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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Befehls- und Bediengerät für Elektromotoren.
Insbesondere betrifft die Erfindung die Struktur eines solchen elektronischen
Gerätes,
die ihm eine Anpassung an verschiedene Wärme- oder Umweltbeanspruchungen
ermöglicht.
Derartige Geräte
kommen insbesondere auf dem Gebiet der industriellen Automatisierung
oder der Gebäudeautomatisierung zur
Anwendung.
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Je
nach in Erwägung
gezogener Anwendung stehen verschiedene Typen elektronischer Befehlsgeräte für Motoren
wie zum Beispiel die Sanftanlasser und Drehzahlregler bereit. Desgleichen
gibt es je nach den eingesetzten Motortypen Drehzahlregler für Asynchronmotoren
(die auch Umrichter genannt werden), für Synchronmotoren oder für Gleichstrommotoren.
Diese Geräte
umfassen eine bestimmte Anzahl elektronischer Leistungsbauteile,
die eine hohe Wärmemenge
freisetzen, welche unbedingt aus dem Gerät abgeführt werden muss.
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Ein
Befehlsgerät
eines Motors ist gewöhnlich in
einem Form- oder Schraubgehäuse
untergebracht, das mit Anschlussblöcken für die äußeren Leistungs- und Bedienanschlüsse versehen
ist und manchmal eine Dialogschnittstelle an der Stirnfläche aufweist. Um
die Wärme
abzuführen,
sind bestimmte Geräte mit
Kühlern
versehen, die in der Nähe
der Leistungsbauteile angeordnet sind und außerhalb des Gehäuses hervorstehen
können,
um den Wärmeaustausch mit
Außen
zu verbessern. Darüber
hinaus weist das Gehäuse
häufig
Wände auf,
die mit dünnen
Belüftungsöffnungen
sowie einem Lüfter
ausgestattet sind, um den Luftumlauf zu verbessern. Ein solches Gehäuse eines
Befehlsgerätes
für Motoren
entspricht in diesem Fall einem Schutzindex IP20, das heißt, dass
das Einführen
eines menschlichen Finger in die Öffnungen des Gehäuses mit
der Gefahr, spannungsführende
Teile zu berühren,
unmöglich
ist. Des Weiteren dürfen
die Wände
des Gehäuses
nur mit Hilfe eines Werkzeugs ausbaubar sein und müssen einer
Abreißkraft
von 6 kg widerstehen.
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Jedoch
sind in manchen Anwendungen, insbesondere wenn das Gerät in einem
geschlossenen Gehäuse
(wie einem Schaltkastengehäuse
oder einem Schrank) angeordnet werden soll, die Wärmebeanspruchungen
derart, dass die eingangs beschriebenen Vorrichtungen nicht ausreichen,
um die Bauteile richtig abzukühlen
und um Wärmespitzen
innerhalb des Gerätes
zu vermeiden. Es ist dann erforderlich, den Strom des Gerätes herabzusetzen
oder dem Gehäuse
eine zusätzliche
Belüftung
bereitzustellen, was den Einsatz von nicht standardmäßigen Schaltkastengehäusen oder
Schränken
bedingt und sich folglich nachteilig auf die Kosten der Lösung auswirkt.
