DE10336275B4

DE10336275B4 - Befestigung von austauschbaren Modulen mit integrierter EEx-i-tauglichen Zwangsabschaltung

Info

Publication number: DE10336275B4
Application number: DE2003136275
Authority: DE
Inventors: Michael BRÄUNLICH
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: DE10336275A1

Abstract

Baugruppe (2) zum Einstecken in ein Terminalmodul (1), mit einer an einem ersten Ende der Baugruppe (2) angebrachten Abstützvorrichtung (8) und einer an einem zweiten Ende der Baugruppe (2) angebrachten Schraube (6) zur Befestigung der Baugruppe (2) auf dem Terminalmodul (1),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Baugruppe (2) einen Schieber (4) aufweist, wobei der Schieber (4) derart ausgestaltet ist, dass die Schraube (6) bei gezogenem Schieber (4) zugänglich und bei gedrücktem Schieber (4) verdeckt ist und
dass die Baugruppe (2) eine Feder (7) zum Anheben der Schraube (6) bei unbefestigter Baugruppe (2) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe, ein Terminalmodul sowie ein Stecksystem zur sicherheitstechnischen Verriegelung der Baugruppe an dem Terminalmodul an einem Befestigungspunkt mit integrierter EEx-i-tauglicher Zwangsabschaltung.

Elektrische Anlagen, Geräte und Betriebsmittel werden, um sie besser an die Erfordernisse des Anwenders anpassen zu können, oft modular aufgebaut. Ist das modular aufgebaute Gerät eine elektrische Steuerung wird eine sinnvolle Modularität zumeist mit einer Aufteilung in passive (nicht störanfällige) Terminalmodule und aktive (daher auch störanfällige) Baugruppen bzw. Elektronikmodule erreicht. Durch eine Aneinandereihung mehrerer Terminal- und Elektronikmodule wird letztlich die vom Kunden gewünschte Funktion der Steuerung erreicht.

Um einen ungestörten Betrieb gewährleisten zu können müssen die störanfälligen Baugruppen bzw. Elektronikmodule auch unter Last austauschbar und montierbar sein. Die Anlage bzw. Teile der Anlage werden vor dem Wechsel der Baugruppen bzw. Elektronikmodule (im Folgenden zusammengefasst als Baugruppe) also nicht abgeschaltet. Ist aber eine elektrische Baugruppe beispielsweise über einen Stromkreis so mit einen Terminalmodul verbunden, dass beim Stecken oder Ziehen der elektrischen Baugruppe eine Funkenbildung am Steckverbinder zwischen der elektrischen Baugruppe und dem Terminalmodul nicht ausgeschlossen werden kann, so sind besondere konstruktive Maßnahmen vorzusehen, die eine derartige Funkenbildung verhindern.

Eine Möglichkeit besteht darin, die Verriegelung der elektrischen Baugruppe auf dem Terminalmodul so auszulegen, dass beim Betätigen des Verriegelungsmechanismus zwangsläufig eine interne Abschaltung der Baugruppe erfolgt. Hierbei muss gleichzeitig gewährleistet sein, dass in der Zeit zwischen der internen elektrischen Abschaltung und dem Lösen der elektrischen Baugruppe genügend Zeit vergeht, um noch in Kapazitäten oder Induktivitäten gespeicherte Energien sicher abzubauen. Beim Stecken der elektrischen Baugruppe muss dieser Mechanismus umgekehrt funktionieren, d.h. das interne Zuschalten der Baugruppe darf erst nach Abschluss des Steckvorganges möglich sein.

Aus der EP 0 304 772 A1 ist eine Verriegelung für Flachbaugruppen bekannt, die einen Austausch der Baugruppe unter Last verhindert, damit eine Funkenbildung ausgeschlossen ist. Die Anmeldung beschreibt ein Verriegelungssystem mit einer Schraube, die die Baugruppe mechanisch sichert und in ihrer Endstellung die Arbeitskontakte der Baugruppe schließt. Durch die Schraubenbetätigung ist eine ausreichende Verzögerungszeit für die Entladung der Baugruppe gewährleistet.

