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Stand der Technik
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Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum elektrischen und mechanischen Verbinden von Modulen eines modularen Automatisierungssystems, gemäß dem Schutzanspruch 1.
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Rückwandbussysteme zum Übertragen von Daten und Steuersignalen zwischen nach Art einer Reihenklemme auf einer Tragschiene aneinandergereihten Busteilnehmern sind seit langem bekannt.
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Beispielsweise ist aus der
DE 197 10 768 C2 ein elektrisches Gerät mit einem zweiteilig ausgebildeten Gehäuse zum Aufsetzen auf eine Tragschiene bekannt. Im Oberteil des Gehäuse ist wenigstens eine Leiterplatte und im Sockelteil sind in Längsrichtung der Tragschiene weisende Kontakten für eine Daten- und/oder Energiebusverbindung mit benachbarten, auf die Tragschiene aufgesetzten und korrespondierende Kontakte aufweisenden Geräten angeordnet. Das Oberteil ist mit dem Sockelteil über eine erste Verriegelung und das Sockelteil mit der Tragschiene über eine zweite Verriegelung lösbar verbindbar. Um ein unbeabsichtigtes Lösen des Sockelteils von der Tragschiene sicher auszuschließen ist die zweite Verriegelung erst nach dem Entriegeln der ersten Verriegelung und nur nach der Abnahme des Oberteils vom Sockelteil entriegelbar. Die erste und zweite Verriegelung sind jeweils als Rastverbindung ausgeführt, wobei hierzu am Oberteil ein federnder Rastarm vorgesehen ist, während am Sockelteil zum Rastarm korrespondierende Rasthaken vorgesehen sind. Weiterhin ist vorgesehen, dass das Oberteil auf das Sockelteil aufschwenkbar ist, wobei die erste Verriegelung einen von der Außenseite des Gehäuses manuell zu betätigenden Griff oder Eingriffsabschnitt am Rastarm zum Lösen des Oberteils vom Sockelteil aufweist. Die von der ersten Verriegelung völlig unabhängige zweite Verriegelung weist einen federbelasteten Riegel am Sockelteil zum einseitigen Verriegeln der Tragschiene auf. Vorzugsweise ist der Riegel dabei im Bereich der Unterseite des Sockelteils angeordnet und damit von außen her an sich nicht zugänglich. Zum Öffnen der zweiten Verriegelung ist am Riegel eine Betätigungsöffnung und auf der Oberseite des Sockelteils eine Einführöffnung für ein Werkzeug, beispielsweise einen Schraubendreher, vorgesehen, wobei die Betätigungsöffnung derart versetzt zur Einführöffnung angeordnet ist, dass beim Einführen des Werkzeugs in die Betätigungs- und Einführöffnung der Riegel entgegen der Federbelastung bewegt und das Sockelteil freigegeben wird. Dadurch ist die Verriegelung des Sockelteils zur Tragschiene erst nach Entriegelung des Oberteils und deren Abnahme lösbar.
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Weiterhin ist aus der
DE 197 48 530 B9 ein modularen Automatisierungsgerät mit anreihbaren, auf einer Tragschiene gehaltenen Basismodulen mit Aussenkontakten bekannt, wobei das Basismodul mit einem Elektronikmodul kontaktierbar ist, das selbst keine Aussenkontakte aufweist, und wobei das Basismodul mit einem benachbarten Basismodul kontaktierbar ist. Das Basismodul weist neben Steuerleitungen auch stromtragfähige Verbindungsleitungen auf, die zur Kontaktierung auf der einen Außenseite des Basismoduls in ersten Kontaktmitteln und auf der gegenüberliegenden Außenseite des Basismoduls in zweiten, zu den ersten Kontaktmitteln korrespondierend ausgebildeten Gegenkontaktmitteln münden. Um anreihfähige Module für ein Automatisierungsgerät anzugeben, die einerseits sowohl die Weiterleitung von Steuersignalen als auch die Weiterleitung von im Vergleich zu den Steuersignalen vergleichsweise hohen Strömen gestatten und andererseits auch die Nachbarmodule bei hohen Schock- und Rüttelbeanspruchungen sicher kontaktieren müssen ist im Einzelnen in räumlichem Zusammenhang mit den ersten Kontaktmitteln ein Schutzkragen und in räumlichem Zusammenhang mit den Gegenkontaktmitteln eine zu dem Schutzkragen formschlüssige korrespondierende Ausnehmung vorgesehen. Zum Aufrasten des Basismoduls auf die Tragschiene sind Vorrichtungen zum beidseitigen Eingriff mit der Tragschiene vorgesehen, wobei die erste Vorrichtung eine im wesentlichen hakenförmige Ausnehmung des Basismoduls ist und wobei die zweite Vorrichtung ein beweglich gelagerter, insbesondere gefederter, Schieber ist. Mit dem Schieber verbunden oder mit diesem betätigbar ist eine Verlängerung vorgesehen, die einen in eine korrespondierende Ausnehmung eingeführten Haken eines Nachbarmoduls in der Ausnehmung arretiert. Ferner ist das Basismodul im Kontaktbereich zur Kontaktierung des Elektronikmoduls derart ausgestaltet, dass das Elektronikmodul ausschließlich seitenrichtig an den Kontaktbereich heranführbar ist. Dazu sind am Basismodul mit diesem einstückig verbundenen Führungselemente vorgesehen, die mit korrespondieren ausgestalteten Ausnehmungen des Elektronikmoduls zusammenwirken und damit ausschließlich das seitenrichtige Heranführen des Elektronikmoduls an den Kontaktbereich ermöglichen. Die Handhabung erfolgt in mehreren Schritten. Im ersten Schritt wird das Basismodul in die Hutschiene eingehängt; im zweiten Schritt wird das Basismodul auf die Hutschiene aufgeschwenkt und im dritten und letzten Schritt wird das Basismodul seitlich in Richtung auf ein bereits aufgeschwenktes Nachbarmodul verschoben. Beim Trennen der Baugruppen muss der Schieber über einen Schraubendreher aus seiner Endstellung gebracht werden. Hierzu befindet sich im unteren Bereich des Basismodules eine entsprechende Ausprägung, in welche die Klinge des Schraubendrehers zur Betätigung des Schiebers einführbar ist.
