ES2350251T3 - Instalación de conmutación eléctrica. - Google Patents

Abstract

- Instalación de conmutación, que comprende al menos un punto de enlace para transformar señales de control de entrada y salida de un primer nivel de tensión en señales de control de entrada y salida de un segundo nivel de tensión, en donde el punto de enlace entre los niveles de tensión está configurado como convertidor (W) para la transformación optoelectrónica, separada por potencial, de las señales de control, caracterizada · porque el convertidor (W) se compone de módulos acoplables mecánicamente (M1, M2) y · un primer módulo está equipado como módulo emisor (M1) con un emisor luminoso (LS1), que sobresale por encima de un lado de borde de carcasa (A2) del módulo emisor (M1), y · un segundo módulo está equipado como módulo receptor (M2) con un receptor luminoso (LE2), que está situado con relación a un lado de borde de carcasa (A1) del módulo receptor (M2) en la profundidad de la carcasa del módulo receptor (M2), y · porque en el estado del acoplamiento mecánico los lados de borde de carcasa (A1, A2) vueltos uno hacia otro forman superficies de contacto, y · porque los módulos (M1, M2) soportan medios de acoplamiento mecánicos (12, 14), de los que un primer medio de acoplamiento es al menos un gancho de encastre (12) elástico dotado de una parte de gancho (14) y otra parte de acoplamiento es al menos una parte de enclavamiento (16) complementaria a la parte de gancho (14) del gancho de encastre (12), en donde los ganchos de encastre (12) están dispuestos en los lados de borde de carcasa presentes perpendicularmente a las superficies de contacto (A1, A2), y los ganchos de encastre (12) sobresalen en su longitud más allá de la superficie de contacto (A1, A2), y las partes de enclavamiento (16) están dispuestas ocultas en la profundidad de la carcasa.

Description

La invención se refiere a una instalación de conmutación, que comprende al menos un punto de enlace para transformar señales de control de entrada y salida de un primer nivel de tensión en señales de control de entrada y salida de un segundo nivel de tensión. Las señales pueden servir tanto para la unión de potencial como para la transmisión de datos.

Los sistemas industriales de conmutación y control, realizados hoy en día casi siempre como control programable por memoria, exigen con frecuencia la transformación de señales de un nivel de tensión y de una clase de tensión a otro nivel de tensión y/o a otra clase de tensión. A esto hay que añadir que los sistemas de control realizan funciones múltiples, en las que en el lado de entrada y en el lado de salida también se presentan diferentes niveles de tensión y clases de tensión unos junto a otros. Por ejemplo los controles programables por memoria así como los relés de control tienen varias entradas y salidas, que en su mayoría sólo están previstas para un determinado margen de tensión (24 V ó 230 V). Por ello se producen problemas en el caso de tensiones diferentes que pueden tener además un potencial de referencia diferente, ya que pulsadores, sensores, relés o actuadores tienen que alimentarse con tensión de forma correspondiente a su misión.

Con el objetivo de una transformación así se usan elementos constructivos optoacopladores, en muchos productos porque aquí puede aprovecharse también la ventaja de la separación galvánica entre señales de entrada y de salida.

Por el documento DE 198 17 441 A1 se conoce por ejemplo prever opto-acopladores en un adaptador de punto de enlace de un control programable por memoria, que estén insertados entre un primer y un segundo aparato, en donde los aparatos trabajan con diferentes tensiones.

Asimismo pertenece al estado de la técnica un punto de acoplamiento galvánicamente separador para transmisión de energía y/o señales (documento DE 3019646 A1). Para esto se insertan en aparatos de electro-medicina inserciones de aparato, que presentan un acoplamiento óptico.

El documento WO 96/27211 A da a conocer una instalación de conmutación eléctrica que comprende al menos un punto de enlace para la transformación de señales de control de entrada y de salida de un primer nivel de tensión en señales de control de entrada y de salida de un segundo nivel de tensión, en donde el punto de enlace entre los niveles de tensión está configurado como convertidor para la transformación opto-electrónica, separada por potencial, de las señales de control.

El documento US 2002/054410 A1 da a conocer un convertidor compuesto por módulos acoplables mecánicamente, en donde los módulos se acoplan entre sí a través de medios de retención, mediante un movimiento de empuje que discurre en paralelo a los lados de borde de la carcasa.

