DE102016121588A1

DE102016121588A1 - Schaltschrank-Montageplatte mit integriertem Leistungs- und Signalnetz und Stecker zur Steckverbindung einer Schaltschrankkomponente mit einem Steckplatz der Schaltschrank-Montageplatte

Info

Publication number: DE102016121588A1
Application number: DE102016121588.0A
Authority: DE
Inventors: Rayk Fritzsche; Markus Hennig
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2016-11-10
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2036-11-11
Also published as: DE102016121588B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltschrank-Montageplatte mit integriertem Leistungs- und Signalnetz sowie einen Stecker zur Steckverbindung einer Schaltschrankkomponente mit einem Steckplatz der Schaltschrank-Montageplatte. Um eine Schaltschrank-Montageplatte bereitzustellen, welche kostengünstig herstellbar ist und welche den Bestückungs- und Verdrahtungsaufwand bei der Montage von Schaltschrankkomponenten an der Schaltschrank-Montageplatte minimiert, umfasst die erfindungsgemäße Lösung eine Schaltschrank-Montageplatte mit integriertem Leistungsnetz und integriertem Signalnetz sowie einer Vielzahl von Steckplätzen für Schaltschrankkomponenten, wobei die Steckplätze untereinander über das Leistungsnetz und das Signalnetz verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltschrank-Montageplatte mit integriertem Leistungs- und Signalnetz sowie einen Stecker zur Steckverbindung einer Schaltschrankkomponente mit einem Steckplatz der Schaltschrank-Montageplatte.
Im Schaltschrankbau ist es gängige Praxis, die einzelnen Komponenten des Schaltschranks auf Tragschienen, mittels eines Rastsystems, zu befestigen. Die Tragschienen wiederrum werden auf eine Montageplatte geschraubt, teilwiese befestigt man auch größere Komponenten direkt auf der Montageplatte. Um eine geordnete Kabelführung zu garantieren, werden zudem Kabelkanäle aufgebracht. Sämtliche Positionen der montierten Teile müssen vor dem Einbau bekannt sein, damit das benötigte Lochbild bereits bei der mechanischen Fertigung auf die Montageplatte übertragen werden kann. Nach Bestückung der Montageplatte folgt die Verdrahtung der Komponenten. Hier muss der Werker das Kabel, welches von der Konstruktion definiert wurde, aus einem Kabelmagazin entnehmen und die benötigte Länge des Kabels durch Auflegen auf die Montageplatte ermitteln, soweit die Länge des Kabels nicht durch ein digitales Konstruktionsprogramm für Schaltschränke (E-Plan) bestimmbar ist. Nach dem Ablängen werden die erforderlichen Enden (Kabelschuhe, Hülsen, ...) an das Kabel angebracht, es wird in die Kabelkanäle eingelegt und an die Schaltschrankkomponente angeschlossen. Nach diesem Arbeitsablauf wird jedes einzelne Kabel sowohl für die Signalübertragung als auch für die Leistungsversorgung in das System eingebracht.
Die zunehmende Automatisierung sämtlicher Produktionsstätten wirkt sich unter anderem drastisch auf die Anzahl der Systeme für die Leistungsbereitstellung, Steuerung/Regelung, Überwachung und Sicherheit aus. Die elektrischen und elektronischen Komponenten dieser Einrichtungen werden vorwiegend im Schaltschrank untergebracht. Die Folge sind nicht nur komplexere Schaltschränke sondern auch ein Quantitätsanstieg derer. Die Produktionsleistung im Schaltschrankbau muss demnach ebenfalls gesteigert werden. Dementgegen stehen die sehr zeitaufwendigen, oft manuellen Bestückungs- und Verdrahtungsprozesse.
Des Weiteren kommt es bei sehr ausgelasteten Schaltschränken häufig zu einer hohen Kabeldichte im Kabelkanal. Die übereinanderliegenden Kabel stellen nicht nur eine beträchtliche Wärmequelle dar, sondern erschweren auch die Nachvollziehbarkeit einzelner Kabelverläufe bei einem möglichen Defekt. Meistens werden die Kabelenden dazu beschriftet, mittels Aufdruck oder beschrifteter Klemme, was einen zusätzlichen Aufwand erfordert. Zudem wird, durch die Kabelkanäle, die Luftzirkulation und damit die Kühlung des gesamten Schaltschranks beeinträchtigt.
Im modernen Schaltschrankbau gibt es für einzelne Produktionsstufen bereits automatisierte Fertigungsanlagen, welche die Effektivität der Schaltschrankmontage steigern. So übernimmt z.B. ein Fertigungszentrum die spanende Bearbeitung der Montageplatte. Die benötigten Geometriedaten werden dabei über ein CAD/CAM-System von der Konstruktion bereitgestellt. Des Weiteren existieren Anlagen zur automatisierten Tragschienenbestückung. Die Positionierung der Schaltschrankkomponenten auf den Tragschienen übernimmt häufig ein Leichtbauroboter, welcher die benötigten Komponenten aus einem Magazin entnimmt und auf der Tragschiene platziert.
