CN1275353C - 用于电子设备的模块，特别是现场总线模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于电子设备的模块，特别是现场总线模块(3)，具有以下模块组：a)一个安装在底座(例如机器或类似设备)上的基础模块单元(100)；b)可安装在该基础模块单元上的连接单元(200)；c)一个可安装在该连接单元上的输入/输出模块(300)，d)其中基础模块单元(100)宽于连接单元，并且总线外壳(101)的一个侧棱具有一个突起(114)，而总线外壳(101)上与上述侧棱相对的侧棱上具有一个相应成形的承载凹坑(115)，它们相互吻合，当多个相互连接的总线外壳(101)插接组装时实现密封，e)其中基础模块单元(100)具有一个以基础板为形式的总线外壳(101)，总线触点(102)和一个用于遮盖总线外壳(101)上的总线触点(102)的总线罩(103)，它们全部由密封灌注材料遮盖，以防止湿气侵入到触点区域。

Description

用于电子设备的模块， 特别是现场总线模块
技术领域
本发明涉及一种用于电子设备的模块，特别是现场总线模块。
背景技术
在DE37 40 290中已经公开一种总线插座模块的设置，它们相互串接在一个支撑板上，具有一个分级的结构。在该模块上罩着外壳，外壳上可以安装一个电子部件或用于连接致动器、传感器和类似设备的外部连接器。
在WO 00/62376中公开了一种带有一个连接单元和一个可安装在连接单元上的输入/输出模块的现场总线模块，该输入/输出模块带有可插接式电子设备和一个电子设备外壳，出于安装目的，该现场总线模块也使用一个支撑板。
但是也存在以下的需求，即这里所述的电子设备或现场总线模块以及用于通路或供电设备的相应模块以这样的方式被构建，使得他们以及与他们组装在一起的设备所构成一个设备站特别具有防止湿气侵入的能力。特别是应当符合标准EP67规定的防止水的侵入的要求。
发明内容
本发明的任务是完成一个符合该要求的模块。
本发明的任务这样来实现：
此模块具有下列模块组件：
—用于安装在一个诸如机器或类似设备的底座上的基础模块单元；
—一个可安装在基础模块单元上的连接单元；
—一个可安装在连接单元上的输入/输出模块；
—其中基础模块单元比连接模块宽，并且基础模块单元具有一个以基础板为形式的总线外壳，在总线外壳的一个侧棱上具有一个突起，而在总线外壳上与上述侧棱相对的另一侧棱上具有一个相应成形的承载凹坑，所述承载凹坑与所述突起相互吻合，并当多个总线外壳相互插接组装时形成密封，
—其中基本模块单元还具有总线触点和一个用于在总线外壳处遮盖总线触点的总线罩，所述总线罩完全由密封的灌注材料所密封，以避免触点区域被湿气侵入。
本发明特别的优点在于，使用基础模块单元可以在机器上建立一个稳定的设备基础，其中每个基础模块单元可以自身或相互之间进行密封，在基础模块单元之间的连接处不存在水可侵入的侵蚀点。本方式可实现保护级别IP67。
最好至少一列接触孔被一个槽包围着，在槽中可放置一个密封垫，用于对相邻的一个总线外壳进行密封，槽的密封垫中啮合通过一个与相邻总线外壳相匹配的轮廓外形。通过该方法可明显提高密封效果。
在另一种具有优点的变形方案中，一个由灌注材料灌注的密封架将连接单元具有优点地向下固定至基础连接单元中，多个接触销穿过此密封架。该密封架使得可以简单的结构方式实现连接单元的防水密封设计，而且简化了其用密封灌注材料的灌注。
本发明的其他具有优点的实施例在另外的从属权利要求中提到。
附图说明
以下结合附图详细说明本发明，附图中：
图1a-f在安装或装配一个电气设备时的相互衔接的安装步骤
图2现场总线模块的分离图
图3a，b一个基础模块单元和一个连接单元的装配
图4a-j现场总线模块部件的各个生产和安装步骤
具体实施方式
图1为一个电气设备1在安装和装配时相互衔接的步骤，图1所示的该电气设备1由相互串接的片状现场总线模块3构成，该现场总线模块3串联在通路5上，该通路5连接有一个置于其上的控制装置，该现场总线模块3还串联一个供电模块7，例如供电电压+，-，PE-。
模块化现场总线I/O系统(A-L)的每个现场模块3包括三个完整的模块子组件，如图3所示。
a)一个底板-也称为基础模块单元100-带有单元101，102，103；
b)终端基础-也称为连接单元200-带有单元201，202，203，204，205，206；以及
c)I/O模块-也称为输入/输出模块300-带有单元301，302，303。
但通路5和供电单元7各自只具有一个基本模块单元100’和一个连接单元200’，其中后者例如用于至置于其上的控制装置的导线和/或站或设备的馈电导线的连接。