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Weiterhin ist aus der
EP 0 909 122 B1 ein elektronisches Gerät zum Aufsetzen auf eine Tragschiene bekannt, bei dem das Gehäuse aus einem Gehäuseoberteil und aus einem Gehäuseunterteil besteht, das Gehäuseoberteil Anschlüsse für elektrische Leitungen aufweist, die Anschlüsse des Gehäuseoberteils über Steckerkontakte mit dem Gehäuseunterteil verbunden sind und das Gehäuseunterteil zum einen eine Elektronik enthält und zum anderen die Verbindung zu einem Bus-System herstellt. Um Montage- und Inbetriebnahmearbeiten einfacher durchführen und die Elektronik oder die Anschlüsse des Gerätes leicht an neue, veränderte Anforderungen anpassen zu können, sind sowohl das Gehäuseoberteil als auch das Gehäuseunterteil insbesondere werkzeuglos voneinander bzw. von der Tragschiene lösbar, wobei mehrere Geräte benachbart zueinander auf der Tragschiene aufrastbar und über selbstaufbauende Stromschienen miteinander kontaktierbar sind. Im Einzelnen ist vorgesehen, dass das Gehäuseoberteil auf das Gehäuseunterteil aufschwenkbar ist und über eine Verriegelung, die aus einem an dem Gehäuseoberteil angebrachten federnden Rastarm und einem korrespondierenden, an dem Gehäuseunterteil angebrachten Rasthaken besteht, befestigt werden kann. Das Gehäuseunterteil weist seinerseits zwei federnde Rastarme auf, über die die an der Unterseite des Gehäuseunterteils angeordneten Rasthaken betätigt werden können, mit Hilfe derer das Gehäuseunterteil auf der Tragschiene lösbar befestigt ist. Weiterhin übernimmt einer der beiden Rastarme des Gehäuseunterteils gleichzeitig die Funktion des Rasthakens für den korrespondierenden Rastarm des Gehäuseoberteils. Die selbstaufbauende Stromschiene, mit deren Hilfe auf der Tragschiene benachbart aufgerastete elektronische Gerät kontaktiert werden, besteht vorzugsweise aus einem auf der einen Seite des Gehäuseunterteils überstehenden Messerkontakt und einer auf der anderen Seite überstehenden doppelschenkligen Kontaktaufnahme für diesen Messerkontakt. Schließlich ist am oberen Rand des Gehäuseunterteils ein zusätzliches Gehäuseelement schwenkbar angelenkt und dieses Gehäuseelement dient zur Aufnahme einer Sicherung. Ist die Sicherung defekt, so kann ohne ein spezielles Werkzeug das Gehäuseoberteil gelöst bzw. aufgeschwenkt und dann das Gehäuseelement mit der defekten Sicherung aus dem Gehäuseunterteil herausgeschwenkt und die Sicherung ausgetauscht werden. Zum Lösen des elektronischen Gerätes von der Tragschiene wird durch Drücken mit einem Finger auf den Griffabschnitt des Rastarmes die Verbindung zwischen Rastarm und Rasthaken gelöst. Nun kann das Gehäuseoberteil um den Lagerkopf geschwenkt und dann ganz von dem Gehäuseunterteil abgehoben werden. Um das Gehäuseunterteil von der Tragschiene zu lösen, wird gleichzeitig auf die beiden Griffabschnitte an den Rastarmen gedrückt, so dass die Verrastung zwischen den Rasthaken und der Tragschiene gelöst wird. Dieses Lösen des Gehäuseunterteils kann auf einfache Weise mit einer einzigen Hand geschehen.
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Weiterhin ist die Verbindung benachbarter elektronischer Geräte, die auf eine gemeinsame Hut- oder Tragschiene aufgeschoben oder aufgesteckt sind, über sogenannte Reihenklemmen bekannt und gebräuchlich. Beispielsweise ist aus der
DE 44 02 001 B4 ein Ein-/Ausgabe-Modul für einen Datenbus bekannt, das einen Anschluss an den als Sammelschiene ausgestalteten Datenbus und an die Stromversorgungsleitungen auf einfache Weise ohne zusätzliche Verbindungsleitungen ermöglicht. Das Ein-/Ausgabe-Modul ist benachbart zu anderen Ein-/Ausgabe-Modulen auf einer Tragschiene aufrastbar. Weiterhin ist ein Basisklemmenblock vorgesehen, der in einem Isolierstoffgehäuse mehrere vertikal zur Tragschiene ausgerichtete, parallel zueinander angeordnete Anschlussebenen mit Klemmstellen für die parallele Verdrahtung von jeweils einem Busteilnehmer pro Anschlussebene in der Art einer Reihenklemme aufweist. Auf dem Basisklemmenblock ist eine E/A-Elektronik aufsteckbar, welche die Busteilnehmer mit einem seriellen, durch den Basisklemmenblock hindurchgeschleiften Datenbus verbindet, indem die Datenbusleitungen und die Stromversorgungsleitungen der Sammelschiene für die E/A-Elektronik durch den Basisklemmenblock hindurchgeschleift sind. Das Isolierstoffgehäuse des Basisklemmenblocks weist einen flachen Bodenkanal auf, der sich parallel zur Tragschiene über die ganze Breite des Basisklemmenblocks erstreckt. Weiterhin ist in dem Bodenkanal eine sich über die ganze Breite des Basisklemmenblocks erstreckende Leiterplatte, die Leiterbahnen für die Datenbusleitungen und für die Stromversorgungsleitungen der E/A-Elektronik aufweist, derart angeordnet, dass die E/A-Elektronik zum Kontaktieren der Leiterbahnen von oben auf die Leiterplatte aufsteckbar ist. Schließlich sind die Leiterbahnen der Leiterplatten von benachbart auf der Tragschiene aufgerasteten Ein-/Ausgabe-Modulen mittels eines U-förmigen Elektronikbrückers miteinander verbindbar, der von oben auf die Endstücke benachbarter Leiterplatten aufsteckbar ist. In weiterer Ausgestaltung ist für jede Anschlussebene oder für einzelne Gruppen von Anschlussebenen eines Basisklemmenblocks jeweils ein eigener Ein-/Ausgabe-Elektronikbaustein auf die im Bodenkanal angeordnete Leiterplatte aufsteckbar, d. h. 1-zu-1-Zuordnung (Basisklemmenblock, Ein-/Ausgabe-Elektronikbaustein, Busteilnehmer, beispielsweise Sensor) pro Anschlussebene. Dadurch lassen sich auf einer handelsüblichen Tragschiene eine große Anzahl von Anschlussebenen für die Teilnehmer eines Datenbusses installieren, wobei für jede einzelne Anschlussebene oder für bestimmte Gruppen von Anschlussebenen auch noch nachträglich, d. h. nach der Aufrastung des Basisklemmenblocks die jeweilige Gattung der Anschlussebene (Eingang oder Ausgang) durch Aufstecken eines entsprechenden E/A-Elektronikbausteins definiert werden kann. Für den Anwender ist die einfache Verwendung eines Elektronikbrückers zum Durchverbinden der Datenbusleitungen und der Stromversorgungsleitungen für die E/A-Elektronik von Vorteil. Die Elektronikbrücker sind lediglich in die in dem Bodenkanal angeordneten Leiterplatten einzustecken was dem Anwender bereits in Form von anderen Querbrückungssystem bekannt ist.