Die Kabelkonfektionierung und die Verdrahtung des Schaltschranks stellen den zeitintensivsten Produktionsabschnitt bei der Schaltschrankherstellung dar. Speziell für die Kabelkonfektionierung wird ein breites Produktspektrum angeboten. So sind einzelne Kleingeräte wie Ablängautomaten oder Crimpstationen, aber auch Teil- und Komplettanlagen verfügbar. Komplexe Konfektionsmaschinen entnehmen das Kabel von einer Rolle, bearbeiten es nach den gewünschten Konfigurationen und stellen es für die Verdrahtung zur Verfügung. Für die automatisierte Verdrahtung des Schaltschranks existiert am Markt derzeit allerdings keine technisch ausgereifte Anlage. Essentiell für die automatisierte Verkabelung sind umfangreiche und vollständige Verdrahtungsdaten und Informationen des CAD-Models über Geometrie und Position der einzelnen Komponenten. Die Individualität bei Form und Ausführung der Schaltschrankkomponenten, z.B. bei Art und Lage der Anschlussstellen, erschwert die Automation. Zudem hinterlegt jeder Hersteller Informationen der Komponenten in Makros, welche allerdings in Qualität und Form voneinander abweichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltschrank-Montageplatte bereitzustellen, welche den Bestückungs- und Verdrahtungsaufwand bei der Montage von Schaltschrankkomponenten an der Schaltschrank-Montageplatte minimiert.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung die Schaltschrank-Montageplatte nach Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Lösung umfasst eine Schaltschrank-Montageplatte mit integriertem Leistungsnetz und integriertem Signalnetz sowie einer Vielzahl von Steckplätzen für Schaltschrankkomponenten, wobei die Steckplätze untereinander über das Leistungsnetz und das Signalnetz verbunden sind. Nach der erfindungsgemäßen Lösung ist zur Montage der Schaltschrankkomponenten an der Schaltschrank-Montageplatte keine wechselseitige Verkabelung oder Verdrahtung erforderlich, da die Leistungs- und Signalübertragung zwischen den Schaltschrankkomponenten ausschließlich über die Steckplätze und das integrierte bzw. innerhalb der Schaltschrank-Montageplatte bereitgestellte Leistungs- und Signalnetz bewerkstelligt wird. Durch das integrierte Leistungs- und Signalnetz ist auch eine verbesserte Kühlung der Schaltschrankkomponenten auf engstem Raum möglich, da eine Luftzirkulation innerhalb des Schaltschranks nicht durch dicht verlegte Kabel beeinträchtigt wird. Ein Wärmemanagement ist durch die erfindungsgemäße-Montageplatte möglich.
Begriffe und Definitionen
Der Begriff Leistungsnetz bezeichnet im Rahmen dieser Erfindung eine elektrisch leitende Verbindung zur Stromversorgung zwischen mindestens einer Stromquelle und der Vielzahl von Steckplätzen.
Der Begriff Signalnetz bezeichnet im Rahmen dieser Erfindung eine elektrisch leitende Verbindung zur Signal- bzw. Datenübertragung zwischen mindestens einem Signalgeber und der Vielzahl von Steckplätzen. Vorzugsweise ist das Signalnetz bzw. die Verbindung dazu ausgebildet, um Signale in unterschiedlichen Richtungen zu übertragen, wobei jeder Signalgeber vorzugsweise auch ein Signalempfänger sein kann.
Erfindungsgemäß kann die Schaltschrank-Montageplatte ein oder mehrere Leistungsnetze und ein oder mehrere Signalnetze aufweisen. Die Formulierung ein Leistungsnetz bzw. ein Signalnetz ist demnach im Sinne von wenigstens ein Leistungsnetz bzw. wenigstens ein Signalnetz zu verstehen.
Es kann von Vorteil sein, wenn die Schaltschrank-Montageplatte eine Oberseite und eine Unterseite aufweist, wobei die Oberseite die Vielzahl von Steckplätzen aufweist, wobei das Leistungsnetz und das Signalnetz zwischen der Oberseite und der Unterseite der Schaltschrank-Montageplatte, vorzugsweise zwischen einer die Oberseite bildenden Deckplatte und einer die Unterseite bildenden Grundplatte der Schaltschrank-Montageplatte, angeordnet sind, wobei die Schaltschrank-Montageplatte bevorzugt zwischen der Oberseite und der Unterseite umfangsseitig geschlossen ist. Bei dieser Ausführung ist das Leistungs- und Signalnetz vollständig innerhalb der Schaltschrank-Montageplatte angeordnet bzw. eingebettet, sodass eine mögliche Wechselwirkung mit der Umgebung minimiert wird.
