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Die Erfindung betrifft ein Reihenklemmsystem.
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Reihenklemmsysteme dienen in der Schaltungstechnik vielfach dazu Potentiale zu verteilen. Hierzu weisen typische Reihenklemmen neben den Reihenklemmenanschlüssen auch noch sogenannte Brückungsschächte auf, in die jeweils Drähte zur elektrischen Kontaktierung eingeführt werden können auf.
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Die Fixierung der Drähte kann dabei jeweils in unterschiedlichster Weise ausgeführt sein, so z.B. mit Schraub-, Zugfeder-, Push-in-, Schnell- oder Bolzenanschluss. In aller Regel ist die Fixierung wieder lösbar, sodass ein Draht auch wieder entfernt werden kann.
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Der große Vorteil an Reihenklemmsystemen ist, dass die Organisation von Schaltanlagen besser geordnet werden kann. Dabei werden z.B. Potentiale von z.B. Sensoren als auch Aktoren jeweils über bestimmte Reihenklemmen verteilt, die auf einer Montageschiene nebeneinander gereit werden. In aller Regel ist diese Anordnung waagerecht, sodass sich nachfolgende Lage- oder Richtungsangaben auf diese typische Anordnung beziehen, wobei sich hieraus kein limitierender Faktor ergibt. D.h. auf Grund der Anordnung der Reihenklemmen auf der Montageschiene ergibt sich eine hierzu senkrechte Verteilung der Potentiale. Soweit eine Querverteilung von Potentialen vorgesehen ist, ist diese mit Steckbrücken in Brückungsschächten realisiert, die dazu gedacht ist, das Potential einer Reihenklemme an eine benachbarte Reihenklemme weiterzugeben. Dies wird z.B. dann eingesetzt, wenn die Anschüsse an einer Reihenklemme nicht für die Anzahl der anzuschließenden Drähte ausreichen. Wie bereits angedeutet können die Anordnung und die hieraus sich ergebende Verteilung von Potentialen auch anders vorgesehen sein, z.B. eine senkrechte Anordnung und eine horizontale Verteilung.
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Dabei kommen in solchen Systemen immer wieder auch Anforderungen dahingehend, dass einzelne Potentiale auch mit einer Überspannungsschutzeinrichtung versehen werden sollen.
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Ein Ansatz ist es solche Überspanungsschutzeinrichtungen in die Reihenklemme zu integrieren, wobei in aller Regel mit zwei Reihenklemmen zwei Potentiale, z.B. zwei Potentiale einer Signalader, nebeneinander liegend geführt werden, und diese Signaladern im Falle einer Überspannung niederohmig über die Überspanungsschutzeinrichtung verbunden werden, um so nachgeordnete Einrichtungen vor der Überspannung zu schützen. Alternativ kommen auch einfache Reihenklemmen zum Einsatz, bei denen die Überspanungsschutzeinrichtung im Falle einer Überspannung diese an ein Erdpotential ableitet.
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In diesem kurzzeitigen niederohmigen Zustand kann ein Ausgleichstrom fließen und die Spannungsüberhöhung wird begrenzt, so dass die Spannungsfestigkeit / Isolationsfestigkeit der Endgeräte nicht überschritten wird.
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Allerdings ist dieser Ansatz nicht wartungsfreundlich, denn im Falle einer Fehlfunktion der Überspannungsschutzeinrichtung, muss diese Fehlfunktion zum einen erkannt werden, was bei einer integrierten Lösung schwierig ist, zum anderen muss aber auch die Reihenklemme selbst von der Montageschiene und alle mit der Reihenklemme verbundenen Drähte ebenfalls gelöst werden. Anschließend muss eine neue Reihenklemme wieder eingesetzt werden und wiederum alle Drähte erneut verbunden werden. Dies ist zum einen fehlerträchtig, zum anderen zeitraubend. Darüber hinaus ist auch der Materialeinsatz nicht zu unterschätzen, da eine komplette Reihenklemme getauscht werden muss, obwohl nur die Überspannungsschutzeinrichtung fehlerhaft ist.
