DE4402002A1 - E/A-Modul für einen Datenbus - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ein-/Ausgabe-Modul für einen Datenbus, wie er als sogenannter Feldbus von unter­ schiedlichen Herstellern in Verbindung mit speziellen Prozessorsystemen, Industrie­ computern, etc. z. B. für die Steuerung, Visualisierung o. dgl. von Prozeßab­ läufen, Maschinen, Anlagen und für die Gebäudesystemtechnik angeboten wird.

Das Feldbus-Konzept stellt eine rationelle Art der Verdrahtung von Maschinen und An­ lagen etc. dar. Die Ein-/Ausgabe-Module (E/A-Module) sind mit Klemmstellen für die parallele Verdrahtung der einzelnen Busteil­ nehmer ausgerüstet, die Aktoren, Sensoren und auch sonstige Geräte sein können. Die Verdrahtung kann in jeder gewünschten An­ schlußtechnik realisiert werden, z. B. in Ein-, Zwei-, Drei- oder Vierleitertechnik. Für die Klemmstellen eignen sich besonders einfach zu bedienende Federkraftklemmen oder auch Schraubklemmen.

Die Module sind mit einer E/A-Elektronik aus­ gerüstet, die die an den Klemmstellen der Module angeschlossenen Teilnehmer mit der seriellen Datenbusleitung verbindet, die z. B. eine einfache Zweidrahtleitung oder auch ein Lichtwellenleiterkabel sein kann. Dabei ist diese an die E/A-Module angeschlossene Daten­ busleitung in der Praxis meistens ein eigen­ ständiger Sub-Bus in der Topologie eines Ringes, der über einen Busmaster an den Feld­ bus (Fernbus) angekoppelt ist. Der Busmaster steuert die einzelnen E/A-Module, die in beliebiger Reihenfolge miteinander kombinier­ bar und in beliebigen Positionen im Ring an­ geordnet sein können.

Es ist bekannt, E/A-Module auf handelsübliche Tragschienen aufzurasten. Es ist auch bekannt, zugleich mit dem Aufrastvorgang automatisch die Verbindung zu der Datenbusleitung und zu den Stromversorgungsleitungen herzustellen, die die E/A-Elektronik mit der üblichen Spannung, etwa 24 V DC, versorgt. Zu diesem Zweck sind am Boden der üblicherweise hut­ förmigen Tragschienen einzelne Leiterplatten montiert, die miteinander zu einer sogenannten Versorgungsschiene verbunden sind. Neben den zwei Leitern für die Stromversorgung stehen dort auf der Versorgungsschiene drei weitere Leiter für den Datenbus zur Verfügung. Die Kontaktierung der Leiter erfolgt über Buchsen­ kontakte, die in einem bestimmten Rasterab­ stand in die Versorgungsschiene fest einge­ baut sind.

Eine solche in die Tragschiene integrierte Versorgungsschiene erhöht nicht nur den Kosten- und Montageaufwand für die Tragschienen­ befestigung der E/A-Module (unbenutzte Teil­ stücke der Versorgungsschiene müssen abge­ deckt sein), sondern behindert zugleich auch deren Modularität, da die Breite der E/A-Module immer ein Vielfaches der vorge­ gebenen Rasterabstände der Buchsenkontakte in der Versorgungsschiene sein muß. Auch be­ hindert die am Boden der Tragschiene ange­ ordnete Versorgungsschiene die Befestigung der Tragschiene selbst auf einer Montage­ fläche o. dgl., da die dafür erforderlichen Schraubendurchgänge nur an ganz bestimmten Stellen der Versorgungsschiene zugelassen sind, was in der Praxis mit den örtlichen Gegebenheiten oftmals nicht in Übereinstimmung steht.