Die DE 197 43 044 A1 beschreibt eine elektrische Baugruppe, welche einen Verriegelungsmechanismus aufweist, bei dem eine elektronische Zwangsabschaltung erfolgt. Ein Schieber dient dabei zur Arretierung der elektrischen Baugruppe und zur Betätigung eines Schaltelements, dessen Zustand ausgewertet wird. Dadurch wird eine Trennung der Spannungsversorgung der Baugruppe ermöglicht.

Aus der DE 101 61 504 A1 ist eine Verriegelungsvorrichtung für elektrische Baugruppen bekannt, bei denen ein Schieber derart ausgestaltet ist, dass eine in einem Gewindedurchzug eingesetzte Schraube bei gezogenem Schieber zugänglich und bei gedrücktem Schieber verdeckt ist.

Aus der DE 103 303 20 A1 ist ein sicherheitstechnischer Verriegelungsmechanismus für elektrische Baugruppen mittels einer Schraube bekannt, bei dem die Schraube nur betätigt werden kann, wenn die Stromversorgung der Baugruppe über einen se kundären Stromkreis unterbrochen ist, wodurch beim Lösen bzw. Festdrehen der Schraube eine Funkenbildung vermieden wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen verbesserten Verriegelungsmechanismus für elektrische Baugruppen anzugeben.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Baugruppe zum Einstecken in ein Terminalmodul, mit einer an einem ersten Ende der Baugruppe angebrachten Abstützvorrichtung und einer an einem zweiten Ende der Baugruppe angebrachten Schraube zur Befestigung der Baugruppe auf dem Terminalmodul, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe einen Schieber aufweist, wobei der Schieber derart ausgestaltet ist, dass die Schraube bei gezogenem Schieber zugänglich und bei gedrücktem Schieber verdeckt ist und dass die Baugruppe eine Feder zum Anheben der Schraube bei unbefestigter Baugruppe aufweist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ab einer gewissen Größe bzw. Masse eine Baugruppe kraftschlüssig mit einem Terminalmodul verbunden werden muss. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Baugruppe eingehangen und aufgeschwenkt wird. Dann kann die kraftschlüssige Verbindung an einer Seite der Baugruppe erfolgen und muss nicht mehr oder weniger zentrisch ausgeführt sein. Die kraftschlüssige Verbindung erfolgt in der vorliegenden Erfindung durch die Schraube, wobei die Schraube nur zugänglich ist, wenn der Schieber gezogen ist. Ein gedrückter Schieber signalisiert hierbei einen fertigen Montagezustand, d.h. eine fertig gesteckte und verriegelte Baugruppe. In diesem Fall ist die Schraube nicht mehr zugänglich und die Baugruppe kann auch nicht gelöst werden. Ein Zugang zur Schraube und ein Lösen der Baugruppe kann erst bei gezogenem Schieber erfolgen. Die Verbindung der Baugruppe mittels einer Befestigungsschraube mit dem Terminalmodul ist vor allem für große Baugruppen oder Baugruppen mit hoher Masse vorteilhaft. Vorteilhaft ist außerdem die deutliche Visualisierung des ab- bzw. zugeschalteten Zustands der elektrischen Baugruppe durch den gezogenen bzw. gedrückten Schieber.