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Ein ähnlich ausgestaltetes Ein-/Ausgabe-Modul für einen Datenbus ist aus der
DE 44 02 002 B4 bekannt. Um Ein-/Ausgabe-Module für einen Datenbus zu schaffen, die eine hohe Modularität haben und die in einfachster Weise auf eine handelsübliche und unveränderte Tragschiene aufzurasten sind, wobei zugleich beim Aufrastvorgang automatisch die Verbindung zu den Datenbus- und Stromversorgungsleitungen hergestellt sein soll, sind die Ein-/Ausgabe-Modul jeweils in an sich bekannter Weise als separate Einzelreihenklemmen oder zu mehreren in einer Gruppe von Einzelreihenklemmen auf die Tragschiene aufrastbar, wobei jede Einzelreihenklemme, auch der Gruppe, jeweils eine eigene E/A-Elektronik aufweist, die in die Einzelreihenklemme eingebaut oder auf diese aufsteckbar ist; d. h. 1-zu-1-Zuordnung (Einzelreihenklemme, Ein-/Ausgabe-Elektronik, Busteilnehmer, beispielsweise Sensor). Sowohl die Datenbusleitungen als auch die Stromversorgungsleitungen der Sammelschiene für die E/A-Elektronik sind in die Einzelreihenklemme integriert und durch diese hindurchgeschleift, indem jede Einzelreihenklemme und jede Gruppe von Einzelreihenklemmen in ihren Seitenflächen zu den Nachbarklemmen jeweils Druckkontakte aufweisen, derart, dass die Druckkontakte beim Aufrasten der Einzelreihenklemmen oder der Gruppe von Einzelreihenklemmen auf die Tragschiene automatisch einander kontaktieren, so dass die auf die Tragschiene aufgerastete Einzelreihenklemme oder Gruppe von Einzelreihenklemmen zu einem Klemmenbus mit durchgehenden Datenbus- und Stromversorgungsleitungen verbunden sind. Die Leistungsstromversorgung für die an die Klemmstellen der Einzelreihenklemmen angeschlossenen Busteilnehmer erfolgt mittels Leistungsstrombrücker der Sammelschiene, die an den Seitenflächen jeder Einzelreihenklemme oder Gruppe von Einzelreihenklemmen fest angeordnet sind, und die beim Aufsetzen der Einzelreihenklemme oder Gruppe von Einzelreihenklemmen auf die Tragschiene automatisch ineinander greifen derart, dass die Leistungsstrombrücker jeweils aus einem Kontaktmesser und einer federnden Kontaktgabel bestehen, die wechselseitig an den Seitenflächen der Einzelreihenklemme oder Gruppe von Einzelreihenklemmen vorhanden sind und die beim Aufsetzen der Einzelreihenklemme oder Gruppe von Einzelreihenklemmen auf die Tragschiene in Querrichtung ineinander greifen. Insbesondere bilden die Leistungsstrombrücker die Endstücke einer stabförmigen Flachschiene, die als Sammelleitung intern durch die Einzelreihenklemme oder Gruppe von Einzelreihenklemmen hindurchgeführt ist.
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Weiterhin ist aus der
DE 196 50 988 C2 eine Reihenklemme mit eingebauter oder aufsteckbarer Elektronik bekannt, von denen mehrere mit ihren Seitenflächen benachbart zueinander auf eine Tragschiene aufrastbar sind und die jeweils ein Isolierstoffgehäuse mit einer oberen Sichtfläche aufweisen, über die die Klemmanschlüsse der Reihenklemme zum Anschließen elektrischer Leiter zugänglich sind. Das Isolierstoffgehäuse besitzt eine vordere und eine hintere Stirnfläche, zwischen denen quer zur Längserstreckung der Tragschiene die Klemmentiefe gemessen wird. Um die Reihenklemme auf der Feldseite an den Bedarf der Klemmanschlüsse anpassen zu können, weist die vordere und/oder hintere Stirnfläche des Isolierstoffgehäuses der Reihenklemme eine mechanische Andockvorrichtung für mindestens eine zusätzliche Klemme (sogenannte Andockklemme) auf, die beim mechanischen Andockvorgang automatisch mindestens einen an oder in der Stirnfläche des Isolierstoffgehäuses vorhandenen elektrischen. Stirnkontakt kontaktiert, und der Andock-Stirnkontakt ist über eine klemmeninterne Leitung mit der internen Elektronik der Reihenklemme verbunden. Die Andockvorrichtung kann durch eine oder zwei an der Stirnfläche des Isolierstoffgehäuses angeformte Führungsschienen gebildet sein, in welche die Andockklemme mit einem korrespondierenden Schienenprofil – ausgehend von der oberen Frontfläche der Reihenklemme – einschiebbar ist. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass in die stirnseitigen Andock-Führungsschienen zwei oder mehrere Andockklemmen einschiebbar und in verschiedenen Höhenebenen positionierbar sind. Auch ist es möglich, eine Andockklemme in einem Isolierstoffgehäuse 2-polig mit je einem Stirnkontakt für jeden Pol auszuführen, und die Reihenklemmen in korrespondierender Weise mit zwei Andock-Stirnkontakten in der Stirnfläche des Isolierstoffgehäuses der Reihenklemme auszubilden.