Die vorgenannten Nachteile sind bei anderen bekannten E/A-Modulen, die auf Tragschienen aufrastbar sind, dadurch vermieden, daß man diese in bewährter Weise auf die unveränderten, handelsüblichen Tragschienen aufrastet und die Datenbusleitungen sowie die Stromver­ sorgungsleitungen für die E/A-Elektronik in Form eines steckbaren Flachbandkabels von Modul zu Modul durchverbindet. Das ist jedoch für den Anwender eine etwas umständliche und zeitraubende Montagearbeit und wohl aus diesem Grunde hat sich der Hersteller dieses Systems entschlossen, nur sehr breite E/A-Module mit in Richtung der Tragschienen nebeneinander liegenden 16, 24 und 32 Eingängen oder Ausgängen anzubieten. Die Modularität des Systems geht dabei weit­ gehend verloren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, E/A-Module mit hoher Modularität zu schaffen, die in einfachster Weise auf unveränderte, handelsübliche Tragschienen aufzurasten sind, wobei dennoch zugleich beim Aufrastvorgang automatisch die Verbindung zu den Datenbus- und Stromversorgungsleitungen hergestellt sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die E/A-Module als Reihenklemmen mit eingebauter oder aufsteckbarer Elektronik ausgeführt sind, die in an sich bekannter Weise als separate Einzelklemmen oder zu mehreren in einer Gruppe als Klemmenblock auf die Tragschiene aufrastbar sind (nachfolgend Busklemmen genannt), daß sowohl die Daten­ busleitungen als auch die Stromversorgungs­ leitungen für die E/A-Elektronik in die Busklemmen integriert und durch diese hin­ durchgeschleift sind, indem jede Buseinzel­ klemme und jeder Klemmenblock in ihren Seiten­ flächen zu den Nachbarklemmen jeweils Druck­ kontakte aufweisen (nachfolgend Buskontakte genannt), derart, daß die Buskontakte beim Aufrasten der Busklemmen auf die Tragschiene automatisch einander in Anreihrichtung der Busklemmen kontaktieren, so daß die auf die Tragschiene aufgerasteten Busklemmen zu einem Klemmenbus mit durchgehenden Datenbus- und Stromversorgungsleitungen verbunden sind.

Die erfindungsgemäßen Busklemmen lassen sich problemlos auf einer handelsüblichen Trag­ schiene aufrasten und verbinden sich dabei automatisch zu einem Klemmenbus mit durch­ geschleiften Datenbus- und Versorgungs­ leitungen. Dafür bedarf es seitens des An­ wenders keiner zusätzlichen Montagearbeiten.

Die Modularität der neuen Busklemmen ist be­ sonders groß, da jede Buseinzelklemme immer nur einen E/A-Baustein darstellt und jeweils eine eigene E/A-Elektronik aufweist, die in das Isolierstoffgehäuse der Buseinzelklemmen eingebaut ist. Dabei entspricht die Breite einer solchen Busklemme der üblichen Breite einer Reihenklemme, und sie besitzt die gleiche für Reihenklemmen übliche Technik der Verrastung auf der Tragschiene und die bleiche Anschlußtechnik bezüglich der Klemm­ stellen für die Verdrahtung der Busteil­ nehmer. Die erfindungsgemäße Busklemme ist daher im Prinzip eine Reihenklemme, wie sie dem Anwender mit ihren bekannten Montage­ und Verdrahtungsarbeiten geläufig ist.

Das gilt auch, wenn zwei, drei oder mehrere der neuen Buseinzelklemmen zu einem Bus­ klemmenblock zusammengefügt sind, was seitens des Herstellers oder des Anwenders erfolgen kann, so daß in der Praxis 2-er oder 3-er Module etc. zusätzlich zu dem 1-er Modul verwendet werden können, um einen Klemmenbus beliebiger Länge und beliebiger Konfiguration auf einer handels­ üblichen Tragschiene aufzurasten.

Der Klemmenbus kann mittels auf der Tragschiene fixierter Endwinkel zusammengehalten werden, wie dies für Reihenklemmen bekannt ist. Da­ durch wird gewährleistet, daß der Kontakt­ druck der Buskontakte zwischen den Busklemmen den Klemmenbus auf der Tragschiene nicht aus­ einanderschiebt.

Zu demselben Zweck sieht eine besonders vor­ teilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, daß die Busklemmen an ihren Seitenflächen zu den Nachbarklemmen korrespondierende Vor- und Rücksprünge aufweisen, die beim Aufsetzen der Busklemmen auf die Tragschiene ineinander­ greifen und die Busklemmen in Anreihrichtung der Klemmen mechanisch zugfest miteinander verbinden. Solche Vor- und Rücksprünge können geradlinig oder bogenförmig sein entsprechend der jeweils gewünschten Aufsetz- oder Aufrast­ bewegung der Busklemmen auf die Tragschiene.

Eine weitere Verbesserung der Konstruktion und der Handhabung der erfindungsgemäßen Bus­ klemmen ist gemäß Anspruch 3 dadurch gekenn­ zeichnet, daß - ausgehend von einer speziellen Einspeiseklemme, wie sie für Reihenklemmen be­ kannt ist, - die Leistungsstromversorgung für die an die Klemmstellen der Busklemmen an­ geschlossenen Teilnehmer mittels Leistungs­ strombrücker erfolgt, die an den Seitenflächen jeder Buseinzelklemme und jedes Busklemmen­ blocks fest angeordnet sind und die beim Auf­ setzen der Busklemmen auf die Tragschiene automatisch ineinandergreifen.