基础模块单元100在其各侧面具有一种分级结构，通过该结构可实现可靠的相互连接。通路和供电模块的基础模块单元100’各自具有一大于现场总线模块单元3的基础模块100的基面，该基面在连接区域内与现场总线模块基础模块单元100相配合，并从而与其相互连接。
通过该基本结构可以实现现场总线模块1的各种变形方案，例如可根据它们与外部的电气设备例如致动器和传感器等进行连接的连接器204，204’，204”的数量和方式的不同-如M12插头，M24插头或类似器件-来区分方案。终端基础200也根据单元情况具有不同的结构。
首先将基础模块单元100’和100相互连接(图1a)。随后安装通路和供电模块的连接单元200’(图1a，b)，然后依次完成现场总线模块的安装，其中首先安装连接单元200，再安装输入/输出模块300。
在不同配置的基础模块单元100上可进一步安装通路5，供电模块7和类似设备。
也具有多个不同的现场总线I/O模块。这些现场总线I/O系统符合标准IP67(DIN 40050，IEC529)。
图2中所示的输入/输出模块300具有一个罩301(模块I/O罩)，一个电子设备(电路板)302(模块I/O PCB)和一个用于承载电子电路板的基础单元303(模块I/O基础)。
连接单元200包括一个俯视图为矩形的连接外壳201，该外壳中装有连接电路板202，在电路板上配置有一个用于与电子设备电路板302连接的插接连接器203，和用于连接例如致动器或传感器等外部设备的连接插头204。在连接电路板302上的与插接连接器203相对的一侧设有接触销205，该接触销在安装位置处向下插入基本基础模块单元100。密封架206实现连接单元向下与基础模块单元100的密封连接。
基础模块单元100的主要单元包括一个总线外壳，它是一个在俯视图中基本上呈矩形的，带有倒角的矩形基础板101(称为底板)，还包括外壳101中的总线触点102和一个用于遮盖总线外壳101上或者外壳101内的总线触点102的总线罩103。总线外壳宽于连接外壳201，但是这里只有大约一半的长度。
总线外壳102以螺钉安装在机器上，安装时机器表面上的微小不平度需要找平，并从而为连接单元200的密封提供一个清洁的平面。
基础单元模块100按如下制造：
如图4a所示在总线外壳101上装配总线触点102，它具有汇流条104和与之相垂直并向上竖立的接触头或接触弹簧105。
总线触点102安装在总线外壳101的一个承载凹坑106中，接触头105置于承载凹坑106内部的套槽107中，并一直推入到总线触点102的承载平面108处。
总线触点102的接触弹簧105用于与连接单元200的接触销205的接触。
现在按图4b将总线罩103(盖板)按压在总线触点102上，总线罩103的下侧面上的销(图中看不到)穿入到总线外壳101上相应的孔109中并固定卡紧。
总线罩103的作用是保护总线触点102并避免灌注材料流入到触点区域中。
图4c中承载凹坑106中总线罩103周围的填充区域110以密封的灌注材料进行灌注填充，以防止水侵入到触点区域内(图中未画出)。
总线罩103位于总线外壳101的下侧，例如可设置在机器上。
在总线外壳101的另一侧，根据图4d打三排相互平行定向的接触孔111，112，113。
在接触孔112，113的下方是总线触点102的弹簧触点105。
接触孔111至113用于与连接单元200的两排接触销205的嵌合。总线触点102可以保证一个内部总线导体实现从总线外壳101至总线外壳10的继续连接或从用模块至模块的继续连接。
总线外壳101这样设计，使得每个总线外壳101可以逐级与相邻连接的总线外壳101相互啮合(见图4e和图4f)。
为此在每个总线外壳的一个侧棱上具有一个突起114，在与之相对的另一个侧棱上具有一个相应的承载凹坑115，它们相互吻合，当多个相邻连接的总线外壳101组装时可实现密封插接。在突起114上围绕接触孔113具有一个槽116，它用于承载密封垫(泡沫密封垫)。在突起114上还具有一个带有接触孔113的突台121，它可与一个位于承载凹坑中的凹陷122相互啮合(比较图4b和图4d)。
在两个相邻的总线外壳101相互啮合，接触孔113与罩面区域中的接触孔111对准配合。
其中突起114伸入罩面的承载凹坑115中。单个的总线外壳连同连接单元200在底座上的孔117和/或118和/或119处以螺钉固定(此处未画出)，其中孔117和孔119位于突起114和承载凹坑115的范围内，当总线外壳101相互连接好后彼此对准。各个总线外壳101在相互连接好后只能从上部取下。此外只能取下一列中最后的一个总线外壳101。
在外形轮廓或槽116的泡沫密封材料中压入一个对应的轮廓120，见图4b，以保证相互连接的总线外壳101之间的可靠密封。
上表面上的外形轮廓124的作用是保证连接单元在基础模块单元100上的可靠密封。
