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Die Erfindung betrifft eine Verbindungstechnik für elektrische oder elektronische Komponenten vorzugsweise in Gehäusen wie Schaltschränken.
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Stand der Technik
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Es ist bekannt, elektrische oder elektronische Komponenten auf Tragschienen, wie sie beispielsweise in der DIN EN 60715 festgelegt sind, zu montieren. Solche Tragschienen, auch Hutschienen genannt, sind meist so in passenden Gehäusen befestigt, dass mehrere Reihen bestückt mit Komponenten darin Platz finden. Typische Anwendungsbereiche sind Schaltschränke oder Haus- bzw. Unterverteilungen.
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Die elektrischen oder elektronischen Komponenten werden untereinander mittels isolierten Leitern verbunden. Diese verlaufen im Bauraum zwischen den mit Abstand zum Gehäuseboden befestigten Tragschienen und dem Gehäuseboden selbst. Ebenfalls werden zu- und abgehenden Leitungen in das Gehäuse geführt und so der Isolationsmantel entfernt, dass die einzelnen Leiter zu den Komponenten geführt werden können.
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Die einzelnen Leiter werden am Ende abisoliert und mit den Komponenten durch eine Klemm- oder Schraubverbindung leitend verbunden.
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Probleme beim Stand der Technik
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Dabei ist es allerdings oft nötig, eine große Anzahl von Leitern zu den Komponenten zu führen. Aufgrund des begrenzten Bauraums für die Leitungsverteilung wird es bei der Montage zunehmend schwieriger, einzelne Leitungen bis zur gewünschten Komponenten zu führen. Oft ist ein mühevolles Durchfädeln notwendig.
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Beim Durchführen von weiteren Leitern besteht die Gefahr, dass Kräfte auf bestehende Verbindungen ausgeübt werden, die zu einem dauerhaften Kontaktabbruch oder zu einer zeitweisen Unterbrechung (Wackelkontakt) führen können.
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Die Fehlersuche wird mit zunehmender Anzahl von Verbindungsleitungen schwieriger. Ein Nachverfolgen des Verlaufs einzelner Leitungen ist bei einer großen Anzahl von Leitungen, die zudem hinter Reihen von Komponenten verlaufen, optisch kaum oder gar nicht machbar. Ein Bewegen in Form von Ziehen und Drücken des betreffenden Leiters ist ein übliches Vorgehen, um den Verlauf eines Leiters nachzuvollziehen. Dies ist nicht nur aufwändig, sondern birgt die Gefahr Fehlerquellen in Form von Kontaktabbrüchen oder Wackelkontakten zu verursachen.
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Die korrekte Zuordnung und Herstellung von Leitungsverbindungen ist bei einer größeren Anzahl von Leitungen ein komplexer und eine hohe Konzentration erfordernde Tätigkeit. Bei einer längeren Ausübung dieser Tätigkeit besteht die Gefahr, dass fehlerhafte Zuordnungen vorkommen. Aufgrund des mühevollen Herstellens der einzelnen Verbindungen ist der Montagevorgang zeitaufwendig und aufgrund des einzusetzenden Fachpersonals teuer.
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Nach erfolgtem Verlegen und Verklemmen der Leitungen besteht keine Dokumentation des erreichten Ist-Zustandes, vielmehr kann nur aufgrund des Funktionierens der Schaltungen auf eine mögliche Übereinstimmung mit einer vorher erfolgten Planung geschlossen werden. Sollten im Verlauf der Montage Abweichungen erfolgen, so ist die Planungsunterlage anzupassen. Erfolgt dies nicht, so existiert keine korrekte Dokumentation.
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Aufgrund des Platzmangels werden i. d. R. Leiter so gekürzt, dass sie gut mit der gewünschten Komponente verbunden werden können. Im Falle einer Änderung, die ein Verbinden mit einer weiter entfernten Komponenten erfordert, muss der Leiter verlängert werden, was aufwändig ist, zusätzlich Platz beansprucht und eine mögliche Fehlerquelle darstellen kann.
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Aufgaben der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist die effizientere Realisierung von Installationen durch kürzere Installationszeiten, Fehlervermeidung und schnelleres Auffinden möglicher Fehler. Die Montage wird vereinfacht. Weiteres Ziel ist die Vereinfachung der Dokumentation auch von bestehenden Installation und die Möglichkeit zur automatischen, rechnergestützten Generierung von Verdrahtungs- und Anschlussschemata auf Basis realisierter Installationen (ähnlich zum ”Round-Trip-Engineering” in der Softwaretechnik).
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Die Erfindung bewirkt eine hohe Fehlervermeidung und eine einfachere Fehlersuche, wodurch eine Zeit- und Kostenersparnis erreicht wird.