Derartige an den Busklemmen fest angeordnete und automatisch schließende Leistungsstrom­ brücker sind neu und erleichtern die Montage eines Klemmenbusses auf der Tragschiene er­ heblich.

Nach Anspruch 4 bestehen die Leistungsstrom­ brücker jeweils aus einem Kontaktmesser und einer federnden Kontaktgabel, die wechsel­ seitig an den Seitenflächen an den Busklemmen vorhanden sind und die beim Aufsetzen der Busklemmen auf die Tragschiene in Quer­ richtung ineinandergreifen, d. h. das Kontakt­ messer fährt quer zwischen die beiden U-förmigen Schenkel der federnden Kontaktgabel ein. Dadurch ist einerseits gewährleistet, daß zwischen Kontaktmesser und Kontaktgabel ein hoher Kontaktdruck besteht, und andererseits, daß dieser Kontaktdruck nicht in Anreihrichtung des Klemmenbusses wirkt, so daß der hohe Kontaktdruck der Leistungsstromdrücker nicht die Tendenz hat, den Klemmenbus auf der Trag­ schiene auseinanderzuschieben.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht nach Anspruch 5 vor, daß die Leistungsstrombrücker die Endstücke einer stabförmigen Flachschiene bilden, die intern durch die Buseinzelklemmen und die Busklemmen­ blocks hindurchgeführt sind, so daß auch-jede Brückung zwischen den einzelnen Busklemmen eines Busklemmenblocks entfällt.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung zwei erfindungsgemäße Busklemmen­ blocks,

Fig. 2 + 3 Teilquerschnitte durch den Bus­ klemmenblock nach Fig. 1,

Fig. 4 + 5 Teilquerschnitte durch den Bus­ klemmenblock nach Fig. 1,

Fig. 6 Detailquerschnitt zu Fig. 2 und 4

Fig. 7 Detaildarstellung zu Fig. 3 und 5.

In Fig. 3 sind zwei erfindungsgemäße Busklemmen­ blocks, jeweils bestehend aus drei Buseinzel­ klemmen, als sogenannte 3-er Module dargestellt.

Jede Buseinzelklemme besitzt eine in das Isolierstoffgehäuse 8 eingebaute E/A-Elektronik, die in Fig. 1 in Form einer bestücken Leiter­ platte 9 erkennbar ist.

Jede Leiterplatte 9 trägt und ist elektrisch verbunden mit Buskontakten, die auf der einen Seitenfläche der Busklemmen als federnde Druckbügel 10 und auf der gegenüberliegenden Seitenfläche der Busklemmen als fest angeordnete Kontaktstege 11 vorhanden sind (vergleiche Fig. 2 und Fig. 4). In Fig. 6 sind die Kontaktstege 11 im Querschnitt von oben zu sehen und entsprechend die Kontaktbügel 10 auf der gegenüberliegenden Seite der Nachbar­ klemme.

Insgesamt besitzen die dargestellten Bus­ einzelklemmen (vergleiche Fig. 4 und 5) und die dargestellten Busklemmenblocks (vergleiche Fig. 1 mit Fig. 2 und Fig. 3) jeweils sechs Buskontakte auf jeder Seitenfläche ihres Isolierstoffgehäuses. Das entspricht den in die Busklemmen integrierten und durch diese hindurchgeschleiften Leitungen, von denen zwei Leitungen für die Stromversorgung der E/A-Elektronik auf den jeweiligen Leiter­ platten 9 der Busklemmen vorgesehen sind und die restlichen vier Datenbusleitungen sind (bei einer Ring-Topologie des Datenbusses jeweils zwei Datenleitungen in die eine Hin-Richtung und zwei Datenleitungen in die entgegengesetzte Rück-Richtung).

Das Hindurchschleifen dieser Leitungen durch den Busklemmenblock sowie durch die Buseinzel­ klemme ist in den Fig. 2 und 4 gut erkennbar. Bei dem Busklemmenblock sind dafür Stift- Buchsen 12 vorgesehen, so daß die scheiben­ förmigen Einzelklemmen in einfachster Weise zu einem beliebigen 2-er, 3-er oder sonstigen Mehrfach-Modul zusammengerastet werden können. Zu diesem Zweck sind auch die kräftigen Knopf-Verrastungen 13 des Isolierstoffgehäuses bestimmt. Den Abschluß jeder Buseinzelklemme und jedes Busklemmenblocks bilden die je­ weiligen Isolierstoff-Abschlußpatten 14 (siehe Fig. 2 und 4).