总线触点102仅位于孔的下方，这些孔的标号为112和113，只有在安装连接单元时总线才安装完全。
以下结合图4g和图4h详细介绍连接单元200在基础模块单元上的安装。
连接单元的连接外壳201在其对着总线外壳101的一侧带有一个承载凹坑207，该承载凹坑的几何形状与总线外壳101的几何形状相符合，用于承载总线外壳。在承载凹坑207中伸出接触销205。当把连接单元200安装在总线外壳上时，承载凹坑207上突出的探测销208伸入到总线外壳101上为其预留的凹槽形外形轮廓123中，以此保证相互平行的两列接触销205能够准确的伸入到为其设置的接触孔111，112中，并且使连接外壳200固定卡紧在总线外壳101上。
仅仅通过总线外壳101自身尚不能实现总线的扩展连接，只能与安装在其上的连接外壳201一起方可实现。
然后还需要插装基本单元303，电路板302，罩301，见图3a。其中用两个螺钉穿过罩301和连接外壳201上的定位孔304，209，分别在孔118上将输入/输出单元300和连接单元200与总线外壳101螺钉连接固定，并保证了密封所需的压力，使得模块作为一个单元是防水密封的。
连接单元200或连接外壳201根据图4g和图4h完成。在它的空的区域或它的底面同样以灌注材料填充(此处无法看到)。
此外放置连接插头204(现场连接器)的区域201也被完全灌注填充，灌注应达到连接电路板202上的孔211处。
在连接电路板202下方设有一个阻隔壁，以使得电子设备印刷电路板302的插接连接器203的区域内不会流入灌注材料。
密封架206保证了连接单元200与总线外壳101之间的密封。密封架206为带有倒角的基本呈矩形的外形轮廓并与承载凹坑207相啮合。
在槽212中也设有一个泡沫垫。整个密封架206在承载凹坑207中压入连接外壳，其中密封架上的销213伸入到总线外壳201上的孔214中并卡紧。
此外，在密封架对着销213的区域，使用两个螺钉通过孔215将密封架206固定在连接基础上，并在连接电路板202上提供所需的压力，以保证灌注材料不会流入到连接插头204的触点范围内。
接触销205通过密封架206上的孔215并应保证很好的通过性。
现在可从下部对连接外壳进行灌注，其中在密封架206内部只灌注到孔215的水平面216处。
密封架206在其下侧还带有小的支柱217，以保证它在承载凹坑207中以灌注材料从下部完整地被密封。
整个的连接电路板202以灌注材料进行密封，接触销205的区域使用密封架206的泡沫垫进行密封。
电子设备外壳302上同样设有泡沫垫，以保证与连接基础的密封。
综上所述，现场总线模块3的安装如下：
1.基础模块单元100以螺钉(通过孔117，119)安装在一个底座上，例如一个机器上，包括终端块或者总线扩展连接。不存在可能被损坏的暴露的密封结构。后面单元的安装也可在以后的日子里再进行。
2.将连接单元200安装在基本模块单元100上，其中探测销头208伸入到基本模块单元100中，以保证连接单元200在基本模块单元100上落座并卡紧。
3.插装输入/输出单元300并分别以两个螺钉穿过连接单元200在孔118中固定在基本模块单元100上。从而，所有的密封件固定地压紧在相对物件上，以防止水的侵入。
附图标记：
电子设备1
现场总线模块3
通路5
供电模块7
基础模块单元100
总线外壳101
总线触点102
总线罩103
汇流条104
接触弹簧105
承载凹坑106
套107
承载平面108
孔109
填充区域110
接触孔111，112，113
突起114
承载凹坑115
槽116
孔117，118，119
突台121
凹陷122
外形轮廓123
外形轮廓124
连接单元200
连接外壳201
连接—电路板202
插接连接器203
连接器204，204’，204”
接触销205
密封架206
承载凹坑207
探测销208
孔209
区域210
孔211
槽212
销213
孔214
孔215
水平面216
支柱217
输入/输出模块300
罩301(模块I/O罩)
电子设备(电路板)302(模块I/O PCB)
基础单元303(模块I/O基础)
孔304

Claims (22)

1.用于电子设备的模块，它具有以下模块组件：
a)一个安装在底座上的基础模块单元(100)；
b)可安装在该基础模块单元上的连接单元(200)；
c)一个可安装在该连接单元上的输入/输出模块(300)，
其中基础模块单元(100)宽于连接单元，并且基础模块单元(100)具有一个以基础板为形式的总线外壳(101)，总线外壳(101)的一个侧棱具有一个突起(114)，而总线外壳(101)上与上述侧棱相对的另一侧棱上具有一个相应成形的承载凹坑(115)，所述承载凹坑与所述突起相互吻合，当多个相互连接的总线外壳(101)插接组装时实现密封，