Es kann sich als praktisch erweisen, wenn das Leistungsnetz und das Signalnetz voneinander isoliert sind, wobei vorzugsweise wenigstens eine Isolationsschicht oder -platte zwischen dem Leistungsnetz und dem Signalnetz angeordnet ist. Die Isolationsschicht oder -platte eignet sich insbesondere bei einem Mehrschichtschichtaufbau der Schaltschrank-Montageplatte. In einer bevorzugten Ausführung umfasst die Schaltschrank-Montageplatte beispielsweise fünf Schichten, nämlich (in Reihenfolge von oben nach unten) eine die Oberseite bildende Deckplatte, welche die Steckplätze aufweist, eine Signalnetz-Leiterplatte, eine Isolationsschicht, eine Leistungsnetz-Leiterplatte und eine die Unterseite bildende Grundplatte. In dieser Ausführung weist die Schaltschrank-Montageplatte einen besonders einfachen Aufbau auf und kann beispielsweise aus identischen oder nahezu identischen Leiterplatten für das Leistungsnetz und das Signalnetz zusammengestellt werden. Die Leiterplatten für das Leistungsnetz und das Signalnetz können dabei jeweils einen gleichen oder in etwa gleichen, vorzugsweise rechteckigen Umriss aufweisen und unter Zwischenschaltung der Isolierschicht in Sandwichbauweise kompakt übereinander gestapelt werden. Die mit den Steckplätzen versehene Deckplatte sowie die nach unten abschließende Grundplatte komplettieren die in Sandwichbauweise hergestellte Schaltschrank-Montageplatte und sorgen für einen besonders kompakten Aufbau.
Es kann nützlich sein, wenn das Leistungsnetz und/oder das Signalnetz jeweils wenigstens einen eigenen Leiter und/oder jeweils wenigstens eine eigene Leiterbahn und/oder jeweils wenigstens eine eigene Leiterplatte aufweist/aufweisen, oder daraus besteht/bestehen.
Es ist aber auch möglich, dass das Leistungsnetz und das Signalnetz wenigstens einen gemeinsamen Leiter und/oder wenigstens eine gemeinsame Leiterbahn und/oder wenigstens eine gemeinsame Leiterplatte aufweisen. Das Leistungsnetz und das Signalnetz müssen nicht zwangsläufig voneinander getrennt sein, sondern können physisch dasselbe Netz bilden. Maßgeblich ist, dass einerseits Leistung bzw. Strom und andererseits Signale darüber übertragen werden. Unter Umständen könnten Leistung und Signale auch über eine Platte geleitet werden. Die Leiterplatte kann auch eine einzige große Platte aus leitendem Material, z.B. Kupfer sein. Vorzugsweise ist die Leiterplatte oben und unten isoliert.
Als Leiter wird im Rahmen dieser Erfindung insbesondere ein Draht oder Formteil aus elektrisch leitendem Werkstoff, insbesondere aus Kupfer, bezeichnet, der vorzugsweise wenigstens zwei Steckplätze miteinander verbindet. Der Leiter weist bevorzugt einen runden oder mehreckigen, insbesondere rechteckigen Querschnitt auf.
Als Leiterbahn wird im Rahmen dieser Erfindung eine elektrisch leitfähige, längliche Struktur bezeichnet, die vorzugsweise wenigstens zwei Steckplätze miteinander verbindet.
Der Begriff Leiterplatte bezeichnet im Rahmen dieser Erfindung eine plattenförmige Struktur, vorzugsweise mit mehreckigem, insbesondere rechteckigem oder quadratischem Umriss, die sich vorzugsweise im Wesentlichen oder exakt in einer Ebene erstreckt und wenigstens einen Leiter oder wenigstens eine Leiterbahn enthält. Der Leiter oder die Leiterbahn kann sich auf der Oberfläche der Leiterplatte erstrecken oder in die Leiterplatte eingebettet sein. Vorzugsweise besteht die Leiterplatte, mit Ausnahme des Leiters oder der Leiterbahn, aus Isolierstoffmasse.
Es kann sich als sinnvoll erweisen, wenn die Schaltschrank-Montageplatte gesonderte Leistungsnetze für unterschiedliche Stromstärken und/oder ein Masseanschlussnetz aufweist, wobei jedes Leistungsnetz und/oder das Masseanschlussnetz jeweils wenigstens einen eigenen Leiter und/oder jeweils wenigstens eine eigene Leiterbahn und/oder jeweils wenigstens eine eigene Leiterplatte aufweist/aufweisen, oder daraus besteht/bestehen. Diese zusätzlichen Netze können beispielsweise in Schichtbauweise einfach in die Schaltschrank-Montageplatte integriert werden. Zur Kontaktierung weitere Netze eignen sich insbesondere mehrpolige Anschlussstecker. Soweit die unterschiedlichen Netze in übereinander liegenden Schichten angeordnet sind, erfolgt die Kontaktierung der einzelnen Netze vorzugsweise durch die darüber liegenden Schichten bzw. durch die Schichten, die zwischen den Steckplätzen und der jeweiligen leitenden Schicht angeordnet ist.