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Wenn
nun aber das Gerät
in einem geschlossenen Gehäuse
angeordnet ist, braucht es nicht unbedingt einem Schutzindex IP20
zu entsprechen. Es kann ein Schutzindex IP00 akzeptiert werden,
bei dem das Gehäuse
nicht gänzlich
geschlossen ist und/oder einen Zugang zu den spannungsführenden Teilen
hat, da das Gerät
bereits in einer geschlossenen Box installiert ist. In diesem Fall
wäre es
also vorteilhaft, wenn bestimmte Wände des Gehäuses entfernt werden könnten, wodurch
der Luftumlauf im Gehäuse
weitgehend erleichtert, die Kühlung
verbessert und das Auftreten von Wärmespitzen, ("warmen Punkten") innerhalb des Gehäuses verhindert
würde. Wenn
allerdings die Struktur des Befehlsgerätgehäuses eines Motors nicht in
diesem Sinne konzipiert ist, können
die Wände
insgesamt oder teilweise nicht mehr leicht entfernt werden, ohne
dass bestimmte Bauteile des Gehäuses,
die ursprünglich
an einer dieser Wände
befestigt waren (das heißt
die Leistungskarte, Bedienkarte, Anschlussblöcke, Dialogschnittstelle, Verbindungskabel,
usw.) in der geschlossenen Box neu angeordnet werden müssen. Es
sind dann häufig
mechanische Anpassungen erforderlich, die sich insbesondere hinsichtlich
der Ausführungszeit
nachteilig auswirken.
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Die
Druckschriften
US 4 908 738 und
EP 0 290 671 beschreiben
Befehlsgeräte
für Motoren,
die ein Gehäuse
aufweisen, in dem elektronische Leistungsbauteile untergebracht
sind. Diese Gehäuse sind
jedoch nicht derart vorgesehen, dass von einer Anordnung zur anderen
leicht Änderungen
vorgenommen werden können.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht folglich darin, eine einfache und
wirtschaftliche Lösung
zu schaffen, die es ermöglicht,
dass sich ein gleiches Befehlsgerät eines Motors sehr schnell
sowohl an eine übliche
geschlossene Anordnung vom Typ IP20 als auch an eine offene Anordnung
vom Typ IP00 je nach Anwendung und Installationsart des Befehlsgerätes anpassen
kann, und zwar ohne nachteilige Auswirkung auf den gesamten Platzbedarf
des Gerätes
und die Ausführungszeit.
Diese Anpassung muss im letzten Augenblick direkt durch den Benutzer,
der mit der Ausführung
der Installation des Gerätes
beauftragt ist, erfolgen können,
wobei ein gleiches Gerät
den verschiedenen Bedarfen gerecht werden kann.
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Aus
diesem Grunde beschreibt die Erfindung ein Befehlsgerät eines
Elektromotors mit einem Unterkasten, in dem elektronische Leistungsbauteile untergebracht
sind, einem Rahmen der vorne am Unterkasten befestigt ist, einem
Bedienmodul, das vorne am Rahmen befestigt ist und sich mit Dialogmitteln
verbinden kann. Der Rahmen ist im Wesentlichen parallelepidedförmig und
umfasst mindestens zwei Flächen
an der Seite, welche Öffnungen
aufweisen, die durch Wandelemente, die drehbar am Rahmen befestigt
sind, abgedeckt werden können.
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Gemäß einem
Merkmal sind die lösbaren Elemente
aus Polycarbonatmaterial ausgeführt
und der Rahmen ist aus Polyamid ausgeführt.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal sind die lösbaren
Elemente am Rahmen durch Verschraubung oder Verklipsung befestigt,
sind mit Hilfe eines Werkzeugs ausbaubar und umfassen Belüftungsschlitze.
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Andere
Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden näheren Beschreibung unter Bezugnahme
eine gegebene Ausführungsform
als Beispiel deutlich, und die durch die beiliegenden Zeichnungen
dargestellt ist, in denen:
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1 eine
vereinfachte auseinandergezogene Ansicht eines Befehlsgerätes gemäß der Erfindung
schematisiert,
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2 das
Beispiel von 1 mit den am Rahmen des Gerätes in einer
Anordnung IP20 gezeigten Wandelementen zeigt,
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3 das
Beispiel der 1 mit den entfernten Wandelementen
in einer Anordnung IP00 zeigt,
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4 eine
Variante des Beispiels von 1 zeigt.