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Die Erleichterung der Umsetzung von Verdrahtungs- und Anschlussschemata bei der Montage ist weiterhin Aufgabe der Erfindung. Über die bestehenden Vorgehensweise des Lesens der Schemata durch den Monteur und anschließender Umsetzung hinaus ist es Ziel, diesen Vorgang aktiv durch automatische Hilfestellungen zu unterstützen.
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Durch eine rechnergestützte Hilfe bei der Umsetzung von Verdrahtungs- und Anschlussschemata wird die Installation erleichtert und eine effiziente Möglichkeit zur Fehlersuche in bestehenden Verdrahtungs- und Anschlussschemata erreicht.
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Insgesamt stellt sich die Erfindung die effizientere Realisierung von Installationen durch kürzere Installationszeiten, Fehlervermeidung und schnelleres Auffinden möglicher Fehler sowie eine hohe Kosteneffizienz durch standardisierte und wiederverwendbare Kontaktierungselemente als Aufgabe.
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Lösung
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Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
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Die Herstellung von Verbindungen zwischen Komponenten oder zwischen Komponenten und Zu- bzw. Ableitungen erfolgt über Verteilungselemente vorzugsweise in Form von Verteilungsschienen, die einen oder mehrere Leiter beinhalten.
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Kontakte zu oder zwischen diesen Leitern werden durch Verbindungselemente geschaffen, die sowohl montierbar als auch demontierbar sind. Durch ein Unterscheidungsmerkmale wie Farbe oder Codierungen können Verbindungselemente für unterschiedliche Verbindungsarten unterschieden werden. Vorteilhafterweise sind die Unterscheidungsmerkmale so angebracht (beispielsweise am Kopf der Verbindungselemente), dass ein Erkennen des Typs auch im eingebauten Zustand erfolgen kann. Bei Verwendung maschinenlesbarer Codierungen ist die Nutzung automatischer Identifikationstechniken möglich.
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Vorteilhafte automatische Identifikationstechniken sind Scanner für optische Codes wie beispielsweise QR-Codes oder Datamatrix-Codes. Hierdurch können Verbindungselemente im eingebauten Zustand identifiziert und auf die Verbindungsart zurückgeschlossen werden. Somit lassen sich Verbindungsschemata aus umgesetzten Installationen als Dokumentation generieren oder die Daten können zur automatisierbaren Fehlersuche verwendet werden.
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Verbindungselemente dienen weiterhin dazu, die leitende Verbindung zwischen Anschlüssen von elektrischen und elektronischen Komponenten und Leitern in den Verteilungsschienen herzustellen. Der Aufbau von Verbindungen von Kontakten von Komponenten untereinander ist ebenfalls möglich.
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Komponenten mit herkömmlichen Schraub- oder Klemmverbindungen werden an Adapterschienen angeklemmt. Adapterschienen können dann mittels Verbindungselementen mit Verteilungsschienen verbunden werden. Solche Adapterschienen ermöglichen es auch, eine komplette Reihe von Komponenten vorzukonfigurieren, so dass diese als Einheit im Schaltschrank verbaut werden kann. Dies kann auf Trägerschienen erfolgen. Eine weitere Lösung besteht darin, das die Komponenten allein aus der Kombination von Adapterschienen mit den Verbindungsschienen als Befestigung der Komponenten ausreichen. In
DE 103 28 708 ”Montagesystem insbesondere für einen Schaltschrank” wird ein Montagesystem vorgestellt, bei dem elektrische Komponenten auf einem Modulträger montiert und als Gruppe montiert oder demontiert werden. Die elektrischen Anschlüsse der Komponenten erfolgt konventionell mittels Leitern. Diese können zu Steckern geführt werden, so dass aufgrund der Stecker eine lösbare Kontaktierung zu entsprechenden Gegenstücken auf einer Montageplatte erreicht wird. Die Aufgabenstellung, eine einfache, lösbare Verbindung der einzelnen Komponenten zu erreichen, wird von
DE 103 28 708 nicht gelöst.
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Die Montage kann durch das Bereitstellen von Informationen über die einzubauenden Verbindungselemente auf der Montageebene erleichtert werden. Die Information über den Verbindungstyp kann vorzugsweise optisch mittels Projektion und Kontrolle über Bildverarbeitungstechniken erfolgen. Ein Ausdruck der Identifikationsmerkmale, der beispielsweise als Streifen über die Reihe der Komponenten zu legen ist, ist eine andere Möglichkeit zur Bereitstellung der notwendigen Information auf der Montageebene.