Es kann sinnvoll sein, wenn die Steckplätze matrixförmig in Linien und Zeilen angeordnet sind. Eine derartige Struktur ermöglicht eine besonders kompakte Anordnung der Steckplätze sowie der entsprechenden Leiter und Leiterbahnen innerhalb der Schaltschrank-Montageplatte.
Es kann aber auch von Vorteil sein, wenn wenigstens einem der Steckplätze eine Rasteinrichtung zugeordnet ist, um eine in dem Steckplatz eingesteckte Schaltschrankkomponente rastend an der Schaltschrank-Montageplatte festzulegen. Diese Ausführung verringert die Gefahr, dass sich eine Schaltschrankkomponente unbeabsichtigt von der Schaltschrank-Montageplatte löst. Durch eine Rastverbindung zwischen der Schaltschrankkomponente und der Schaltschrank-Montageplatte kann eine dauerhafte und sichere Kontaktierung des Leistungs- und Signalnetzes sichergestellt werden.
Es kann sich als hilfreich erweisen, wenn jeder Steckplatz einen Leistungsnetz-Kontakt und einen Signalnetz-Kontakt aufweist, wobei vorzugsweise der Leistungsnetz-Kontakt und der Signalnetz-Kontakt eines Steckplatzes parallel oder koaxial zueinander ausgerichtet sind. Die Ausrichtung eines Kontakts entspricht der Richtung, in welcher der jeweilige Gegenkontakt (eines Steckers) der Schaltschrankkomponente einsteckbar ist. Vorzugsweise erfolgt über die Steckkontakte eine Zentrierung der Schaltschrankkomponente bzw. des zugehörigen Steckers im Steckplatz.
Es kann aber auch sinnvoll sein, wenn die Schaltschrank-Montageplatte wenigstens zwei unterschiedliche Kategorien von Steckplätzen aufweist, wobei sich die Steckplätze unterschiedlicher Kategorien in der Größe und/oder in der Anzahl von Steckplätzen unterscheiden. Dadurch können Schaltschrankkomponenten in verschiedenen Leistungsklassen, die unterschiedlich dimensioniert sind und gegebenenfalls unterschiedliche Kontakte aufweisen, einfach an derselben Schaltschrank-Montageplatte montiert werden.
Es kann aber auch hilfreich sein, wenn das Leistungsnetz und das Signalnetz in wenigstens einer Schicht oder Ebene der Schaltschrank-Montageplatte angeordnet sind, vorzugsweise in derselben Schicht oder Ebene der Schaltschrank-Montageplatte oder in unterschiedlichen Schichten oder Ebenen der Schaltschrank-Montageplatte, wobei bevorzugt das Leistungsnetz in einer weiter von den Steckplätzen der Schaltschrank-Montageplatte beabstandeten Schicht oder Ebene der Schaltschrank-Montageplatte angeordnet ist als das Signalnetz, sodass die Kontaktierung des Leistungsnetzes ausgehend von den Steckplätzen durch wenigstens die Schicht oder Ebene der Schaltschrank-Montageplatte erfolgt, in welcher das Signalnetz angeordnet ist. Die Schichtbauweise bzw. Sandwichbauweise ermöglicht eine besonders einfache Herstellung der Schaltschrank-Montageplatte. Wenn das Leistungsnetz und das Signalnetz in einer gemeinsamen Schicht oder Ebene angeordnet sind, werden entsprechende Leiter oder Leiterbahnen vorzugsweise auf derselben Oberfläche einer Leiterplatte verlegt, sodass die Leiter oder Leiterbahnen des Leistungsnetzes und des Signalnetzes sämtliche Steckplätze versorgen, ohne sich zu überkreuzen. Dabei eignen sich vor allem kammförmige bzw. kammförmig ineinandergreifende oder meanderförmige bzw. meanderförmig parallele Leiter- oder Leiterbahnstrukturen. Wie zuvor ausgeführt kann die Leiterplatte auch eine einzige große Platte aus leitendem Material wie Kupfer sein, welche sowohl Signale als auch Leistung überträgt und vorzugsweise eine oberseitige und unterseitige Isolierung aufweist.
Es kann sich als nützlich erweisen, wenn die Signalübertragung über das Signalnetz verschlüsselt erfolgt, wobei die Verschlüsselung des Signals vorzugsweise durch Aufmodulation von Frequenzen und/oder Amplituden und/oder Pulsweiten erfolgt, sodass das Signal nur einen oder mehrere ausgewählte Steckplätze anspricht. Dadurch kann ein entsprechendes Signal über das mit allen Steckplätzen verbundene Signalnetz besonders einfach an eine bestimmte Schaltschrankkomponente, die sich an einem ausgewählten Steckplatz befindet, übermittelt werden.