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Als ein weiteres Problem stellt sich die Notwendigkeit einer Vielzahl unterschiedlicher Reihenklemmtypen dar. Nicht nur, dass nun Reihenklemmen mit Überspannungsschutzeinrichtung und ohne Überspannungsschutzeinrichtung vorgesehen und erkennbar gehalten werden müssen, sondern auch, dass nunmehr auch in Bezug auf die Überspannungsschutzeinrichtungen zunehmend unterschiedliche Anforderungen an die Art des zur Verfügung gestellten Schutzes (Grob-, Mittel- oder Fein-Schutz) gestellt werden. Somit steigt die Anzahl unterschiedlicher Produkte an, sodass zum einen die Bevorratung als auch die Herstellung teurer wird.
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Um diesen Problemen zu begegnen wurde in der Vergangenheit versucht den Anschlussteil von dem Schutzteil der Produkte wieder zu trennen.
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Der Ansatz dabei ist ein Basiselement spezialisiert für die Anforderungen des Überspannungsschutzes und ein Steckmodul mit der Schutzbeschaltung einzusetzen.
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D.h. in den bisherigen Ansätzen wurden immer zwei unmittelbar nebeneinanderliegende Reihenklemmen verwendet, um mittels einer Überspannungsschutzeinrichtung im Steckmodul, z.B. in Steckerform, diese beiden Reihenklemmen im Falle einer Überspannung niederohmig zu schalten. Insbesondere in der Signaltechnik wurden jedoch für Signalpaare jeweils drei Reihenklemmen vorgesehen, wobei je eine Reihenklemme für die Verbindung der Signaladern und eine Reihenklemme für die Verbindung an Erdpotential vorgesehen war.
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D.h. in aller Regel beansprucht jedes Signalader-Paar drei Reihenklemmen, sodass die Packungsdichte von Signaladern sinkt und somit die Verteil-Technik einen größeren Bauraum einnimmt.
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Daher wurde in der Vergangenheit vielfach auf einen Überspannungsschutz verzichtet und es wäre wünschenswert, diesen kostengünstig nachrüsten zu können.
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Ausgehend von den oben aufgeführten Nachteilen ist es Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit zur Potentialverteilung bereitzustellen, die einen oder mehrere Nachteile aus dem Stand der Technik umgeht.
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Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung eine Bauraumschonende Möglichkeit zur Potentialverteilung vorzusehen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine erste schematische Anordnung von Reihenklemmen,
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2 die erste schematische Anordnung von Reihenklemmen mit einer Sammelschiene gemäß verschiedener Ausführungsformen der Erfindung,
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3 die erste schematische Anordnung von Reihenklemmen mit einer Sammelschiene gemäß verschiedener Ausführungsformen in einem weiteren Aspekt der Erfindung, und
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4 die erste schematische Anordnung von Reihenklemmen mit einer Sammelschiene gemäß verschiedener Ausführungsformen in noch einem weiteren Aspekt der Erfindung.
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Soweit nachfolgend in den Figuren gleichartige Referenzzeichen verwendet werden sind die jeweiligen Beschreibungen hierzu für alle Figuren gleichermaßen zu verstehen, soweit nicht explizit eine Abweichung hiervon angegeben ist. Insbesondere sind in der nachfolgenden Beschreibung beschriebene Aspekte von einzelnen Ausführungsformen auch mit anderen Aspekten anderer Ausführungsformen kombinierbar, sofern nicht explizit als Alternative bezeichnet.
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In 1 ist eine erste schematische Anordnung von Reihenklemmen in einem Reihenklemmensystem 1 gezeigt. Das Reihenklemmsystem weist eine Mehrzahl von im Wesentlichen gleichartigen nebeneinanderliegenden Reihenklemmen K1, K2, K3, K4 ... Kn auf, welche auf einer Montageschiene HUT angeordnet sind. Die Reihenklemmen K1, K2, K3, K4, ... Kn weisen jeweils zumindest zwei Brückungsschächte B11, B12; B21, B22; B31, B32; B41, B42, ... Bn1, Bn2 auf. Diese Brückungsschächte sind beispielhaft in Ebenen organisiert, sodass z.B. die in der Darstellung oben gezeigten Brückungsschächte B11, B21, B31, B41, ... Bn1 einer (logischen) ersten Ebene zugeordnet sind, während z.B. die in der Darstellung unten gezeigten Brückungsschächte B12, B22, B32, B42, ... Bn2 einer (logischen) zweiten Ebene zugeordnet sind. Die Brückungsschächte einer Reihenklemme bieten jeweils Zugang zum Potential, dass an der jeweiligen Reihenklemme zur Verteilung angeschlossen ist. Mögliche angeschlossene Drähte sind als gebogene Linie ober bzw. unterhalb der jeweiligen Reihenklemme K1, K2, K3, K4 ... Kn gezeigt.