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Bekanntlich
umfasst ein Befehlsgerät
eines Elektromotors wie ein Drehzahlregler für Asynchronmotoren üblicherweise
einen Leistungsabschnitt und einen Steuerabschnitt. Der Leistungsabschnitt
ist mit den Leistungsversorgungsleitern des Motors verbunden und
umfasst insbesondere die Umschaltvorrichtungen, welche die Frequenz-
und/oder Spannungssteuerung des Motors ermöglichen (elektronische Leistungsbauteile,
Schutzelemente, Filterelemente, usw.). Der Bedienabschnitt umfasst
insbesondere die Steuermittel der Leistungsbauteile, die Regelungs- und
Berechnungsmittel, die Mensch-Maschinedialogmittel
und die Kommunikationsmittel.
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Unter
Bezugnahme auf 1 weist ein Befehlsgerät vom Typ
Drehzahlregler einen Unterkasten 10, einen Rahmen 20,
der vorne am Unterkasten 10 befestigt ist, und ein Bedienmodul 40,
das vorne am Rahmen 20 angeordnet ist, auf.
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Der
Rahmen 10 ist im Wesentlichen parallelepidedförmig und
integriert den Leistungsabschnitt des Drehzahlreglers. Der Unterkasten 10 umfasst folglich
mindestens eine Elektronikkarte 11, auf welcher elektronische
Leistungsbauteile angeordnet sind (der Vereinfachung halber sind
diese nicht auf den Figuren dargestellt) sowie einen oder mehrere Leistungsanschlussblöcke 12 und
Anschlussblöcke zur
Verbindung mit dem Bedienabschnitt. Der Unterkasten 10 kann
auch verschiedene für
die Wärmeabführung übliche Bauteile
aufweisen wie einen Kühler, einen
Lüfter
und/oder Lüftungsschlitze.
Des Weiteren können
herkömmliche
Befestigungsmittel hinten am Unterkasten 10 angebracht
werden, die eine Befestigung des Befehlsgerätes auf einer beliebigen Halterung
(Platine, Gerüst,
Schrankrahmen, usw.) ermöglichen.
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Der
Rahmen 20 ist ein im Wesentlichen parallelepidedförmiges Gerüst, das
eine durchbrochene Stirnfläche
und eine Rückfläche aufweist,
zwischen denen sich vier Flächen
an den Seiten befinden, das heißt:
zwei seitliche Flächen 21, 22,
eine obere Fläche 23 und
eine untere Fläche 24.
Das Innere des Rahmens 20 ist im Wesentlichen leer. Die
Rückfläche des
Rahmens 20 ist gegen den Unterkasten positioniert, und
das Bedienmodul 40 des Gerätes ist gegen die Stirnfläche des
Rahmens 20 befestigt.
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Das
Bedienmodul integriert den Bedienabschnitt des Befehlsgerätes und
umfasst ein Gehäuse 40,
das mindestens eine Elektronikkarte aufweist. Diese Elektronikkarte
kann sich mit Mensch- Maschinedialogmitteln
verbinden, die insbesondere zur Parametrierung, Überwachung und Anzeige von
Zuständen
des Gerätes
bestimmt sind. Diese Dialogmittel umfassen zum Beispiel mehrere
Leuchtdioden (oder LEDs) zur Signalisierung 42, die an
der Frontfläche
des Gehäuses 40 des
Bedienmoduls sichtbar sind und auf der Steuerkarte angeordnet werden
können.
Die Dialogmittel können
ferner auch eine Benutzer-Dialogschnittstelle 41 aufweisen,
die mit Tasten und einem Anzeigebildschirm ausgestattet ist. Die Dialogschnittstelle 41 kann
lösbar
an einer vorne am Gehäuse 40 des
Bedienmoduls vorgesehenen Stelle untergebracht werden, um entweder
dauernd oder vorübergehend
mit dem Bedienmodul verbunden zu sein. Die Dialogschnittstelle 41 könnte auch
getrennt vom Gehäuse 40 des
Bedienmoduls getrennt sein und an das Bedienmodul durch eine elektrische,
optische oder drahtlose (wireless) Verbindung angeschlossen sein.