Ein nebengeordneter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Stecker zur Steckverbindung einer Schaltschrankkomponente mit einem Steckplatz der Schaltschrank-Montageplatte nach einer der vorangehenden Ausführungen, wobei der Stecker einen Steckkontakt zur Kontaktierung des Leistungsnetzes und einen Steckkontakt zur Kontaktierung des Signalnetzes aufweist. Über diese gesonderten Steckkontakte kann eine einfache, sichere und dauerhafte Kontaktierung des Leistungs- und Signalnetzes der erfindungsgemäßen Schaltschrank-Montageplatte erfolgen.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch Kombinationen der in der Beschreibung offenbarten Merkmale mit Merkmalen aus den Ansprüchen und/oder den Formalzeichnungen.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Schaltschrank-Montageplatte nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Schaltschrank-Montageplatte einen schichtartigen Aufbau aufweist und die Vielzahl der Steckplätze matrixförmig auf der Oberseite der Schaltschrank-Montageplatte angeordnet ist.
2 zeigt einen Schnitt II-II der Schaltschrank-Montageplatte aus 1 entlang der Linie II-II.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Steckverbindung zwischen einer Schaltschrankkomponente und einer Schaltschrank-Montageplatte nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung über einen Stecker, der in einen Steckplatz eingesteckt ist.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Leiterplatte für eine Schaltschrank-Montageplatte nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Leiterbahnen des Leistungsnetzes und die Leiterbahnen des Signalnetzes isoliert voneinander in einer Ebene auf der Oberfläche derselben Leiterplatte angeordnet sind.
5 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Schaltschrank-Montageplatte nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Ähnliche Komponenten sind in den Ausführungsbeispielen mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei auf die Unterschiede ggf. im Einzelnen eingegangen wird und ansonsten auf die Beschreibung zu anderen Ausführungsbeispielen verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
1 und 2 zeigen einen beispielhaften Aufbau einer Schaltschrank-Montageplatte 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in welchem die Schaltschrank-Montageplatte 1 schichtweise aufgebaut ist. Die Schaltschrank-Montageplatte 1 umfasst eine Oberseite 11, an welcher die Vielzahl der Steckplätze 4 ausgebildet ist, und eine davon abgewandte Unterseite 12. Zwischen einer die Oberseite 11 bildenden Deckplatte 13 und einer die Unterseite 12 bildenden Grundplatte 14 befindet sich jeweils eine Leiterplatte für das Signalnetz 3 und eine Leiterplatte für das Leistungsnetz 2 sowie eine dazwischen liegende Isolationsschicht 6. Die Anordnung könnte aber auch anders herum sein.
Jeder Steckplatz 4 umfasst eine Aufnahmebuchse 42 für einen Stecker (52) zur Kontaktierung des Leistungsnetzes 2 und eine Aufnahmebuchse 43 für einen Stecker (53) zur Kontaktierung des Signalnetzes 3. Im ersten Ausführungsbeispiel sind die Aufnahmebuchsen 42, 43 nebeneinander angeordnet bzw. in Blickrichtung gesehen parallel zueinander ausgerichtet. Alternativ dazu können die Aufnahmebuchsen 42 und 43 auch identisch sein und beide für Leistungs- und Signalnetz verwendet werden.
Die Schaltschrank-Montageplatte 1 kann, neben der in 1 gezeigten Darstellung, noch weitere Schichten, Platten oder Ebenen für zum Beispiel unterschiedliche Spannungsstärken oder den Masseanschluss beinhalten. Zwischen zwei leitenden Schichten oder Platten, insbesondere zwischen der Leiterplatte für das Signalnetz 2 und der Leiterplatte für das Leistungsnetz 3, ist die Isolationsschicht 6 eingebracht. Das Grundprinzip des Konzepts liegt darin, alle aufgesteckten Schaltschrankkomponenten über ein zusammenhängendes Leistungs- bzw. Signalnetz 2, 3 zu versorgen. Die Leiterplatte für das Leistungsnetz 2 stellt dabei Energie bereit. Der Aufbau des Signalnetzes 3 bzw. die Leiterplatte für Signalnetz 3 gleicht dem des Leistungsnetzes 2. Die Herausforderung liegt hier in der Kommunikation der Schaltschrankkomponenten untereinander (Signale, Daten, ...). Da in diesem Fall alle Schaltschrankkomponenten über die Leiterplatte für das Signalnetz 3 verbunden sind, kann jedes gesendete Signal von jeder Schaltschrankkomponente empfangen werden. Demnach wird ein Adresssystem zur gegenseitigen Kommunikation benötigt. Das gesendete Signal wird so verschlüsselt sein, dass nur der gewünschte Empfänger das Signal auswerten kann, alle anderen Daten werden folglich ignoriert. Durch z.B. Aufmodulation von Frequenzen, Amplituden und Pulsweiten sind die unterschiedlichen Signale einzeln abrufbar. Der Leitungsquerschnitt von Leitern oder Leiterbahnen des Leistungsnetzes 2 ist vorzugsweise größer als der Leitungsquerschnitt von Leitern oder Leiterbahnen des Signalnetzes 3. Die Leitungsquerschnitte richten sich aber nach den jeweiligen Anforderungen und sind nicht zwingend vorgegeben.