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In 2 ist nun die erste schematische Anordnung von Reihenklemmen mit einer Sammelschiene S gemäß verschiedener Ausführungsformen der Erfindung gezeigt. Dabei weist das Reihenklemmensystem 1 nun weiterhin eine elektrisch leitende Sammelschiene S auf, welche ein gemeinsames Potential zur Verfügung stellt. Hierzu überdeckt die Sammelschiene S in den nebeneinanderliegenden Reihenklemmen K1, K2, K3, K4 ... KN jeweils einen der zumindest zwei Brückungsschächte B11, B21, B31, B41; B12; B22; B32; B42. In der 2 sind z.B. die Brückungsschächte B11, B21, B31, B41, ... Bn1 der (logischen) ersten Ebene überdeckt. Ohne weiteres können jedoch auch andere Ebenen überdeckt sein.
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Ohne hierauf näher einzugehen können für bestimmte Zwecke auch mehrere Ebenen mit jeweils einer eigenen Sammelschiene überdeckt sein, oder aber mehrere nebeneinanderliegende Ebenen können mit einer gemeinsamen Sammelschiene oder – sofern eine entsprechende Anzahl von Ebenen vorhanden sind – können auch Mischformen hiervon, d.h. z.B. eine Ebene mit einer Sammelschiene, drei Ebenen mit einer gemeinsamen Sammelschiene oder ähnlichem, verwendet werden.
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Dabei steht die Sammelschiene S mit einer der Reihenklemmen, in der 2 z.B. mit der Reihenklemme K1 in elektrischem Kontakt. während zumindest ein Teil der anderen Reihenklemmen, in der 2 z.B. die Reihenklemmen K2, K3, K4 ... KN, elektrisch isoliert im Verhältnis zu der Sammelschiene S sind.
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Obwohl in der 2 die erste Reihenklemme K1 kontaktiert ist, ist dies nicht notwendigerweise so. Es kann z.B. auch eine andere Reihenklemme zur Kontaktierung verwendet werden.
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Der elektrische Kontakt kann z.B. dadurch realisiert werden, dass ein Kontaktstift KS in die Sammelschiene S und einen entsprechenden Brückungsschacht eingeführt wird und dabei die elektrische (und mechanische) Verbindung herstellt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Kontaktstift bereits an der Sammelschiene S angeformt oder angebracht ist.
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Somit kann nun ein bestimmtes Potential, nämlich das einer bestimmten Reihenklemme, über den normalen Brückungsschächten liegend verteilt werden. Da die so überdeckten Brückungsschächte nun nicht mehr ohne weiteres zugänglich sind, können nun herkömmliche Stecker nicht oder nur eingeschränkt verwendet werden. Dennoch kann nun jedes beliebige Potential verteilt werden, wie nachfolgend am Beispiel des Erdpotentials in Bezug auf einen weiteren Aspekt der Erfindung erläutert werden wird. Dabei sind die jeweiligen Verbindungseinrichtungen zur Sammelschiene S in aller Regel so ausgeformt, dass eine elektrische Verbindung zum darunterliegenden Brückungsschacht unterbleibt, so eine elektrische Verbindung nicht explizit gewünscht ist.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform stellt nun z.B. in der 2, 3 oder 4 die Reihenklemme K1, die mit der die Sammelschiene S in elektrischem Kontakt steht, eine elektrische Verbindung zu der Montageschiene HUT bereit. Diese Montageschiende HUT kann nun selbst mit dem Erdpotential verbunden sein, sodass nun über die Sammelschiene ein Erdpotential auch nachträglich verfügbar gemacht werden kann.