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Das
Bedienmodul kann ferner einen oder mehrere Steueranschlussblöcke und
einen oder mehrere Anschlussblöcke
für Kommunikationsbusse aufweisen,
welche die Fernsteuerung, die Parametrierung und/oder Überwachung
des Befehlsgerätes ermöglichen.
Das Gehäuse 40 des
Bedienmoduls kann dann in seinem vorderen Abschnitt eine drehbare
Tür 43 umfassen,
um den Zugriff auf diesen Anschlussblock bzw. diese Anschlussblöcke zu erleichtern.
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Ferner
erfolgt die Verbindung zwischen dem Leistungsabschnitt und dem Bedienabschnitt
des Gerätes über Kabel
oder Steckverbinder, die durch Rahmen 20 gehen und die
Elektronikkarte 11 mit dem Bedienmodul 40 verbinden.
Daneben können mehrere
funktionale Optionen in das Befehlsgerät mittels eines oder mehrerer
Optionsmodulen eingebunden werden, die an das Bedienmodul angeschlossen
sind und beispielsweise überlagert
zwischen dem Rahmen 20 und dem Gehäuse 40 angeordnet
sind.
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Gemäß der Erfindung
sind mindestens zwei der Flächen
an der Seite 21, 22, 23, 24 des
Rahmens 20 durchbrochen und weisen Belüftungsöffnungen oder -fenster auf,
und zwar jeweils 21', 22', 23', 24', die den Luftumlauf
im Gerät
erleichtern. Diese Öffnungen 21', 22', 23', 24' können durch
Wandelemente abgedeckt sein, und zwar jeweils 31, 32, 33, 34, die
lösbar
am Rahmen 20 befestigt sind.
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In
einer vereinfachten Ausführungsform
sind nur zwei Flächen
an der Seite des Rahmens 20 für den Lufteintritt und -austritt
durchbrochen. Zum Beispiel sind nur die obere Fläche 23 und untere
Fläche 24 des
Rahmens durchbrochen, und das obere 33 und untere 34 lösbare Wandelement
decken jeweils die Öffnungen 23', 24' dieser zwei
Flächen 23, 24 ab. In
einer anderen Ausführungsform
sind nur die zwei seitlichen Flächen 21, 22 des
Rahmens 20 durchbrochen und seitliche lösbare Wandelemente 31, 32,
die vorzugsweise identisch sind, decken jeweils die Öffnungen 21', 22' dieser zwei
Flächen 21, 22 ab.
In dieser bevorzugten Ausführungsform,
die in den Figuren dargestellt ist, sind alle Flächen an der Seite (das heißt die zwei
seitlichen Flächen 21, 22,
die obere Fläche 23 und
die untere Fläche 24)
des Rahmens 20 durchbrochen, um den Luftumlauf innerhalb
des Befehlsgerätes
zu erhöhen,
wenn die lösbaren
Wandelemente 31, 32, 33, 34 entfernt
sind.
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Bestimmte
Bauteile des Befehlsgerätes
können
direkt am Rahmen 20 befestigt sein (wie zum Beispiel die
Verbindungskabel zwischen dem Leistungsabschnitt und dem Bedienabschnitt),
aber kein Bauteil des Gerätes
am lösbaren
Wandelement 31, 32, 33, 34 befestigt.
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Wenn
die lösbaren
Wandelemente 31, 32, 33, 24 am
Rahmen 20 befestigt sind, entspricht das Gerät einem Schutzindex
IP20, der für
diese Art Gerät üblich ist.
Diese Anordnung ist in 3 dargestellt.
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Wenn
die Wandelemente entfernt sind (insbesondere bei Anordnung des Gerätes in einer
geschlossenen Box) entspricht das Befehlsgerät nur einem Schutzindex IP00,
da die Öffnungen 21', 22', 23', 24' nicht abgedeckt
sind. Der Luftumlauf innerhalb des Gerätes ist dann beachtlich verbessert,
wodurch die Gefahr von Wärmespitzen
im Gerät
reduziert wird. Diese Anordnung ist in 2 dargestellt.