2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie II-II aus 1, wobei der Schichtaufbau der erfindungsgemäßen Schaltschrank-Montageplatte 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel zu erkennen ist. Die Schichten der Schaltschrank-Montageplatte 1 sind parallel zueinander angeordnet, wobei die Isolationsschicht 6 zwischen der Leiterplatte für das Leistungsnetz 2 und der Leiterplatte für das Signalnetz 3 eine zur Isolation erforderliche Dicke aufweist und hier in der Mittelebene der Schaltschrank-Montageplatte 1 verläuft. Die Deckplatte 13 wie auch die Grundplatte 14 der Schaltschrank-Montageplatte 1 bestehen z.B. aus Isolierstoff. Der Isolierstoff ist zusätzlich um die Randseiten der Leiterplatten für das Leistungsnetz 2 und Signalnetz 3 geführt, sodass beide Leiterplatten vollständig voneinander und von der Umgebung isoliert sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Leiterplatte für das Leistungsnetz 2 weiter von der Oberseite 11 der Schaltschrank-Montageplatte 1 beabstandet als die Leiterplatte für das Signalnetz 3. Dadurch kann die Kühlung von Leistungskomponenten über das Leistungsnetz 2, welches vorzugsweise größere Leitungsquerschnitte als das Signalnetz 3 aufweist und demnach eine bessere Wärmeleitung aufweist, begünstigt werden.
Kabel in herkömmlichen Schaltschränken erzeugen je nach Leistungsübertragung und Querschnitt einen Widerstand. Durch eine entsprechende Dicke der Leiter, Leitungsbahnen oder Leiterplatten für das Leistungsnetz 2 und das Signalnetz 3 lassen sich die Widerstände stark reduzieren. Die Leitungsquerschnitte des Leistungsnetzes 2 sind vorzugsweise größer als die Leitungsquerschnitte des Signalnetzes 3. In der Regel werden rechteckige Leitungsquerschnitte bevorzugt. Die neue Schaltschrank-Montageplatte 1 kann zudem besonders effizient für die Wärmeableitung und Kühlung genutzt werden. Zum Einen über die große Fläche und ergänzend können zum Beispiel Kühlkanäle oder Kühl-Rippen als Kühleinrichtung eingebracht werden. In Verbindung mit Peltierelementen, Lüftern, Kühlaggregaten etc. kann die Kühlleistung der Kühleinrichtung noch verstärkt werden.
Die beschriebene Schaltschrank-Montageplatte 1 stellt ein grundlegend neuartiges System für den Schaltschrankbau dar. Mit der neuartigen Schaltschrank-Montageplatte 1 ist nahezu der gesamte, bisherige Produktionsablauf, beginnend von der mechanischen Bearbeitung der Montageplatte bis hin zum Verdrahten der einzelnen Komponenten, hinfällig. Die Schaltschrank-Montageplatte 1 wird als separates System produziert und kann anschließend bestückt werden. Durch die Standardisierung der Schaltschrank-Montageplatte 1, in Dimension und Anschlusszahl, ist keine zeitraubende Einzelkonfiguration und -fertigung mehr nötig. Der wichtigste Vorteil ist allerdings die Einsparung der Verdrahtung. Es müssen keine Kabel mit unterschiedlichen Merkmalen vorbereitet und auf der Schaltschrank-Montageplatte 1 verlegt werden. Dies erzeugt eine enorme Zeitersparnis gegenüber dem bisherigen Verfahren. Die thermische Belastung beim bestehenden Aufbau, hervorgerufen von übereinanderliegenden Kabeln und die Beeinträchtigung der Luftzirkulation durch Kabelkanäle, spricht ebenfalls für den kabellosen Schaltschrankbau. Zudem ist eine besonders effiziente Wärmeabfuhr über diese Platte möglich.
Ein beispielhafter Aufbau einer Steckverbindung zwischen einer Schaltschrankkomponente 5 und einer Schaltschrank-Montageplatte 1 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 3 im Schnitt schematisch dargestellt. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel sind die Aufnahmebuchsen 42, 43 eines Steckplatzes 4 beim zweiten Ausführungsbeispiel konzentrisch bzw. koaxial und nicht nebeneinander bzw. parallel angeordnet. Ansonsten ist das zweite Ausführungsbeispiel identisch zum ersten Ausführungsbeispiel. Um Wiederholungen zu vermeiden wird auf die obige Beschreibung zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.