Durch die Feder, die die Schraube in unbefestigtem Zustand anhebt bzw. aus ihrer Position in der Baugruppe hervorhebt, ist gewährleistet, dass der Schieber in unbefestigtem Zustand nicht dauerhaft ohne Kraftaufwand gedrückt sein kann. Die angehobene Schraube würde den Schieber in eine gezogenen Stellung zurückbewegen, wenn beispielsweise ein Monteur keinen Druck auf den Schieber mehr ausübt. Der "nicht fertig montierte" Zustand wäre sofort erkennbar.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass die bei unbefestigter Baugruppe angehobene Schraube zur Verhinderung eines vollständigen Aufschwenkens der Baugruppe auf das Terminalmodul vorgesehen ist, wodurch eine Kontaktierung stromführender Stifte eines Steckverbinders zwischen der Baugruppe und dem Terminalmodul unterbleibt. Hierdurch wird gewährleistet, dass während der Montage (Stecken) und Demontage (Ziehen) eines Elektronikmoduls bzw. einer Baugruppe verhindert wird, dass es an den stromführenden Stiften eines Steckverbinders, welcher die Baugruppe bzw. das Elektronikmodul mit einem Terminalmodul elektrisch verbindet, zur Entstehung eines Lichtbogens oder Zündfunkens kommen kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Feder eine die Schraube umfassende Spiralfeder ist. Bei dieser Ausbildung der Erfindung kann die Wirkung der Feder, die Schraube anzuheben, auf besonders einfache Weise erzielt werden. Eine Spiralfeder ist einfach in der entsprechenden Position anzubringen und übt im Verhältnis zur Größe bzw. zum benötigten Raum eine besonders hohe Federwirkung aus. Der Druck, der auf den Schieber ausgeübt werden muss, damit dieser in der geschlossenen Position bleibt ist bei Verwendung einer Spiralfeder genügend groß. Der Schieber kann also nicht fälschlicherweise in geschlossener Position verbleiben, ohne dass die Schraube angezogen und damit die Baugruppe befestigt ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung der Schraube derart vorgesehen ist, dass die Schraube bei vollständig aufgeschwenkter Baugruppe in ein am Terminalmodul angebrachtes Aufnahmeelement eindrehbar ist. Erst, wenn die Baugruppe in der korrekten Position ist und die stromführenden Stifte des Steckverbinders in das Terminalmodul eingeführt sind, kann die Schraube festgezogen und anschließend der Schieber geschoben werden, so dass der Schraubenkopf verdeckt ist. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen Baugruppe und Terminalmodul kann somit nur in der korrekten Position erfolgen.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber Kontaktelemente zum Schalten einer Stromversorgung für die Baugruppe aufweist. Die Schaltung der Stromversorgung erfolgt durch diese vorteilhafte Ausbildung der Erfindung erst bei Bewegen des Schiebers. Eine frühzeitige Stromversorgung beim Stecken bzw. eine noch existierende Stromversorgung beim Ziehen der Baugruppe wird hierdurch verhindert. Eine Funkenbildung beim Wechseln der Baugruppe, wie sie in sicherheitsrelevanten Bereichen verhindert werden muss, unterbleibt durch diese mögliche Ausbildung.

Eine weitere vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente zur Schaltung eines eigensicheren Hilfsstromkreises auf der Baugruppe vorgesehen sind, wobei über den Hilfsstromkreis eine elektrische Trennung eines kritischen internen Stromkreises vorgesehen ist. Die zweikreisige Implementierung der Schaltung der Stromversorgung für die elektrische Baugruppe führt zu einer höheren Sicherheit und einer Reduktion der Gefahr durch Funkenbildung. Ein sicheres Wechseln der Baugruppe wird hierdurch ermöglicht.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung des kritischen internen Stromkreises bei gezogenem Schieber vorgesehen ist und dass die Aktivierung des internen kritischen Stromkreises bei gedrücktem Schieber vorgesehen ist. Durch diese vorteilhafte Ausbildung wird dem Monteur der Baugruppe auf einfache Weise signalisiert, wann die Baugruppe mit Spannung versorgt wird und somit in einem arbeitsfähigen Status ist bzw. wann die Baugruppe ohne interne Stromversorgung ist und somit gefahrlos gewechselt werden kann.

Durch die Feder, die die Schraube in unbefestigtem Zustand anhebt ist es möglich, zu verhindern, dass der Schieber in unbefestigtem Zustand in eine gedrückte Position gebracht wird, und somit der interne Stromkreis der Baugruppe aktiviert wird, ohne dass die Baugruppe durch die Schraube fest am Terminalmodul verriegelt ist.

Mit einer mutwillig gedrückten Schraube lässt sich wiederum die Baugruppe nicht aufschwenken, weil der herausragende Schraubenschaft das im Terminalmodul befindliche Befestigungselement nicht trifft. Die Baugruppe lässt sich in diesem Zustand nur soweit an das Terminalmodul heranschwenken, dass sich keine Kontakte der Steckverbindung berühren können.