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Eine ähnliche Reihenklemme mit seitlichen Brückungskontakten ist aus der
DE 196 50 989 C2 bekannt. Um eine Reihenklemme zu schaffen, die als Einzelklemme auf der Feldseite individuell an den Bedarf eines PE- oder N-Leiteranschlusses und/oder eines Schirmleiteranschlusses angepasst werden kann, weist die vordere und/oder hintere Stirnfläche des Isolierstoffgehäuses der Reihenklemme eine mechanische Andockvorrichtung für mindestens eine zusätzliche Klemme (sogenannte Andockklemme) auf, die beim mechanischen Andockvorgang automatisch mindestens einen an oder in der Stirnfläche des Isolierstoffgehäuses vorhandenen elektrischen Stirnkontakt kontaktiert, und der Andock-Stirnkontakt ist mit je einem an oder in den Seitenflächen des Isolierstoffgehäuses der Reihenklemme vorhandenen Brückungskontakt elektrisch verbunden. Hierdurch ist gewährleistet, dass alle Reihenklemmen immer bereits in ihrer Grundausstattung eine elektrische Querverbindung für das Andocken einer Andockklemme bereitstellen, unabhängig davon, ob diese Querverbindung durch alle benachbarten Reihenklemmen hindurch durch Andocken einer einzelnen Andockklemme genutzt wird. Das stirnseitige Andocken zusätzlicher Andockklemmen an Reihenklemmen zeichnet sich dadurch aus, dass dies in Verbindung mit jeder Reihenklemme verwirklicht werden kann, unabhängig davon, ob die Reihenklemme als I/0-Modul für Bussysteme eine interne Elektronik besitzt oder ob es sich um eine traditionelle Reihenklemme ohne Elektronikteil für Standard-Verdrahtungsaufgaben handelt. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass ein Andock-Stirnkontakt an der Stirnfläche des Isolierstoffgehäuses der Reihenklemme zusätzlich mit der Tragschiene der Reihenklemme elektrisch verbunden ist.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2005 028 735 B4 eine Überwachungs- und Steuerungseinrichtung und Brückenmodul hierfür bekannt, deren Funktionalität auch bei Herausnahme eines Systemmoduls aus einer Folge von Systemmodulen sichergestellt ist. Hierzu ist an dem Ende der Zusammenstellung von Systemmodulen mindestens ein Brückenmodul gegenüberliegend von einem Feldbuskoppler zur Ankopplung des Systembusses an einen Feldbus und/oder gegenüberliegend von einem Spannungsversorgungsmodul zur Einspeisung der Versorgungsspannung für die angeschlossenen Systemmodule zur redundanten Spannungsversorgung der an das Brückenmodul angrenzenden Systemmodule und/oder zur Bereitstellung des Systembusses für die an das Brückenmodul angrenzenden Systemmodule vorgesehen. Wenn ein Systemmodul aus der Folge von Systemmodulen entfernt wird, während die an den Feldbuskoppler angeschlossenen Systemmodule weiterhin über den Feldbuskoppler an den Systembus angekoppelt sind, werden diese und/oder die an das Spannungsversorgungsmodul angeschlossenen Systemmodule weiterhin über das Spannungsversorgungsmodul mit Spannung versorgt. Bei einer Anordnung von Systemmodulen auf eine Hutschiene, die in üblicher Weise von der linken Seite durch ein Spannungsversorgungsmodul mit einer Versorgungsspannung versorgt werden und mit Hilfe eines Feldbuskoppelmoduls einen gemeinsamen Systembus zur Verfügung gestellt bekommen, wird anstelle der üblichen Abschlussklemme mit Abschlusswiderständen für den Systembus ein Hot-Swap-fähiges Brückenmodul eingesetzt, das die daran angeschlossenen Systemmodule von rechts mit der Versorgungsspannung und/oder dem Systembus versorgt, wenn die Folge durch Herausnehmen eines Systemmoduls unterbrochen wird. Das Brückenmodul hat vorzugsweise eine Überwachungseinheit zur Erkennung des Auftrennens des Systembusses und/oder zur Erkennung des Abklemmens der Versorgungsspannung, wenn ein Systemmodul aus der Folge von Systemmodulen herausgenommen wird. Das Brückenmodul hat ein geregeltes Netzteil mit außen zugänglichen Anschlussklemmen zur Verdrahtung mit einem Spannungsversorgungsanschluss eines anderen Systemmoduls der Überwachungs-Steuerungseinrichtung. Das Brückenmodul wird mit einer fliegenden Leitung mit einer Versorgungsspannung von z. B. 24 V versorgt, die in einem Schaltschrank in der Regel zur Verfügung steht. Mit dem geregelten Netzteil wird diese Spannung auf eine interne Versorgungsspannung von z. B. 5 V oder 3,3 Volt herabgeregelt.