Das Bestücken der neuartigen Schaltschrank-Montageplatte 1 mit Schaltschrankkomponenten 5 wird durch einfaches Aufstecken eines Steckers, der sich unmittelbar an der Schaltschrankkomponente 5 befindet, realisiert. Hier ist es denkbar, die Schaltschrankkomponente 5 direkt über Kontaktstecker 52, 53 für das Leistungs- und Signalnetz 2, 3 an der Schaltschrank-Montageplatte 1 zu befestigen oder durch ein zusätzliches Rastsystem rastend an der Schaltschrank-Montageplatte 1 festzulegen. Die Kontaktstecker 52, 53 können demnach kraftschlüssig und/oder formschlüssig in die entsprechenden, montageplattenseitigen Aufnahmebuchsen 42, 43 eingesetzt werden. An einer Zentrierung kann zusätzlich ein Rastsystem angebracht werden. Die Aufnahmebuchsen 42, 43 auf der Schaltschrank-Montageplatte 1 können nach einem geometrisch definierten Muster in die Platte eingebracht sein. Bei größeren Komponenten kann z.B. der Steckerabstand ein Vielfaches des Abstandes der Aufnahmebuchsen 42, 43 betragen. Die Anzahl der verwendeten Stecker richtet sich nach der Leistungsaufnahme einer Schaltschrankkomponente 5 oder deren sicheren Halt auf der Schaltschrank-Montageplatte 1. Um den vielseitigen Einsatzgebieten von Schaltschränken und der Ressourceneffizienz gerecht zu werden, bieten sich standardisierte Größenabstufungen der neuartigen Schaltschrank-Montageplatte 1 an. Diese differenten Formate unterscheiden sich nicht nur in der Dimension sondern halten auch unterschiedliche Anzahlen von Anschlussbuchsen 42, 43 bereit.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Spannung und Signale über ein und dieselbe Ebene laufen, ist schematisch in den 4 und 5 dargestellt. Anstatt der unterschiedlichen Ebenen bzw. Leiterplatten für das Leistungsnetz 2 und das Signalnetz 3 verlaufen die Leiterbahnen für das Leistungsnetz 2 und das Signalnetz 3 im dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Ebene.
Eine mögliche Anordnung für die Leiterbahnen ist in 4 zu sehen. Die Leiterbahnen für das Leistungsnetz 2 und das Signalnetz 3 beginnen vorzugsweise an einer gemeinsamen Seite, vorzugsweise einer Schmalseite bzw. Querseite der rechteckförmigen Grundplatte 14. Die jeweiligen Hauptleiterbahnen erstrecken sich beispielsweise parallel zueinander sowie parallel zu den Längsseiten der Grundplatte 14. Ausgehend von den jeweiligen Hauptleiterbahnen erstrecken sich senkrecht dazu Zweigleiterbahnen in Richtung der jeweils anderen Hauptleiterbahn, so dass die Leiterbahnen für das Leistungsnetz 2 und das Signalnetz 3 insgesamt kammförmig ineinandergreifen, um alle Steckplätze auf der Oberseite der Schaltschrank-Montageplatte 1 zu versorgen.
Der resultierende Aufbau der Schaltschrank-Montageplatte 1 ist im Querschnitt in 5 zu sehen. Für z.B. unterschiedliche Spannungen oder die Masseübertragung können auch weitere Leiter oder Leiterbahnen integriert werden.
Technische Anwendungsgebiete findet die neuartige Montageplatte 1 überall dort, wo Schaltschränke eingesetzt werden. In sämtlichen Industriezweigen gibt es heute komplexe Produktionsanlagen, welche mittels elektrischen und elektronischen Komponenten gesteuert werden. Hochautomatisierte Vertreter sind zum Beispiel die Automobilindustrie, die Produktion von Medikamenten, Klimatisierungsanlagen u.v.a.m.. Des Weiteren ist der Einsatz des neuen Systems in Sicherungs- und Schaltkästen denkbar.
Bezugszeichenliste

1: Schaltschrank-Montageplatte (Montageplatte)
2: Leistungsnetz (Leistungsnetz-Leiterplatte)
3: Signalnetz (Signalnetz-Leiterplatte)
4: Steckplätze
5: Schaltschrankkomponente
6: Isolierung
11: Oberseite (der Schaltschrank-Montageplatte)
12: Unterseite (der Schaltschrank-Montageplatte)
13: Deckplatte (der Schaltschrank-Montageplatte)
14: Grundplatte (der Schaltschrank-Montageplatte)
42, 43: Anschlussbuchsen
52, 53: Steckkontakte

Claims

Schaltschrank-Montageplatte (1) mit integriertem Leistungsnetz (2) und integriertem Signalnetz (3) sowie einer Vielzahl von Steckplätzen (4) für Schaltschrankkomponenten (5), wobei die Steckplätze (4) untereinander über das Leistungsnetz (2) und das Signalnetz (3) verbunden sind.
