzlich auch die Kommunikation zwischen dem Elektronik- Anschlussraum und dem Sensormodul galvanisch getrennt erfolgt, z.B. über Funk oder über eine Fiber Optik. Dies ist, da bei reiner Daten-Kommunikation quasi keine Energie übertragen wird, bereits heute möglich und üblich.

Als besonders geeignet erweist es sich, wenn es sich bei dem Feldgerät um ein Radarmessgerät zur Bestimmung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter handelt. Hier ist im Elektronik- Anschlussraum eine Sensorelektronik zur Bearbeitung/Auswertung der von dem Sensorelement gelieferten

Messdaten angeordnet. Im Sensormodul selbst befindet sich ein

Hochfrequenz-Modul, das hochfrequente Messsignale, insbesondere Mikrowellen, erzeugt. Die hochfrequenten Messsignale sind im GHz Bereich angesiedelt. Entsprechende Füllstandsmessgeräte werden von der

Anmelderin in unterschiedlichen Ausgestaltungen angeboten und vertrieben. Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts sieht vor, dass mehrere zweite Komponenten vorgesehen sind, die gleichzeitig oder in Serie über die Energie-Sendeantenne mit Energie versorgt werden. Hierbei kommt folgende Funktionsweise zum Tragen: Bei der drahtlosen Energieübertragung handelt es sich um zwei oder um mehrere gekoppelte Resonanzspulen. Eine der Spulen ist die Energiequelle bzw. der Energiesender, während die andere Spule bzw. die anderen Spulen die Energiesenke / die Energiesenken bzw. den Energieempfänger / die Energieempfänger ist / sind. Die Sendespule wird bevorzugt mit einer hochfrequenten Wechselspannung in der Größenordnung von 10 MHz gespeist. Empfängerspulen, die sich in einer geeigneten Distanz zu der Sendespule befinden und die die passende Resonanzfrequenz haben, können Energie aus der Sendespule empfangen. Hierbei wird stets nur soviel Energie übertragen, wie von der Empfängerspule aktuell benötigt wird.

Hingegen wird an Empfängerspulen, deren Resonanzfrequenz nicht zur Sendefrequenz der Sendespule passt, keine Energie übertragen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts sieht vor, dass dem Feldgerät eine übergeordnete Steuereinheit zugeordnet ist und dass die Kommunikation zwischen dem Feldgerät und der übergeordneten Steuereinheit über zumindest eine dem jeweiligen explosionsgefährdeten Bereich angepasste Verbindungsleitung drahtgebunden erfolgt. Alternativ kann die Datenübertragung auch induktiv, kapazitiv, optisch oder drahtlos erfolgen. Bei der übergeordneten Steuereinheit handelt es sich um eine SPS, eine speicherprogrammierbare Steuerung, oder eine PCS, ein Prozess- leitsystem. Entsprechende Beispiele sind in der Beschreibungseinleitung bereits genannt. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgung von der

Steuereinheit her gleichfalls drahtlos erfolgt. Hierzu muss in der ersten Komponente neben der Energie-Sendeantenne auch eine Energie- Empfangsantenne vorgesehen sein. Eine entsprechende Lösung ist in der am gleichen Tag mit der vorliegenden Anmeldung beim Deutschen Patentamt unter dem Titel " System mit zumindest einer Energie-Sendeantenne und zumindest einem Feldgerät" hinterlegten Patentanmeldung beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser parallelen Patentanmeldung wird hiermit ausdrücklich dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung zugerechnet, da beide auch in Kombination arbeiten können.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgeräts ist diesem ein Energiespeicher zugeordnet, der in der Lage ist, die von der Energie-Empfangsantenne empfangene Energie zu speichern. Dies hat den Vorteil, dass selbst im Falle einer kurzfristigen Störung der Energieübertragung die korrekte Funktion des Feldgeräts garantiert ist.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur Fig. 1 näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein als Füllstandsmessgerät ausgestaltetes Feldgerät 1 . Das

Füllstandsmessgerät bestimmt den Füllstand eines Füllguts in einem Behälter über ein Laufzeitverfahren. Entsprechende Füllstandsmessgeräte sind hinlänglich in unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt geworden. Generell dient das erfindungsgemäße Feldgerät 1 jedoch - wie bereits in der Beschreibungseinleitung dargelegt - zur Bestimmung und/oder Überwachung irgendeiner chemischen oder physikalischen Prozessgröße in der

Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungs- technik. Der bevorzugte Einsatzbereich des Feldgeräts 1 ist der explosionsgefährdete Bereich. Das Feldgerät 1 weist als erste Komponente 2 einen Elektronik- Anschlussraum und als zweite Komponente 3 ein Sensormodul auf. Der Elektronik- Anschlussraum 2 enthält die Sensorelektronik 10 zur Bearbeitung und Auswertung der von dem Sensor gelieferten Messdaten. In dem

Sensormodul 3 befindet sich ein HF-Modul 1 1 , das zur Erzeugung von hochfrequenten Messsignalen dient. In dem Elektronik-Anschlussraum 2 ist weiterhin eine Energie-Sendeantenne 4 angeordnet. Die Energie- Sendeantenne 4 ist so ausgestaltet und/oder angeordnet, dass sie die zweite Komponente 3 kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitintervallen mit Energie versorgt.