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Weiterhin ist aus der
EP 0 914 029 B1 ein modulares Automatisierungsgerät und eine Baugruppe eines modularen Automatisierungsgerätes bekannt, bei dem einerseits sowohl die Weiterleitung von Steuersignalen als auch die Weiterleitung von im Vergleich zu den Steuersignalen vergleichsweise hohen Strömen ermöglicht wird und andererseits auch die Nachbarmodule bei hohen Schock- und Rüttelbeanspruchungen sicher kontaktiert werden. Hierzu ist ein modulares Automatisierungsgerät mit anreihbaren, auf einer Tragschiene gehaltenen Basismodulen mit Außenkontakten vorgesehen, wobei das Basismodul mit einem Elektronikmodul kontaktierbar ist, das selbst keine Außenkontakte aufweist, und wobei das Basismodul mit einem benachbarten Basismodul kontaktierbar ist. Das Basismodul weist neben Steuerleitungen auch stromtragfähige Verbindungsleitungen auf, die zur Kontaktierung auf der einen Außenseite des Basismoduls in ersten Kontaktmitteln und auf der gegenüberliegenden Außenseite des Basismoduls in zweiten, zu den ersten Kontaktmitteln korrespondierend ausgebildeten Gegenkontaktmitteln münden. Weiterhin ist in räumlichem Zusammenhang mit den ersten Kontaktmitteln ein Schutzkragen und in räumlichem Zusammenhang mit den Gegenkontaktmitteln eine formschlüssige, korrespondierende Ausdehnung vorgesehen. Dabei handelt es sich um einen feinmodularen Aufbau (erweiterbar in 1er Schritten), wobei der Aufbau außer den Steuerleitungen auch noch stromtragfähige Verbindungsleitungen (ca. 10 ... 15 A) umfasst, und wobei die Steuer- und Verbindungsleitungen mit geringem Durchgangswiderstand weitergegeben werden. Die Rückseite der Basismodule ist im oberen Bereich zum Einhängen des Basismoduls auf die Tragschiene im wesentlichen hakenförmig ausgestaltet und weist daher eine entsprechende Ausnehmung auf. Des weiteren ist ein beweglich gelagerter, insbesondere gefederter Schieber vorgesehen, der zum einen das Basismodul auf der Tragschiene verrastet und zum anderen durch eine Verlängerung, in die ein Haken der Nachbarbaugruppe eingreift, die Nachbarbaugruppe in Steckrichtung sicher verrastet. Die Verlängerung ist entweder mit dem Schieber direkt oder indirekt verbunden, zumindest aber durch diesen betätigbar, d. h. eine Bewegung des Schiebers führt zu einer entsprechenden Bewegung der Verlängerung, wobei diese reicht bis in den Bereich einer Ausnehmung reicht. Die Ausnehmung ist dabei so gestaltet, dass der Haken in der Ausnehmung arretiert ist, wenn der Schieber unter Federdruck an der Tragschiene anliegt. Von Vorteil ist, dass nur ein Schieber für zwei Funktionen (Aufrasten auf der Tragschiene und Arretieren des Modulverbands) zum Einsatz kommt Die Arretierung des Hakens ist lösbar, wenn der Schieber gegen den Federdruck bewegt wird. Beim Trennen der Baugruppen muss der Schieber über einen Schraubendreher aus seiner Endstellung gebracht werden.
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Hierzu befindet sich im unteren Bereich des Basismodules eine entsprechende Ausprägung, in welche die Klinge des Schraubendrehers zur Betätigung des Schiebers einführbar ist. Ferner ist das Basismodul im Kontaktbereich, der zur Kontaktierung eines Elektronikmoduls vorgesehen ist, derart ausgestaltet, dass das Elektronikmodul ausschließlich seitenrichtig an den Kontaktbereich heranführbar ist. Dazu sind am Basismodul die mit diesem einstückig verbundenen Führungselemente vorgesehen, die mit korrespondierend ausgestalteten Ausnehmungen des Elektronikmoduls zusammenwirken und damit ausschließlich das seitenrichtige Heranführen des Elektronikmoduls an den Kontaktbereich ermöglichen. Die Führungselemente sind dabei derart ausgestaltet, dass das seitenrichtige Heranführen gewährleistet ist, bevor die Kontaktelemente zum elektrisch leitenden Kontaktieren des Elektronikmoduls mit dem Basismodul zum Eingriff kommen.
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Weiterhin ist aus der
DE 100 40 651 A1 ein elektronisches Gerät zum Aufschieben auf eine Tragschiene, mit einem Gehäuse, mit einer in das Gehäuse auch lösbar einsetzbaren Elektronik, und mit Buskontakten zur Daten- und/oder Energieübertragung an benachbarte, auf die Tragschiene aufgeschobene und gleichartig ausgelegte elektronische Geräte, mit entsprechend ausgelegten Busanschlüssen bekannt. Um das elektronisches Gerät derart zu gestalten, dass die Anschlüsse und Kontakte für die Busverbindungen im nicht zusammengesetzten Zustand des Gerätes vor Beschädigungen geschützt sind, und das Gerät gegen ein anderes austauschbar ist, ohne dass benachbarte Geräte von der Tragschiene entfernt werden müssen, sind die Buskontakte relativ zum Gehäuse verschiebbar sind, und die Buskontakte sind über eine Rastvorrichtung derart festlegbar, dass sie in einer Rastposition in die Busanschlüsse im benachbarten Gerät in Kontakt bringbar sind. Zur Festlegung der Kontakte relativ zum Gehäuse ist eine Rastvorrichtung vorhanden, mit der diese zumindest in einer Position derart festlegbar sind, dass sie über die Wandung des Gehäuses seitlich überstehen und, im zusammengesetzten Zustand auf der Tragschiene, in den Anschlüssen des benachbarten Geräts in Eingriff stehen. Dabei ist es freigestellt, ob jeder Buskontakt einzeln verschieb- und rastbar ist, oder ob die Kontakte beispielsweise des Datenbusses gemeinsam verschoben werden. Die Busverbindung zur Energieversorgung der einzelnen Geräte ist im allgemeinen durchgehend verlaufend ausgelegt, um alle Geräte gemeinsam mit Strom zu versorgen. Die Busverbindung zur Datenübertragung ist je nach Anforderung zwischen benachbarten Geräten auch unterbrochen oder getrennt ausführbar, falls die Datenübertragung zwischen benachbarten Geräten nicht gewünscht ist. Eine mögliche Ausgestaltung der Buskontakte sind die dem Fachmann an sich bekannten, ineinandersteckbaren Messer-/Federkontakte. Dabei werden Kontaktleisten in Form flacher, metallischer Messer relativ zum Gehäuse verschoben und in entsprechend geformte Federkontakte am oder im benachbarten Gehäuse in Eingriff gebracht. Die Federn sind derart ausgerichtet, dass ihre Klemmwirkung senkrecht zur Einschubrichtung der Kontaktleisten in sie ausgeübt wird. Um das Verschieben des Schiebeelements relativ zum Gehäuse in eine Rastposition zu erleichtern, sind die Vorsprünge an Gehäuse und/oder Schiebeelement mit angeschrägten Flächen versehen, wobei die Schrägen gegen die Verschieberichtung geneigt sind und beim Verschieben gleitend am gegenüberliegenden Vorsprung anliegen. Zum Entriegeln des Schiebeelements kann der eingerastete Vorsprung mit der Spitze eines Schraubendrehers geringfügig von der Gehäusewandung abgehoben und über den Vorsprung am Gehäuse zurückgeschoben werden. Da das Verbiegen einzelner Kontaktleisten oder sonstige Beschädigungen des Schiebeelements, besonders bei häufigem Aus- und Einbau einzelner Geräte, niemals vollständig zu vermeiden ist, sind die Schiebeelemente vollständig vom Gehäuse lösbar, um sie gegen ein unbeschädigtes austauschen zu können. Dazu wird ein Vorsprung am Schiebeelement über den seitlichen Vorsprung am Gehäuse angehoben und es vollständig aus dem tunnelartigen Durchbruch herausgezogen.