Die Fig. 3, 5 und 7 verdeutlichen die Konstruktion und die Anordnung der Leistungsstrombrücker, je­ weils bestehend aus einem Kontaktmesser 15 und einer federnden Kontaktgabel 16, die die End­ stücke einer stabförmigen Flachschiene 17 bilden, die durch die Buseinzelklemme (Fig. 5) und durch die Busklemmenblocks (Fig. 3) hindurchgeführt ist. Wie Fig. 1 zeigt, sind die Leistungsstrombrücker 15, 16 in einem ausreichenden Abstand zu den Buskontakten 10, 11 angeordnet, da sie zur Leistungsstromver­ sorgung der an die Klemmstellen der Bus­ klemmen angeschlossenen Teilnehmer (Aktoren, Sensoren, Geräte) dienen und ein wesentlich höheres Spannungspotential führen können als die Buskontakte.

Die Klemmstellen für die parallele Verdrahtung der Busteilnehmer sind von oben zugänglich, wie dies Fig. 1 zeigt. Bei diesem Ausführungsbei­ spiel sind für jeden Teilnehmer vorgesehen ein Signalanschluß 18, ein (+) Anschluß 19, ein (-) Anschluß 20 und ein Schutzleiter-Anschluß 21. Jede Klemmstelle ist in bekannter Bauart als Federkraftklemme 22 ausgeführt und bedarf keiner weiteren Beschreibung. Oberhalb des Signalanschlusses sind Leuchtdioden 23 vorge­ sehen, die den E/A-Status und gegebenenfalls Fehler anzeigen.

Die Fig. 3 und 5 sowie Fig. 1 lassen auch er­ kennen,daß die Busklemmen an ihren Seiten­ flächen korrespondierende Vor- und Rück- Sprünge 24, 25 aufweisen, die beim Aufsetzen bzw. Aufrasten der Busklemmen auf die Trag­ schiene ineinandergreifen und die Busklemmen in Anreihrichtung mechanisch zugfest mitein­ ander verbinden.

Claims (6)

1. Ein-/Ausgabe-Modul für einen Datenbus,

• - von denen mehrere benachbart zueinander auf einer Tragschiene aufrastbar sind,
• - mit Klemmstellen für die parallele Verdrahtung von Busteilnehmern (Aktoren, Sensoren, Geräte)
• - und mit einer Elektronik, die Teilnehmer mit der seriellen Datenbusleitung verbindet,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die E/A-Module als Reihenklemmen mit einge­ bauter oder aufsteckbarer Elektronik ausgeführt sind, die in an sich bekannter Weise als separate Einzelklemmen oder zu mehreren in einer Gruppe als Klemmenblock auf die Tragschiene aufrastbar sind (nachfolgend Busklemmen genannt),
• - daß sowohl die Datenbusleitungen als auch die Stromversorgungsleitungen für die E/A-Elektronik in die Busklemmen integriert und durch diese hindurchgeschleift sind, indem jede Buseinzel­ klemme und jeder Busklemmenblock in ihren Seiten­ flächen zu den Nachbarklemmen jeweils Druck­ kontakte (10, 11) aufweisen (nachfolgend Bus­ kontakte genannt),
• - derart, daß die Buskontakte beim Aufrasten der Busklemmen auf die Tragschiene automatisch einander in Anreihrichtung der Busklemmen kontaktieren, so daß die auf die Tragschiene aufgerasteten Busklemmen zu einem Klemmenbus mit durchgehenden Datenbus- und Stromversorgungs­ leitungen verbunden sind.

2. E/A-Module nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Busklemmen an ihren Seitenflächen zu den Nachbarklemmen korrespondierende Vor- und Rücksprünge (24, 25) aufweisen, die beim Aufsetzen der Busklemmen auf die Tragschiene ineinandergreifen und die Busklemmen in An­ reihrichtung der Klemmen mechanisch zugfest miteinander verbinden.

3. E/A-Module nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Leistungsstromversorgung für die an die Klemmstellen (19, 20) der Busklemmen an­ geschlossenen Teilnehmer mittels Leistungs­ strombrücker (15, 16) erfolgt,
• - die an den Seitenflächen jeder Buseinzelklemme und jedes Busklemmenblocks fest angeordnet sind,
• - und die beim Aufsetzen der Busklemmen auf die Tragschiene automatisch ineinandergreifen.

4. E/A-Module nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Leistungsstrombrücker jeweils aus einem Kontaktmesser (15) und einer federnden Kontaktgabel (16) bestehen, die wechselseitig an den Seitenflächen der Busklemmen vorhanden sind und die beim Aufsetzen der Busklemmen auf die Tragschiene in Querrichtung inein­ andergreifen.

5. E/A-Module nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Leistungsstrombrücker die Endstücke (15, 16) einer stabförmigen Flachschiene (17) bilden, die intern durch die Buseinzelklemmen und die Busklemmenblocks hindurchgeführt ist.