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Die
verschiedenen lösbaren
Wandelemente sind am Rahmen 20 entweder durch Verschraubung oder
Verklipsung mit Hilfe von Mitteln befestigt, die nach dem Index
IP20 konzipiert sind. Die Elemente sind sehr leicht ausbaubar, aber
nur mit Hilfe eines Werkzeugs, um jegliches unangebrachte Herausziehen
durch einen Benutzer zu vermeiden. Wenn das obere und untere Wandelement 33, 34 nicht
nur die Flächen 23, 34,
aber auch leicht die seitlichen Flächen 21, 22 abdecken,
könnte
man als Alternative erwägen,
dass die seitlichen Elemente 31, 32, nachdem sie
angeordnet sind, einfach durch die Elemente 33, 34 gehalten
werden, beispielsweise mittels Laschen 35 (in 4 angegebene),
die sich unter die Elemente 33, 34, nachdem sie
angeordnet sind, klemmen.
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Es
sind folglich für
ein Gerät
gemäß der Erfindung
zwei Anwendungsarten (2/3) möglich, die
es auf vorteilhafte Weise in die Lage versetzen, sich an verschiedene
Umweltbeanspruchungen anzupassen. Vorteilhafterweise erfolgt der
Wechsel von einer Anwendungsart zur anderen schnell und hat keine
weiteren Anpassungen zur Folge, da kein Bauteil des Gerätes an den
lösbaren
Elementen des Rahmens 20 befestigt ist. Dadurch lässt sich
das Befehlsgerät
leichter ausführen.
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Die
Wandelemente 31, 32, 33, 34 decken entweder
ganz oder nur teilweise den Rahmen 20 ab. Um dem Schutzindex
IP20 zu entsprechen, würde
es nämlich
ausreichen, dass die lösbaren
Elemente nur die ganze Fläche
der Öffnungen 21', 22', 23', 24' der Flächen des
Rahmens 20 abdecken.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
decken jedoch die Elemente 31, 32, 33, 34 und
das Bedienmodul 40 den ganzen Rahmen 20 (wie in 3 angegeben)
ab. Dank dieser ganzen Abdeckung des Rahmens, kann er dann aus Polyamidmaterial
(eventuell mit Glasfaserfüllung)
ausgeführt
sein, das den Vorteil aufweist, dass es eine bessere mechanische Steifheit
als ein übliches
Polycarbonatmaterial aufweist, wodurch insbesondere die Vibrationsprobleme des
Gerätes
wesentlich gemindert werden. In diesem Fall sind nur die von außen sichtbaren
Abschnitte, das heißt
die Wandelemente 31, 32, 33, 34 und
das Gehäuse 40 des
Bedienmoduls aus Polycarbonatmaterial ausgeführt, um die von den Normen
geforderte (insbesondere Flammentest UL50) gute Feuerbeständigkeit
zu gewährleisten.
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In
den in den Figuren dargestellten Beispielen decken das obere 33 und
untere Wandelement 34 auch teilweise die Frontfläche sowie
die seitlichen Flächen 21, 22 des
Rahmens 20 ab. Dank dieser Anordnung kann insbesondere
die Abdeckung der Kanten des Rahmens verbessert werden. Mindestens
eines der lösbaren
Elemente, beispielsweise das untere Wandelement 34, umfasst Öffnungen,
welche selbst bei der Anordnung IP20 die äußere Durchführung der Kabel ermöglichen,
insbesondere der vom Leistungsanschlussblock 12 kommenden
Kabel. Ferner kann das untere Element 34 eine drehbare
Tür 38 für den Zugang
auf den Leistungsanschlussblock 12 umfassen, der im Allgemeinen
an der Karte 11 des Unterkastens 10 befestigt
ist. In einer bevorzugten Ausführungsform
erfolgt der Zugang auf den Leistungsanschlussblock jedoch nicht
direkt; die drehbare Tür 38 ermöglicht beispielsweise
den Zugang auf eine Schraube der Art mit ¼-Drehung, dank welcher das
untere Element 34 für
den Zugang auf den Leistungsanschlussblock 12 ausgebaut
werden kann.