所述基础模块单元(100)还具有总线触点(102)和一个用于在总线外壳(101)处遮盖总线触点(102)的总线罩(103)，所述总线罩完全由密封灌注材料所密封，以防止湿气侵入到触点区域。
2.如权利要求1所述的模块，其特征在于，该用于电子设备的模块是现场总线模块。
3.如权利要求1所述的模块，其特征在于，连接单元(200)具有一个连接外壳(201)，它承载一个连接电路板(202)，该电路板上设有与电子设备电路板(302)相连接的插接连接器(203)和用于连接外部设备的连接插头(204)。
4.如权利要求1、2或3所述的模块，其特征在于，输入/输出模块(300)带有一个罩(301)，一个电子设备电路板(302)和一个用于承载电路板(302)的基础单元(303)。
5.如权利要求1所述的模块，其特征在于，各总线外壳(101)在相互连接好之后只能从上部取下并且在一列中只能取下最后一个总线外壳(101)。
6.如权利要求1所述的模块，其特征在于，在突起(114)上带有一个具有一列接触孔(113)的突台(121)，所述突台与在承载凹坑中形成的相应凹陷(122)吻合。
7.如权利要求6所述的模块，其特征在于，当两个相邻的总线外壳(101)连接好后，接触孔(113)与被遮盖一侧的区域中的接触孔(111)对准。
8.如权利要求3所述的模块，其特征在于，在对着插接连接器(203)的一侧，连接电路板(202)具有两列接触销(205)，它们在安装位置向下向基础模块单元(100)的方向伸出。
9.如权利要求1所述的模块，其特征在于，总线触点(102)具有一个与向上竖立的接触弹簧(105)相垂直的汇流条(104)。
10.如权利要求1所述的模块，其特征在于，总线触点(102)位于总线外壳(101)上的承载凹坑(106)中，其中接触弹簧(105)位于承载凹坑(106)的套(107)中并一直插入到总线触点(102)上的承载平面(108)处。
11.如权利要求1所述的模块，其特征在于，在总线罩(103)上具有销，它们可卡紧在总线外壳上的孔(109)中，并且总线罩(103)位于总线外壳(101)的底侧上，而总线外壳(101)的上面侧上具有三列相互平行的触点(111，112，113)。
12.如权利要求11所述的模块，其特征在于，在两列带有触点(112，113)的接触孔的下方具有总线触点(102)的弹簧触点(105)。
13.如权利要求1所述的模块，其特征在于，一列接触孔(111，112，113)被一个槽(116)围着，在槽中有一个密封履带用于与相邻的总线外壳(101)的密封，其中槽(116)内的密封履带具有一个与相邻的总线外壳(101)相反的外形轮廓(120)。
14.如权利要求8所述的模块，其特征在于，一个以灌注材料灌注的密封架(206)穿过所述接触销(205)将连接单元(200)密封地向下连接到基础模块单元上。
15.如权利要求14所述的模块，其特征在于，连接单元(200)的连接外壳(201)在其面向总线外壳(101)的一侧设有一个承载凹坑(207)，该承载凹坑(207)的几何形状与总线外壳(101)相符合，用于承载总线外壳，其中接触销(205)和探测销(208)伸入所述连接单元的承载凹坑(207)中，用于与总线外壳(101)上预留的凹槽状外形轮廓(123)相啮合。
16.如权利要求1所述的模块，其特征在于，连接单元(200)在其空的区域内以灌注材料进行灌注。
17.如权利要求15所述的模块，其特征在于，密封架(206)具有一个基本上为矩形的外形轮廓，与所述连接单元上的承载凹坑(207)相匹配并具有一个槽(212)，槽可具有一个泡沫垫。
18.如权利要求14所述的模块，其特征在于，密封架上的销(213)伸入到连接外壳(201)上的孔(214)中并卡紧。
19.如权利要求15所述的模块，其特征在于，接触销(205)穿过密封架(206)上的孔(215)，其中连接外壳以灌注材料进行灌注，灌注直至密封架(206)上孔(215)的水平高度(216)上，其中密封架(206)在底面上具有支柱(217)，使得它可以在承载凹坑(207)中从下部用灌注材料完全密封。
20.如权利要求1所述的模块，其特征在于，基础模块单元用螺钉固定在一个底座上，在此基础模块单元(100)上安装连接单元，并且输入/输出单元(300)通过连接单元(200)用螺钉固定在基础模块单元(100)上。
21.如权利要求20所述的模块，其特征在于，所述连接单元通过卡式安装方式安装在基础模块单元上。
22.如权利要求1所述的模块，其特征在于，在基础模块单元、连接单元(200)和输入/输出单元(300)之间分别设有密封垫。
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