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Schließlich ist aus der
EP 1 052 731 B1 eine Reihenklemme zur Aufnahme eines elektrischen oder elektronischen Bausteines, insbesondere zur Aufnahme eines Relaisbausteines, mit einem auf eine Tragschiene aufrastbaren Klemmenkörper bekannt, der eine Ausnehmung aufweist, in welcher der Baustein mit Hilfe eines Schwenkbügels verrastbar ist. Um an einer Reihenklemme auch Bausteine unterschiedlicher Abmessungen – insbesondere Bausteine unterschiedlicher Bauhöhe – zu verriegeln, weist der Schwenkbügel wenigstens zwei Rastmittel auf, mit welchen Relaisbausteine mit verschiedenen Abmessungen am Klemmenkörper verriegelbar sind. Dabei umfassen die Rastmittel Rast nasen und/oder Federstege, welche an verschiedenen Positionen der Schwenkbügel vorgesehen sind, Dadurch kann jeweils wenigstens eine der Rastnasen oder einer der Federstege die Aufgabe des Arretierens eines Relaisbausteintyps bestimmter Abmessung am Klemmenkörper übernehmen. Weiterhin ist an der Innenseite der Grundseite des U-förmigen Schwenkbügels der Federsteg ausgebildet, so dass auf diese Weise ein Baustein arretierbar ist, dessen Bauhöhe ungefähr der freien Höhe des Schwenkbügels entspricht. Schließlich ist vorgesehen, dass die beiden Längsschenkel des U-förmigen Schwenkbügels in wenigstens zwei voneinander verschiedenen Schwenkwinkelstellungen in den seitlichen Ausnehmungen der Klemmenkörper festlegbar sind, wobei in jeder der Schwenkstellungen dann die verschiedenen Rastmittel am Schwenkbügel die Arretierung des Bausteines übernehmen.
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Wie die vorstehende Würdigung des Standes der Technik aufzeigt, sind unterschiedlich ausgestaltete Vorrichtungen zum elektrischen und mechanischen Verbinden von Modulen eines modularen Automatisierungssystems bekannt, welche benachbart zueinander auf einer Tragschiene aneinanderreihbar sind. Dabei sind während des Betriebs alle Module über eine Daten- und/oder Energiebusverbindung miteinander verbunden. Jedoch fehlt in der Praxis eine kostengünstige und für den Benutzer einfach zu handhabende Vorrichtung zum elektrischen und mechanischen Verbinden von Modulen, welche den Austausch eines defekten Geräts ermöglicht, ohne dass es zu einer unbeabsichtigten Unterbrechung der Daten- und/oder Energiebusverbindung kommen kann. Die in der Steuerungs- und Automatisierungstechnik unterschiedlich ausgestalteten Buskontaktiervorrichtungen lösen dabei Teilaufgabenstellungen wie beispielsweise bei hohen Schock- und Rüttelbeanspruchungen sicher zu kontaktieren oder die individuelle Anpassung der Einzelklemme auf der Feldseite. Andererseits ist in der Praxis häufig eine Umkonfiguration oder eine Nachrüstung erforderlich und es fehlt deshalb ein modularer Bus für ein Steuerungs- oder Automatisierungssystem, bei welchem möglichst einfach und ohne Fehlermöglichkeit dem Anwender dies ermöglicht wird. Besonders bedeutsam ist dies, weil die Steuerungs- oder Automatisierungssysteme herstellende Industrie, seit vielen Jahren als äußerst fortschrittliche, entwicklungsfreudige Industrie anzusehen ist, die schnell Verbesserungen und Vereinfachungen aufgreift und in die Tat umsetzt.
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Problem
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Der Neuerung liegt gegenüber den bekannten Vorrichtungen zum elektrischen und mechanischen Verbinden von Modulen die Aufgabe zugrunde, diese derart weiterzuentwickeln, dass dem Benutzer einfach zu handhabende Montage- und Inbetriebnahmearbeiten ermöglicht werden, ohne dass es zu einer unbeabsichtigten Unterbrechung der Daten- und/oder Energiebusverbindung kommen kann.
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Erfindung
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Dieses Problem wird, gemäß Schutzanspruch 1, durch eine Vorrichtung zum elektrischen und mechanischen Verbinden von Modulen eines modularen Automatisierungssystems, wobei während des Betriebs alle Module über eine Daten- und/oder Energiebusverbindung miteinander verbunden sind, welche aufweist:
- • eine Hutschiene,
- • ein auf der Hutschiene mittels Hutschienenkrallen befestigbares Basismodul,
- • ein auf dem Basismodul mittels Rastnasen verrastbares Elektronikmodul und
- • und ein an der Frontseite des Elektronikmoduls angeordneter und durch einen Entriegelungshebel geschützter Frontstecker,
derart gelöst, dass durch Drehen eines Exzenters des Basismoduls die Hutschienenkrallen aufgespreizt werden können und der Exzenter in der aufgedrehten Position verrastet stehen bleibt, bis durch Aufschnappen des Elektronikmoduls der Exzenter wieder in die verriegelte Position zurückgedrückt wird.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Die Neuerung weist den Vorteil auf, dass die Vorrichtung auf überraschend einfache Art und Weise eine einfache Erweiterung/Nachrüstung des Energie-/Datenbusses einschließlich der Baugruppe (Modul) oder feldseitiger Hardwarekomponenten (beispielsweise neue Funktionen) ermöglicht, wobei diese ohne einen an einer Halteschiene vormontierten Rückwandbus auskommt. Weiterhin wird dem Anwender durch Austausch der Leiterplatte bzw. der Baugruppe eine sichere elektrische Verbindung ohne Fehlerquellen bei der Umkonfiguration ermöglicht.