Nur wenn die Schraube fest angezogen ist, lässt sich der Schieber in den gedrückten Zustand bringen und die Baugruppe wird mit Strom versorgt. In gedrücktem Zustand wiederum kann die Schraube nicht gelöst werden und die Baugruppe kann somit nicht gewechselt werden, ohne dass vorher der Schieber gezogen und damit die kritische interne Stromversorgung unterbrochen wird. Eine sichere Verriegelung der Baugruppe im Terminalmodul vor Aktivierung des kritischen internen Stromkreises wird durch diese vorteilhafte Ausbildung der Erfindung gewährleistet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
1 eine elektrische Baugruppe mit einem Terminalmodul in unverriegeltem Zustand,
2 eine elektrische Baugruppe mit einem Terminalmodul in verriegeltem Zustand.
1 zeigt die Baugruppe bzw. das Elektronikmodul 2 in nicht vollständig aufgeschwenkter Position. Die Baugruppe bzw. das Elektronikmodul 2 wird am oberen Ende des Terminalmoduls 1 in die Abstützvorrichtung 8 eingehangen und eingeschwenkt. Die beiden Steckverbinderhälften 3 sind getrennt. Der Schieber 4 ist an der oberen Position eingerastet und hat dadurch den Kontakt über die Kontaktelemente 5 in der Baugruppe bzw. im Elektronikmodul 2 sind geöffnet. Die Befestigungsschraube 6 wird durch eine Feder 7 nach vorn gedrückt.
Wird bei manuell hineingedrückter Befestigungsschraube 6 der Schieber 4 nach unten geschoben und damit der Kontakt 5 geschlossen, muss der Schieber 4 in dieser Position festgehalten werden, da die Feder 7 ansonsten die Befestigungsschraube 6 und damit auch den Schieber 4 wieder nach oben schieben würde.
Würde das Elektronikmodul 2 trotzdem mit in dieser Position festgehaltenem Schieber 4 auf das Terminalmodul 1 aufgeschwenkt, verhindert die herausragende Befestigungsschraube 6 ein vollständiges Aufschwenken und damit die Kontaktierung der Steckverbinder 3. Auch ein teilweises nach oben Schieben des Schiebers 4 und damit eine teilweise Freigabe der Schraube würde zu einer Abschaltung des Kontaktes 5 führen, bevor die Steckverbinder in Eingriff kämen bzw. vorgeschriebene Trennabstände unterschritten würden. Eine Fehlbedienung oder Manipulation ist damit ausgeschlossen.
2 zeigt die Baugruppe bzw. das Elektronikmodul 2 in vollständig aufgeschwenkter Position. Die beiden Steckverbinderhälften 3 sind verbunden. Der Schieber 4 ist an der unteren Position eingerastet und hat dadurch den Kontakt über die Kontaktelemente 5 im Elektronikmodul 2 geschlossen. Die Befestigungsschraube 6 ist angezogen und die Feder 7 entsprechend gespannt.
Wird das Elektronikmodul 2 vollständig auf das Terminalmodul 1 aufgeschwenkt, erreicht die schräg angeordnete Befesti gungsschraube 6 eine Position, in der sie in eine im Terminalmodul 1 befindliche, ebenfalls schräg angebrachte, Bohrung (mit innenliegender Mutter) eintauchen kann. Nach dem Festziehen der Schraube ist es möglich, den Schieber 4 vollständig nach unten zu schieben, wo er ebenfalls verrastet. In dieser Position schließt der Schieber 4 den Kontakt über die Kontaktelemente 5 und verdeckt vollständig die Befestigungsschraube 6.
Beim Lösen des Elektronikmoduls 2 wird die Befestigungsschraube 6 erst zugänglich, wenn der Schieber 4 in die obere Position gebracht wird. Damit ist das Elektronikmodul 2 sicher abgeschaltet.
Im konkreten Fall handelt es sich um eine elektronische Steuerung die in explosionsgefährdeten Bereichen (EEx-i-Bedingungen) eingesetzt wird und deren einzelne Elektronikmodule 2, ohne Abschaltung der Versorgungsspannung montiert und ausgetauscht werden können sollen. Dabei muss während der Montage (Stecken) und Demontage (Ziehen) eines Elektronikmoduls 2 verhindert werden, dass es an den stromführenden Stiften eines Steckverbinders, welcher Elektronikmodul 2 und Terminalmodul 5 elektrisch verbindet, zur Entstehung eines Lichtbogens oder Zündfunkens kommen kann. Hierzu muss das Elektronikmodul 2 unter Einhaltung von bestimmten Luft- und Kriechstrecken während des Montagevorganges sicher abgeschaltet werden. Die konstruktive Lösung der Sicherheitseinrichtung ist dabei so ausgeführt, dass es weder durch Manipulationen am Gerät oder durch Fehlbedienungen zu Betriebszuständen kommen kann, die zur Entstehung eines Lichtbogens oder Zündfunkens führen.
Zusammenfassend beschreibt die Erfindung eine elektromechanische Sicherheitseinrichtung zur Befestigung einer Baugruppe 2 auf einem Terminalmodul 1, die zwangsläufig während des Ziehens und Steckens der Baugruppe 2 einen elektrischen Kontakt öffnet während sie gleichzeitig die mechanische Arretierung der Baugruppe bzw. des Elektronikmoduls 2 im Betriebszustand gewährleistet. Die für ein sicheres Ziehen und Stecken der Baugruppe notwendige zeitliche und räumliche Positionsabfolge des elektrischen Kontaktes, wird durch einen an der Baugruppe bzw. am Elektronikmodul 2 befestigten beweglichen Schieber 4 erreicht. Dieser ermöglicht je nach Position den Zugang zu einer Befestigungsschraube 6 oder verhindert ihn. Dabei wird durch an dem Schieber 4 angebrachte Kontaktelemente 5 das Elektronikmodul 2 ab- oder zugeschaltet.