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Nun kann wie in 3 und 4 gezeigt in das Reihenklemmensystem 1 ein Steckmodul M eingefügt werden. Das Steckmodul weist je nach Ausführungsform eine gewisse Anzahl von Kontaktstiften als elektrische Verbindungseinrichtungen S1, S2, S3 zur Kontaktierung zur Sammelschiene S und mindestens einer der Reihenklemmen auf.
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In 3 ist in das Reihenklemmensystem 1 ein Steckmodul M eingefügt worden. Das Steckmodul M weist hier 2 Kontaktstifte auf, nämlich elektrische Verbindungseinrichtungen S1, zur Kontaktierung zu dem Brückenschacht B22 der Reihenklemme K2 und elektrische Verbindungseinrichtungen S2 zur Kontaktierung zur Sammelschiene S auf.
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Durch die Anordnung der Sammelschiene S und die Möglichkeit ein Steckmodul M neben dem Potential der Reihenklemme auch ein weiteres Potential einer anderen Reihenklemmen zur Verfügung zu stellen, ist es nun möglich dem Steckmodul M mannigfaltige Funktionen zu übertragen. Diese können z.B. als Statusanzeigen oder auch als Überspannungsschutzeinrichtung und so weiter ausgestaltet sein. Weitere Möglichkeiten betreffen Überwachungs- und/oder Protokolliereinrichtungen. Ohne Weiteres können aber auch komplizierte Funktionen bereitgestellt werden, insbesondere unter dem Gesichtspunkt, dass auch mehrere Sammelschienen mit unterschiedlichen Potentialen verwendet werden können, so dass es z.B. auch möglich wäre ein Bussystem mit einer hinreichenden Anzahl von Sammelschienen S aufzubauen.
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Ein mögliches Potential, das zur Verteilung kommen kann, ist wie bereits beschrieben ein Erdpotential.
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Hier bietet es sich an, dass das Steckmodul M beispielsweise eine Überspannungsschutzeinrichtung aufweist, welche im Überspannungsfall eine Überspannung auf der Reihenklemme, welche im jeweiligen Brückungsschacht kontaktiert ist, über die Sammelschiene S abzuleiten.
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Beispielsweise könnte das Steckmodul M in 3 über die elektrische Verbindungseinrichtung S2 die Sammelschiene S kontaktieren, die wiederum über den Kontaktstift KS mit der Reihenklemme K1 verbunden ist. Die Reihenklemme K1 wiederum ist mit dem Erdpotential verbunden, entweder direkt oder aber über die Montageschiene HUT. Weiterhin ist das Steckmodul M auch über die elektrische Verbindungseinrichtung S1 mit dem Potential der Reihenklemme K2 verbunden. Tritt nun eine Überspannung an der Reihenklemme K2 auf wird diese über die im Steckmodul M enthaltene Überspannungseinrichtung die Sammelschiene S und die Reihenklemme K1 an das Erdpotential abgeleitet.
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In 4 ist eine zur 3 ähnlich Anordnung gezeigt. Allerdings ist hier das Steckmodul M größer gewählt, so dass es nicht nur eine sondern mehrere Reihenklemmen überdeckt. Bevorzugt hat das Steckmodul M dann eine Breite, die in etwa einem Vielfachen einer Reihenklemmenbaubreite entspricht. In 4 ist z.B. der Fall einer in etwa zweifachen Reihenklemmenbaubreite dargestellt.
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Hier ist nun die Sammelschiene an mehreren Orten mittels der elektrischen Verbindungseinrichtungen S2 und S3 kontaktiert. Eine derartige Anordnung ist z.B. bei Überspannungseinrichtungen, die einen hohen Strom tragen, von Vorteil, da nun eine bessere Ableitung zur Verfügung gestellt werden kann.
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Ohne weiteres kann – wie bereits in Bezug auf verschiedenste Funktionalitäten der Steckmodule M angedeutet – aber auch vorgesehen sein, dass das elektrische Modul M verschiedene Sammelschienen und/oder verschiedene Potentiale verschiedener Reihenklemmen kontaktiert, sodass eine Vielzahl von Funktionen mittels der Steckmodule M darstellbar sind.