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Darstellung der Erfindung
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Weitere Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Neuerung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmen. In der Zeichnung zeigt:
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1 in Explosionsdarstellung eine Vorrichtung mit Basismodul, Elektronikmodul und Frontstecker gemäß der Neuerung,
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2 das Basismodul nach 1 von der Rückseite,
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3 das Elektronikmodul nach 1 von der Rückseite und
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4 die Befestigung des Basismoduls nach 1 auf einer Hutschiene.
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1 zeigt in Explosionsdarstellung eine Vorrichtung/Modul M mit Basismodul B, Elektronikmodul E und Frontstecker F gemäß der Neuerung für den Anwendungsfall Automatisierungstechnik, welche sequentiell aneinandergereiht aufgebaut werden und zur Steuerung und Energieversorgung von mit dem Energie-/Datenbus koppelbaren feldseitigen Hardwarekomponenten (in der Zeichnung nicht dargestellt) dienen.
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Auch wenn im Folgenden anhand der 1 bis 4 die Neuerung im Zusammenhang mit einem Automatisierungs- oder Steuerungssystem beschrieben ist, so sind im Rahmen der Erfindung infolge der Modulbauweise einschließlich des Energie-/Datenbusses und der einfachen Möglichkeit besondere Anforderungen, beispielsweise hinsichtlich Flexibilität und Wirtschaftlichkeit für die verschiedenen Systeme/Feldbusse, wie beispielsweise CAN-Bus, Profibus, Modbus, DeviceNet oder Interbus zu erfüllen. Insbesondere ist auch der Einsatz auf dem Gebiet der Telekommunikationstechnik, beispielsweise bei einem Mailbox-System oder bei Multimedia-Anwendungen oder für Steuerungen/Mehrwertdienstleistungen im Bereich Multi Utility, Sicherheitstechnik, Haus- und Gebäudemanagement möglich. Vorzugsweise ist im Rahmen der Neuerung eine Erweiterung bezüglich Real-Time Ethernet zur Datenkommunikation zwischen einzelnen, an der Steuerung eines Prozesses beteiligten Einheiten möglich. Die Kommunikation der Einheiten erfolgt auf dem Feldbus/Ethernet anhand von spezifizierten Protokollen, wobei um der Forderung nach offenen Systemen zur Vernetzung entsprechen zu können, einfache und kostengünstige Kommunikationsmechanismen zur Verfügung gestellt werden, um industrielle Geräte netzwerkfähig zu machen. Diese Forderung besteht beispielsweise im Zusammenhang mit der Kopplung von Antriebskomponenten, wie zwischen Antriebsregelungen, Leistungsteilen und Gebern bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen und Robotern, bei denen eine Mehrzahl interpolierender Achsen synchron betrieben werden müssen. Bei der zunehmenden Vernetzung verschiedenster technischer Systeme wächst deshalb die Forderung nach standardisierten Strukturen in der Industrie.
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Ein Beispiel hierfür ist der Feldbus nach dem sogenannten Aktuator-Sensor-Interface-Standard, kurz ASI-Standard, welcher im Rahmen der Erfindung zur Steuerung eines ASI-Busabschnitts ausgestaltet werden kann. Dieses Feldbuskonzept ist speziell darauf abgestimmt, binäre Sensoren oder Aktuatoren direkt busfähig zu machen, was mit anderen Feldbussystemen bislang nicht möglich war.
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Ein Automatisierungssystem besteht aus mit dem Bussystem koppelbaren Hardwarekomponenten, insbesondere Motoren, Sensoren, Aktuatoren u. a. – d. h. der Prozessumgebung – die im Zusammenspiel mit einer oder mehreren übergeordneten Steuerungen einen automatischen Produktionsprozess bilden. Der Busmaster übernimmt dabei alle Aufgaben, die für die Abwicklung des Busbetriebes notwendig sind. Er ist in der Regel getrennt von der eigentlichen Steuereinheit zum Steuern der Hardwarekomponenten.
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Demgemäß werden in der Automatisierungstechnik zur Kommunikation zwischen den einzelnen Geräten verschiedene Schnittstellen mit ihren physikalischen Eigenschaften und Übertragungsprotokolle definiert und in internationale Normen eingebracht oder etablieren sich als Industriestandards. Diese Systeme werden allgemein als Feldbussystem bezeichnet, wobei auch die Ethernet-basierten Technologien dazu zu zählen sind. Bei der neuerungsgemäßen Lösung liegt in Hinblick auf die Kommunikations- und Steuerungsbeziehungen ein einheitliches logisches Netzwerk vor, so dass eine scharfe Trennlinie zwischen der Technik in herkömmlichen Telekommunikationsnetzen und (Computer)-Datennetzen bzw. Geräten der Automatisierungstechnik nicht mehr gezogen werden kann.
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Gemäß der Neuerung weist die Vorrichtung/Modul M auf:
- • eine Trag- oder Halteschiene, insbesondere eine Hutschiene HS (siehe 4),
- • ein auf der Hutschiene HS mittels Hutschienenkrallen HK befestigbares Basismodul B (siehe 2),
- • ein auf dem Basismodul B mittels Rastnasen RN verrastbares Elektronikmodul E (siehe 3) und
- • und ein an der Frontseite des Elektronikmoduls E angeordneter und durch einen Entriegelungshebel H geschützter Frontstecker F (siehe 1),
derart, dass durch Drehen eines Exzenters EX des Basismoduls B die Hutschienenkrallen HK aufgespreizt werden können und der Exzenter EX in der aufgedrehten Position verrastet stehen bleibt, bis durch Aufschnappen des Elektronikmoduls E der Exzenter E wieder in die verriegelte Position zurückgedrückt wird.