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Erreichte Vorteile
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass Installationen von Komponenten wie sie typischerweise in Schaltschränken und Verteilungen vorkommen effizienter umgesetzt werden können. Dabei verkürzen sich die Installationszeiten und fehlerhafte Verbindungen werden vermindert und können beim Eintreten schneller aufgefunden werden.
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Durch die unterscheidbaren, automatisch identifizierbaren Verbindungselemente kann aus bestehenden Installationen eine Dokumentation in Form von Verbindungsschemata erzeugt werden. Anderungen sind leicht einzupflegen oder umzusetzen.
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Weiteres Ziel ist die Vereinfachung der Dokumentation auch von bestehenden Installation und die Möglichkeit zur automatischen, rechnergestützten Generierung von Verdrahtungs- und Anschlussschemata auf Basis realisierter Installationen (ähnlich zum ”Round-Trip-Engineering” in der Softwaretechnik).
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Ausführungsbeispiele
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt (links) und einen Längsschnitt durch eine Verteilungselement (1) mit innenliegenden Leitern (2). Ein Verbindungselement (3) bewirkt beispielhaft eine leitende Verbindung zwischen den Leitern der von oben gezählten zweiten und fünften Ebene.
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2 ein Verbindungselement (3) von oben und von der Seite mit massive ausgestalteten Kontaktlaschen. Eine leidende Verbindung zwischen Kontaktlaschen und Leitern kann beispielsweise durch Verwendung eines federnden Materials der Kontaktlaschen oder der Leiter erreicht werden. Die Schenkellänge der Kontaktlaschen ist in den Zeichnungen zur besseren Veranschaulichung länger als es bei der Gestaltung der Verteilungsschienensysteme i. d. R. der Fall ist.
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3 eine Verteilungselement (1) (links) mit einem Verbindungselement (3) in der Betriebsposition und rechts die Position des Verbindungselements (3) beim Einbau oder beim Entfernen bzw. Wechseln.
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4 einen Sicherungsautomaten (5, schematisch), der mittels Adapterschienen (4) und darin eingebrachten Verbindungselementen (3) Kontaktierungen zu unterschiedlichen Leiter der Verteilungsschiene (1) erhält.
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5 die Herstellung von Kontakten zwischen Leitern (2) zweier hier sich kreuzender Verteilungsschienen (1).
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6 den Kopf eines Verbindungselement (3) mit einer Kreuzschlitzaufnahme und exemplarisch vier unterschiedlichen Identifikationsmerkmalen: alphanumerisch (links oben), flächenhafte Farbcodierung (rechts oben), QR-Code zur automatischen Identifikation (rechts unten) und einer symbolischen Codierung (links unten), die erhaben oder eingefräst realisiert werden kann.
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7 einen Anschlusselement (8) mit Schraubkontakt zur Anbindung eines Verteilungselements (1) an Leiter (9) der zu- oder abgehenden Leitungen oder zur Herstellung von Leitungsbrücken zwischen Verteilungsschienen (1).
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8 einen Abschluss einer Verteilungsschiene mit Klemmkontakten (10) für die einzelnen Ebenen der in den Verteilungsschienen (1) verlaufenden Leiter (2). Leiter (7) von flexiblen Leitungen werden durch die Klemmkontakte mit den Leitern (2) verbunden.
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9 ein Verteilungselement (1) mit innenliegenden Leitern (2), die an den Außenwänden der Kammern der Verteilungsschiene angebracht sind.
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10 ein Verbindungselement (3) für Verteilungsschienen des Typs aus 9 mit federnden, durch die Ausgestaltung des Verlaufs an den Kontaktstellen selbstarretierende Kontaktlaschen (3a).
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11 eine Verteilungsschiene mit Sollbruchstellen (11) zur dauerhaften Unterbrechung der Leiter. Die Sollbruchstellen sind über geeignete Aussparungen der Kammern der Verteilungsschiene zugänglich und können mittels einfacher Werkzeuge durchstoßen werden.
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12 eine Verteilungselement (13) mit einer Aufnahmemöglichkeit (12) für Bauelemente (14) hier beispielhaft durch einen schematisch dargestellten Sicherungsautomaten verdeutlicht, so dass das Bauelement in die Verteilungsschiene integriert werden kann. Die leitenden Verbindung zu den Leitern der gewünschten Ebenen in der Verteilungsschiene werden durch Verbindungselemente (5) geschaffen.
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13 eine Verteilungsschiene mit einer integrierten Komponente mit mehr vier Anschlüssen, wie dies beispielsweise bei Stromstoßrelais der Fall ist.