Claims

Baugruppe (2) zum Einstecken in ein Terminalmodul (1), mit einer an einem ersten Ende der Baugruppe (2) angebrachten Abstützvorrichtung (8) und einer an einem zweiten Ende der Baugruppe (2) angebrachten Schraube (6) zur Befestigung der Baugruppe (2) auf dem Terminalmodul (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (2) einen Schieber (4) aufweist, wobei der Schieber (4) derart ausgestaltet ist, dass die Schraube (6) bei gezogenem Schieber (4) zugänglich und bei gedrücktem Schieber (4) verdeckt ist und dass die Baugruppe (2) eine Feder (7) zum Anheben der Schraube (6) bei unbefestigter Baugruppe (2) aufweist.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bei unbefestigter Baugruppe (2) angehobene Schraube (6) zur Verhinderung eines vollständigen Aufschwenken der Baugruppe (2) auf das Terminalmodul (1) vorgesehen ist, wodurch eine Kontaktierung stromführender Stifte eines Steckverbinders (3) zwischen der Baugruppe (2) und dem Terminalmodul (1) unterbleibt.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (7) eine die Schraube umfassende Spiralfeder ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung der Schraube (6) derart vorgesehen ist, dass die Schraube (6) bei vollständig aufgeschwenkter Baugruppe (2) in ein am Terminalmodul (1) angebrachtes Aufnahmeelement eindrehbar ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (4) Kontaktelemente (5) zum Schalten einer Stromversorgung für die Baugruppe (2) aufweist.
Baugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (5) zur Schaltung eines und/oder mehrerer eigensicheren Hilfsstromkreises auf der Baugruppe (1) vorgesehen sind, wobei über den und/oder die Hilfsstromkreis(e) eine elektrische Trennung eines und/oder mehrerer kritischen internen Stromkreise vorgesehen ist.
Baugruppe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung der kritischen internen Stromkreise bei gezogenem Schieber (4) vorgesehen ist und dass die Aktivierung der internen kritischen Stromkreise bei gedrücktem Schieber (4) vorgesehen ist.
Terminalmodul zur Aufnahme einer Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Abstützvorrichtung (8) am Terminalmodul (1) zum Einlegen der Baugruppe (2).
Terminalmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Terminalmodul (1) ein Aufnahmeelement zur Aufnahme einer Schraube (6) aufweist.
Terminalmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement eine Bohrung mit innen liegender Mutter ist.
Stecksystem mit einer Baugruppe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder mit einem Terminalmodul (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10.