Dem Sensormodul 3 ist hierzu eine Energie-Empfangsantenne 5 zugeordnet. Zwischen den beiden Komponenten 2, 3 ist ein vorgegebener Distanzbereich 6 vorgesehen, der die erste Komponente 2 und die zweite Komponente 3 voneinander absetzt. Dieser Distanzbereich 6 ist zumindest teilweise mit einem dielektrischen Medium ausgefüllt. Bevorzugt handelt es sich bei dem dielektrischen Material um einen Kunststoff, Glas oder Keramik. Allerdings kann es sich bei dem dielektrischen Material auch einfach um Luft handeln. Zweck des Distanzbereichs 6 bzw. des Distanzstücks 6 ist es, die beiden Komponenten 2, 3 thermisch voneinander zu entkoppeln. Eine typische Entfernung zwischen dem Elektronik-Anschlussraum 2 und dem Sensormodul beträgt bei Füllstandsmessgeräten übrigens 5 mm bis 20cm.

In einer be vorzugten Ausgestaltung ist der Elektronik-Anschlussraum 2 druckfest, insbesondere Ex-d, ausgestaltet, während das Sensormodul 3 eigensicher, insbesondere Ex-i, ausgebildet ist.

Die Kommunikation zwischen dem Elektronik-Anschlussraum 2 und dem Sensormodul 3 erfolgt entweder über Funk oder über eine Fiber Optik 9.

Prinzipiell ist es jedoch auch eine kapazitive, optische oder induktive

Datenübertragung möglich. Es versteht sich von selbst, dass eine Energie-Sendeantenne auch mehrere unterschiedliche zweite Komponenten 3 - auch diejenigen anderer in der Nachbarschaft angeordneter Feldgeräte mit Energie versorgen kann. Üblicherweise stehen die Feldgeräte über ein Bussystem in Verbindung mit einer übergeordneten Steuereinheit 7. In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße System also nicht auf ein Feldgerät 1 und eine übergeordnete Steuereinheit 7 beschränkt, sondern üblicherweise sind mit der Steuereinheit 7 eine Vielzahl von gleichen oder unterschiedlichen Feldgeräten 1 verbunden, die zur Steuerung einer Prozessanlage dienen. Die Kommunikation zwischen dem zumindest einen Feldgerät 1 und der übergeordneten Steuereinheit 7 erfolgt über zumindest eine dem jeweiligen explosionsgefährdeten Bereich angepasste Verbindungsleitung 8 drahtgebunden. Bekannte Busprotokolle sind in der Beschreibungseinleitung bekannt.

Beispielsweise handelt es sich bei der Verbindung um eine erhöhten

Sicherheitsanforderungen angepasste Verrohrung. Selbstverständlich kann die Kommunikation aber auch drahtlos erfolgen. Ebenso ist es möglich, die Energie über die zuvor beschriebene z.B. WREL Technologie von der übergeordneten Steuereinheit 7 zu den Feldgeräten 1 zu übertragen. Ein entsprechendes System ist in der zur vorliegenden Patentanmeldungen parallelen Deutschen Patentanmeldung mit gleichem Anmeldetag

beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser parallelen Patentanmeldung ist der vorliegenden Patentanmeldung zuzurechnen.

Um sicherzustellen, dass das Feldgerät auch bei einem kurzfristigen Ausfall der Leistungsübertragung noch betriebsbereit ist, ist ein Energiespeicher 12 vorgesehen, der die von der Energie-Empfangsantenne 4 empfangene Energie in dem Sensormodul 3 speichert und bei Bedarf diesem zur

Verfügung stellt. Bezugszeichenliste

Feldgerät

Anschlussraum / erste Komponente

Sensormodul/Aktormodul / zweite Komponente

Energie-Sendeantenne

Energie-Empfangsantenne

Distanzbereich / Distanzstück

übergeordnete Steuereinheit

Verbindungsleitung

Leitung

Sensorelektronik

HF-Modul

Energiespeicher