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14 eine vorkonfigurierte Reihe von Komponenten, die durch Adapterschienen (6) fixiert ist. Mittels idealerweise automatisch aus der Planungssoftware generierten Codierungsstreifen (14) ist festgelegt, welche Typen von Verbindungselementen in die jeweilige Aufnahmeöffnung einzusetzen ist, um das geplante Anschlussschema zu realisieren. Im Beispiel sind die Codierungsstreifen (15) über den Schraubverbindungen der Komponenten angebracht, um als eine Art Versiegelung der einmal festgelegten Typen von Verbindungselementen zu dienen. Weitere geeignete Anbringungen ohne diesen Versiegelungseffekt sind möglich.
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15 eine Komponente (16) mit Aufnahmen für Verbindungselelemente (3), so dass die Verwendung von Adapterschienen entfällt.
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16 einen Ausschnitt eines Schaltschranks (17) mit einer Vorrichtung (18) zur Visualisierung der Information der einzubauenden Verbindungselemente mittels Projektionstechniken oder Laserpointer. Identifikationsmerkmale von Komponenten (19) und Verbindungselementen (20) können in die Installationsebene projiziert werden. Bei Ergänzung der Vorrichtung (18) um eine Bilderfassung und anschließender Bilderkennung kann eine automatische Identifikation sowie räumliche und typenmäßige Zuordnung erfolgen. Hierdurch kann sowohl automatisierbar eine Dokumentation erstellt werden als auch während der Installation eine permanente Überprüfung des korrekten Einbaus der Komponenten und Verbindungselemente erfolgen.
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17 eine Verteilungsschiene (21) mit mehreren Leitern (22). Die Verteilungsschiene hat Aussparungen zur Aufnahme von Verbindungselementen (23). Die Verbindungselemente sind idealerweise aus federndem leitendem Material, so dass sie sich in die Aussparungen der Verteilungssschiene und der Kontakte (24) in der Komponente (25) einpassen und diese leitend verbinden.
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18 eine Variante von 17 mit Adapterelementen (26), die als einzelne Adapter für jeweils eine Komponente oder als Schiene zur Bündelung und Fixierung einer Reihe von Komponenten ausgeführt sein können. Bei einer Ausführung als Schiene können die zu montierenden Komponenten vorkonfiguriert zusammengestellt und fixiert werden, so dass bei der Montage eine Reihe von Komponenten als Block eingebaut werden kann.
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19 ein Adapterelement (28) mit Kontaktzungen (27). Durch Auslenkung einer Kontaktzunge bis auf die Leiter der Verteilungsschiene wird eine wählbare Kontaktierung erreicht. Die Auslenkung wird beispielhaft in 19 durch einen Stößel bewirkt, der durch einen Exzenterhebel ausgelenkt wird.
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20 eine Variante der Verbindungslösung aus 19, bei der die Kontaktzungen (27) und die Auslenkvorrichtung in der Komponente integriert sind.
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20 eine Anordnung mit mehreren Verteilungssschienen. Ein Kreuzungselement (31) mit lösbaren und auswählbaren Verbindungen erlaubt die frei konfigurierbare Zuordnung von Leitern einer Verteilungssschiene zu Leitern einer anderen Verteilungssschiene. Entsprechend können Schalter, Taster, Steckdosen oder andere Installationselemente, die mit Verteilungssschienen örtlich verbunden sind, veränderbar mit Leitern der Verteilungssschienen verbunden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verteilungselement
- 2
- Leiter
- 3
- Verbindungselement
- 4
- massive Kontaktlasche
- 5
- federnde, selbstarretierende Kontaktlasche
- 6
- Adapterelement
- 7
- Sicherungsautomat als Komponente
- 8
- Anschlusselement mit Schraubkontakt
- 9
- Leiter von flexiblen Leitungen
- 10
- Klemmkontakte
- 11
- Sollbruchstelle
- 12
- Aufnahmemöglichkeit
- 13
- Verteilungselement für integrierte Komponenten
- 14
- Sicherungsautomat als integrierte Komponente
- 15
- Codierungsstreifen
- 16
- Komponente mit Aufnahmen für Verbindungselemente
- 17
- Schaltschrank
- 18
- Vorrichtung zur Visualisierung
- 19
- Identifikationsmerkmal auf einer Komponenten
- 20
- Identifikationsmerkmal auf einem Verbindungselement
- 21
- Verbindungsschiene mit mehreren von oben kontaktierbaren Leitern
- 22
- 22 Leiter mit Aussparungen
- 23
- Verbindungselemente
- 24
- Kontakt mit Aussparungen
- 25
- Komponente mit Aufnahmen für Verbindungselemente (23)
- 26
- Adapterelement
- 27
- Kontaktzunge
- 28
- Adapterelement mit Kontaktzunge (27)
- 29
- Exzenterhebel
- 30
- Stößel
- 31
- Kreuzungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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