Schaltschrank-Montageplatte (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschrank-Montageplatte (1) eine Oberseite (11) und eine Unterseite (12) aufweist, wobei die Oberseite (11) die Vielzahl von Steckplätzen (4) aufweist, wobei das Leistungsnetz (2) und das Signalnetz (3) zwischen der Oberseite (11) und der Unterseite (12) der Schaltschrank-Montageplatte (1), vorzugsweise zwischen einer die Oberseite (11) bildenden Deckplatte (13) und einer die Unterseite (12) bildenden Grundplatte (14) der Schaltschrank-Montageplatte (1), angeordnet sind, wobei die Schaltschrank-Montageplatte (1) bevorzugt zwischen der Oberseite (11) und der Unterseite (12) umfangsseitig geschlossen ist.
Schaltschrank-Montageplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsnetz (2) und das Signalnetz (3) voneinander isoliert sind, wobei vorzugsweise wenigstens eine Isolationsschicht oder -platte (6) zwischen dem Leistungsnetz (2) und dem Signalnetz (3) angeordnet ist.
Schaltschrank-Montageplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsnetz (2) und das Signalnetz (3) wenigstens einen gemeinsamen Leiter und/oder wenigstens eine gemeinsame Leiterbahn und/oder wenigstens eine gemeinsame Leiterplatte aufweisen.
Schaltschrank-Montageplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsnetz (2) und/oder das Signalnetz (3) jeweils wenigstens einen eigenen Leiter und/oder jeweils wenigstens eine eigene Leiterbahn und/oder jeweils wenigstens eine eigene Leiterplatte aufweist/aufweisen.
Schaltschrank-Montageplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschrank-Montageplatte (1) gesonderte Leistungsnetze (2) für unterschiedliche Stromstärken und/oder ein Masseanschlussnetz aufweist, wobei jedes Leistungsnetz (2) und/oder das Masseanschlussnetz jeweils wenigstens einen eigenen Leiter und/oder jeweils wenigstens eine eigene Leiterbahn und/oder jeweils wenigstens eine eigene Leiterplatte aufweist/aufweisen.
Schaltschrank-Montageplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckplätze (4) matrixförmig in Linien und Zeilen angeordnet sind.
Schaltschrank-Montageplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einem der Steckplätze (4) eine Rasteinrichtung zugeordnet ist, um eine in dem Steckplatz (4) eingesteckte Schaltschrankkomponente (5) rastend an der Schaltschrank-Montageplatte (1) festzulegen.
Schaltschrank-Montageplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Steckplatz (4) einen Leistungsnetz-Kontakt (42) und einen Signalnetz-Kontakt (43) aufweist, wobei vorzugsweise der Leistungsnetz-Kontakt (42) und der Signalnetz-Kontakt (43) eines Steckplatzes (4) parallel oder koaxial zueinander ausgerichtet sind.
Schaltschrank-Montageplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltschrank-Montageplatte (1) wenigstens zwei unterschiedliche Kategorien von Steckplätzen (4) aufweist, wobei sich die Steckplätze (4) unterschiedlicher Kategorien in der Größe und/oder in der Anzahl von Steckplätzen unterscheiden.
Schaltschrank-Montageplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungsnetz (2) und das Signalnetz (3) in wenigstens einer Schicht oder Ebene der Schaltschrank-Montageplatte (1) angeordnet sind, vorzugsweise in derselben Schicht oder Ebene der Schaltschrank-Montageplatte (1) oder in unterschiedlichen Schichten oder Ebenen der Schaltschrank-Montageplatte (1), wobei bevorzugt das Leistungsnetz (2) in einer weiter von den Steckplätzen (4) der Schaltschrank-Montageplatte (1) beabstandeten Schicht oder Ebene der Schaltschrank-Montageplatte (1) angeordnet ist als das Signalnetz (3), sodass die Kontaktierung des Leistungsnetzes (2) ausgehend von den Steckplätzen (4) durch wenigstens die Schicht oder Ebene der Schaltschrank-Montageplatte (1) erfolgt, in welcher das Signalnetz (3) angeordnet ist.
Schaltschrank-Montageplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragung über das Signalnetz (3) verschlüsselt erfolgt, wobei die Verschlüsselung des Signals vorzugsweise durch Aufmodulation von Frequenzen und/oder Amplituden und/oder Pulsweiten erfolgt, sodass das Signal nur einen oder mehrere ausgewählte Steckplätze (4) anspricht.
Stecker zur Steckverbindung einer Schaltschrankkomponente (5) mit einem Steckplatz (4) der Schaltschrank-Montageplatte (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stecker einen Steckkontakt (52) zur Kontaktierung des Leistungsnetzes (2) und einen Steckkontakt (53) zur Kontaktierung des Signalnetzes (3) aufweist.