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Obwohl vorstehend und in den Figuren immer nur eine Reihenklemme mit der Sammelschiene S in Kontakt steht, um das entsprechende Potential an die Sammelschiene S zur Verfügung zu stellen, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern die Sammelschiene S kann auch an einer beliebigen oder mehreren Stellen mit dem gleichen Potential der zuerst kontaktierten Reihenklemme verbunden sein. Dies ist z.B. bei Erdpotentialen, insbesondere beim Einsatz einer Vielzahl von Überspannungsschutzeinrichtungen oder ableitungsstarken Überspannungsschutzeinrichtungen in Steckmodulen M vorteilhaft, da nun auch große Ströme zuverlässig an das erdpotential abgeleitet werden können.
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Beispielsweise können jeweils die randständigen Reihenklemmen K1, KN die Verbindung zum Erdpotential bereitstellen. Eine derartige randständige Verbindung kann z.B. der mechanischen Halterung dienen.
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D.h. mit der Nachrüstung von einer oder mehreren Erdungsklemmen und Sammelschiene S sowie den entsprechenden Steckmodulen M als Überspannungseinrichtungen auch eine bestehende Schaltanlage nachgerüstet werden, ohne dass es zu massiven Änderungen an der Verdrahtung kommen muss. Zudem wird somit eine raumsparende Lösung angeboten, sodass gegenüber bisherigen Systemen ein Bauraumgewinn von bis zu 1/3 realisiert werden kann.
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Die vorgestellte Lösung lässt sich auch besonders einfach in typische Mess- / Steuer- / Regel-Einrichtungen (MSR-Einrichtungen) einbringen.
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Soweit vorstehend die Sammelschiene S in Bezug auf Reihenklemmen beschrieben ist, kann z.B. die Gestaltung der Sammelschiene S in Bezug auf die elektrischen Verbindungseinrichtungen S1, S2, S3 so gestaltet sein, dass die Sammelschiene S Steckeröffnungen entsprechend dem Rastermaß der Reihenklemmen aufweist.
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Je nach Ausgestaltung der elektrischen Verbindungseinrichtungen S1, S2, S3 und der Kontaktierung KS kann nun die Ausführung der Stecköffnungen so sein, dass sie z.B. im maßlichen Design der Brückungsschächte ausgeführt sind.
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Durch die Anordnung der Sammelschiene S in einer die Brückenschächte überdeckenden Form, müssen die Steckmodule M sofern die Brückungsschächte einer Reihenklemme in einer physikalischen Ebene liegen, zwei unterschiedliche Höhenprofile für die elektrischen Verbindungseinrichtungen S1, S2, S3 aufweisen.
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Die Gestaltung der Luft- und Kriechstrecken zwischen signalführenden Potentialen und Erdpotential sowie zwischen den einzelnen signalführenden Potentialen ist unter Berücksichtigung der anzuwendenden Überspannungskategorien und Verschmutzungsgrade auf die maximalen Signal- bzw. Bemessungsspannungen auszulegen.
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Die Sammelschiene S kann vorkonfektioniert sein oder aber im Feld konfektioniert werden. Insbesondere bei einer Ausgestaltung, bei der die Kontaktierung mit einer Reihenklemme mittels eines einzusetzenden Kontaktstiftes KS realisiert wird, bietet sich hierfür an, wobei dann je nach Bedarf eine entsprechende Sammelschiene S durch Abtrennen / Abknicken / Abschneiden / oder dergleichen von einem größeren (profilierten) Strang vor Ort erstellt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Reihenklemmensystem
- K1, K2, K3, K4, ... KN
- Reihenklemme
- HUT
- Montageschiene
- B11, B12; B21, B22; B31, B32; B41, B42 ... BN1, BN2
- Brückungsschächte
- S
- elektrisch leitende Sammelschiene
- M
- Steckmodul
- S1, S2, S3
- elektrische Verbindungseinrichtungen
- KS
- Kontaktstift