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Der
in der Erfindung beschriebene Typ des Befehlsgerätes eines Motors ist im Allgemeinen
für eine
vollständige
Leistungspalette von Elektromotoren bestimmt. Der Unterkasten 10,
der den Leistungsabschnitt des Gerätes aufweist, besitzt folglich je
nach der Leistung des durch Befehle zu steuernden Motors sehr verschiedenartige
Dimensionen, da die Größe bestimmter
Leistungsbauteile je nach Motorleistung zunimmt. Dagegen werden
die Dimensionen des Steuermoduls 40 nicht unbedingt durch
die Leistung des Motors beeinflusst, ausgenommen bei sehr starken
Leistungen, wo eine zusätzliche
Schnittstellenkarte hinzugefügt
werden kann.
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Die
Beispiele der 1, 2, 3 zeigen folglich
eine Geräteabmessung,
bei welcher die Breite des Unterkastens 10 und der Rahmen 20 etwa gleichwertig
mit der Breite des Moduls 40 sind. Daneben können bei
einem Befehlsgerät,
das für
eine größere Motorabmessung
bestimmt ist, die Breite und/oder die Höhe des Bedienmoduls 40 kleiner
als die des Rahmens 20 und des Unterkastens 10 sein (siehe
das Beispiel von 4), wodurch die Gefahr besteht,
dass ungeschützte Öffnungen
auf der Frontfläche
des Rahmens 20 um das Bedienmodul 40 verursacht
werden können.
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Um
in diesem Fall das Befehlsgerät
gemäß dem Index
IP20 beizubehalten, sind die oberhalb und unterhalb des Steuermoduls 40 befindlichen Öffnungen
leicht abdeckbar, indem die Größe des oberen und
unteren Elements 33, 34 angepasst wird. Bei Öffnungen,
die sich an den Seiten des Bedienmoduls 40 befinden, umfasst
der Rahmen 20 dann ein oder zwei zusätzliche vertikale Frontwandelemente 36, 37 (siehe 4).
Wie die anderen Wandelemente sind das oder die Frontelemente 36, 37 lösbar am
Rahmen 20 befestigt und können Lüftungsschlitze 39 aufweisen. Die 4 zeigt
ein Beispiel wo zwei Elemente 36, 37 jeweils beiderseits
des Gehäuses 40 des
Bedienmoduls positioniert sind. Man könnte auch ein einziges Frontelement 36 oder 37 je
nach Platz des Gehäuses 40 auf
der Frontfläche
des Rahmens 20 in Erwägung ziehen.
Ebenso lässt
sich ein einziges Frontelement 36 in Erwägung ziehen,
das die ganze Breite der Frontfläche
des Rahmens einnimmt und über
ein Loch verfügt,
dank welchem das Steuergehäuse 40 positioniert
werden kann.
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In
den Figuren sind die vier Wandelemente 31, 32, 33, 34 aus
vier verschiedenen Teilen gebildet, wodurch sich Wandelemente mit
einfachen Formen ausführen
lassen. In einer Variante der Erfindung könnte ein gleiches Teil auch
mehrere miteinander benachbarte Elemente derart umfassen, dass die Anzahl
der zusammenzubauenden Teile reduziert wird; beispielsweise ein
einziges Teil, das die lösbaren
Elemente 31, 32, 33 bildet, um die Öffnungen 21', 22', 23' abzudecken,
oder ein einziges Teil, das die Elemente 31, 36 bildet,
usw.
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Es
versteht sich selbstverständlich,
dass andere Detailvarianten und -verbesserungen vorstellbar sind
und dass man sogar die Verwendung gleichwertiger Mittel in Erwägung ziehen
kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.