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Der Bus/Vorrichtung/Modul M wird sequentiell aneinandergereiht aufgebaut, indem die einzelnen Basismodule B oder die jeweils komplett zusammengebauten Vorrichtungen M nebeneinander auf der Trag- oder Halteschiene, insbesondere Hutschiene HS angebracht werden. Die Basismodule B enthalten im Isolierstoffgehäuse eine Verdrahtungsebene/Anschlussebene, welche über seitlich angebrachte Buskontakte BK, beispielsweise Kontaktfedern, als Energie-/Datenbus miteinander kontaktierbar sind (siehe 2). Bei der in 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform sind sechs Buskontakte BK zur Energieversorgung der Elektronikmodule E, zur Hilfsenergieversorgung der feldseitigen Hardwarekomponenten sowie ein Datenbus zur Übertragung von Daten und/oder Steuersignalen vorgesehen. Das Basismodul B dient als Baugruppenträger für das jeweils aufsteckbare Elektronikmodul E, welches eine oder mehreren Leiterplatten L zur direkten Kontaktierung der Busklemmen BKL des Rückwandbusses aufweist (siehe 1 und 4). Die Leiterplatte L des Elektronikmoduls E dient auch als stehende Verdrahtung zur Kontaktierung der über Verbindungsleitungen an die Busklemmen BF des Frontsteckers F angeschlossenen feldseitigen Hardwarekomponenten, beispielsweise Aktoren, Sensoren, Geräten. Die Busklemme BF ist bei der in 1 dargestellten Ausführungsform jeweils als eine Aufnahme für Federzug- oder Schraubklemmen als Kontaktmittel zum Anschluss der feldseitigen Hardwarekomponenten ausgestaltet, wobei in Kanälen der Busklemme BF streifenförmige Verbindungsleitungen (oder auch Drähte) zwischen Schraubklemme und Leiterplatte L geführt sind Auf der gegenüberliegenden Seite ist die Leiterplatte L zwischen die seitlichen Druckkontakte BK (Kontaktfedern) des Energie-/Datenbusses zwischengeschaltet und realisiert mittels seiner Auswerteelektronik (Erkennen über einen Ident-Pin und interner Logik) das parallele/gleichzeitige Anschalten der Busteilnehmer am Bus. Die Leiterplatte L kann zur Kontaktierung der feldseitigen Hardwarekomponenten im laufenden Betrieb (Hot-Plugging) einen weiteren Steckkontaktteil aufweisen, wobei durch den voreilenden Steckkontaktteil die Stromversorgung und die Ankopplung der Module M an den Datenbus über die Buskontakte BK sichergestellt wird, bevor ein entsprechendes Durchschalten zu den feldseitigen Hardwarekomponenten erfolgt.
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Das Basismodul B weist weiterhin mindestens eine Ausnehmung CA zur Aufnahme eines in die Ausnehmung CA einführbaren und an der Rückseite des Elektronikmoduls E angeordneten Codierelements C auf (siehe 3). Damit wird verhindert, dass im Austauschfall der Anwender falsche Typen von Elektronikmodulen E aufsteckt, die nicht zu den angeschlossenen feldseitigen Hardwarekomponenten passen und ggf. zu einer Zerstörung der Elektronikmodule E oder der Hardwarekomponenten führen könnte. Vorzugsweise wird dabei nicht jeder Typ von Elektronikmodul EM unterschiedlich codiert, sondern nur Gruppen, so dass z. B. nicht ein digitales Eingangsmodul mit einem digitalen Ausgangsmodul oder analogen Modul vertauscht werden kann.
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Wie weiterhin die in 1 bis 4 dargestellte Ausführungsform aufzeigt, weist die neuerungsgemäße Vorrichtung/Modul M aus Basismodul B, Elektronikmodul E und Frontstecker F mehrere in der Seitenwand angeordnete und parallel zueinander verlaufende Nuten NB, NE und NF für korrespondierende Mittel am jeweiligen Isolierstoffgehäuse auf. Vorzugsweise sind die korrespondierende Mittel als Leisten ausgestaltet, welche in Nuten NB, NE und NF des Moduls M eingreifen. Weiterhin weist das Elektronikmodul E auf der Oberseite und Unterseite Führungen FÜE auf, welche in korrespondierende Führungen FÜB des Basismoduls eingreifen (siehe 2 bis 4). Schließlich weist das Basismodul B auf der Oberseite und Unterseite Führungen in Form eines hakenförmigen Fortsatzes FÜS auf, welcher in eine korrespondierende Aufnahme A an der gegenüberliegenden Kante des benachbarten Basismoduls B eingreift, so dass zusammen mit vorstehenden Mitteln und völlig ohne Werkzeug ein rüttelsicherer Verbund zwischen den Modulen M gewährleistet ist.
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Die Demontage eines Moduls M kann wie folgt durchgeführt werden:
Das Entriegeln des Frontsteckers F erfolgt durch den Benutzer durch manuelles Drücken mittels eines im Gehäuse liegenden Elektronikmodul E und geführten Entriegelungshebels H, wobei der Frontstecker F aushebelt und dann über eine unten am Gehäuse des Elektronikmoduls E angeordnete Schwenkachse weggekippt und vom Gehäuse entfernt werden kann.
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Durch manuelles Drücken eines Entnahmehebels HE am Elektronikmodul E können dann in einem zweiten Schritt durch den Benutzer die Rastnasen RN vom Basismodul B gelöst und das Elektronikmodul E nach vorne entnommen werden.
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In einem dritten Schritt können durch Drehen des Exzenters EX des Basismoduls B mittels eines Werkzeugs, insbesondere eines Schraubendrehers, die Hutschienenkrallen HK aufgespreizt und das Basismodul B von der Trag- oder Halteschiene HS, insbesondere der Hutschiene, abgenommen werden. Neuerungsgemäß bleibt der Exzenter EX in der aufgedrehten Position verrastet stehen, bis durch Aufschnappen des Elektronikmoduls E der Exzenter E wieder in die verriegelte Position zurückgedrückt wird (siehe 4), d. h. nur zum Entfernen des Basismoduls B ist ein Werkzeug erforderlich, so dass eine unbeabsichtigten Unterbrechung der Daten- und/oder Energiebusverbindung ausgeschlossen ist.
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Die Neuerung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Neuerung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Schutzanspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass jedes Einzelmerkmal des Schutzanspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19710768 C2 [0003]
- DE 19748530 B9 [0004]
- EP 0909122 B1 [0005]
- DE 4402001 B4 [0006]
- DE 4402002 B4 [0007]
- DE 19650988 C2 [0008]
- DE 19650989 C2 [0009]
- DE 102005028735 B4 [0010]
- EP 0914029 B1 [0011]
- DE 10040651 A1 [0013]
- EP 1052731 B1 [0014]