La misión de la invención consiste en especificar una instalación de conmutación eléctrica con al menos un punto de enlace opto-electrónico, en donde el punto de enlace opto-electrónico está estructurado modularmente.

La solución de la misión se encuentra en la reivindicación principal. En las reivindicaciones subordinadas se formulan configuraciones ulteriores.

El núcleo de la invención consiste en que el convertidor se compone de al menos dos módulos separables y acoplables mecánicamente, en donde el primer módulo (módulo emisor) está equipado con un emisor luminoso, que sobresale por encima de un lado de borde de carcasa del primer módulo, y el segundo módulo (módulo receptor) está equipado con un receptor luminoso que, con relación a un lado de borde de carcasa del segundo módulo, está situado en la profundidad de la carcasa del módulo receptor. En el estado del acoplamiento mecánico los lados de borde de carcasa vueltos uno hacia otro forman superficies de contacto; ambos módulos soportan medios de acoplamiento, que están dispuestos sobre las superficies de contacto.

Aquí se utiliza el módulo emisor como entrada eléctrica para una instalación de conmutación eléctrica, en especial para un control programable por memoria. En el lado de salida de una instalación de conmutación puede insertarse también al menos un convertidor conforme a la invención, de tal modo que las señales de salida estén adaptadas óptimamente para diferentes funciones de conmutación. El convertidor opto-electrónico no sólo puede utilizarse con fines de conmutación, sino también para la transmisión de información entre diferentes puntos de enlace. La entrada y la salida de un convertidor están asociadas y cableadas a un canal de entrada o de salida de una instalación de conmutación. Para diferentes canales de un control de este tipo se inserta en cada caso un convertidor.

El circuito de conmutación de un módulo receptor está estructurado de forma preferida electrónicamente, de tal modo que pueden conectarse corrientes CA o CC y la polaridad no juega ningún papel. La tensión máxima conmutable y la corriente máxima conmutable se determinan mediante el aislamiento de carcasa y los transistores de salida. En el caso de una estructura sencilla pueden cubrirse tensiones de funcionamiento de hasta 264 V. En especial los módulos pueden alojar circuitos de conmutación, que por ejemplo rebajan la tensión de funcionamiento a la tensión de abastecimiento de LED (unos pocos voltios).

A continuación se reivindican brevemente configuraciones ventajosas adicionales.

Cada módulo soporta en los lados de borde de carcasa situados frente a las superficies de contacto también medios de acoplamiento, que son complementarios a los medios de acoplamiento dispuestos sobre las superficies de contacto. Los medios de acoplamiento comprenden al menos un parte de gancho y al menos una parte de enclavamiento complementaria a la parte de gancho. La dirección de actuación del acoplamiento mecánico es perpendicular a las superficies de contacto. Los medios de acoplamiento encajan por fuerza elástica en el caso de movimiento en esta dirección; para liberar los medios de acoplamiento puede utilizarse una herramienta auxiliar.

El dimensionamiento de las piezas de acoplamiento puede estar también adaptado para la fijación directa a un riel de soporte. Un dimensionamiento de este tipo se refiere fundamentalmente a la dimensión del riel de soporte y a la distancia entre las piezas de gancho.

Las carcasas de cada módulo deben tener formas externas idénticas. La ventaja de la modularidad del objeto conforme a la invención se hace especialmente clara junto con la configuración unitaria de los medios de acoplamiento en todos los módulos y la forma de carcasa lo más unitaria posible.

Un módulo puede estar estructurado con dos mitades de carcasa idénticas, en donde las mitades de carcasa tienen su plano de separación en el plano de separación de la extensión máxima de un módulo.

De forma preferida se propone equipar el convertidor con un módulo adaptador para el acoplamiento mecánico y óptico entre el módulo emisor y el módulo receptor, de tal modo que se haga posible puentear una mayor distancia entre el emisor luminoso y el receptor luminoso. El tramo óptico se puentea mediante fibra conductora de luz. De forma preferida la fibra conductora de luz puede ser una fibra conductora de luz de plástico. De este modo pueden puentearse varios metros de distancia. El módulo adaptador se compone con ello de dos elementos modulares que, en sus lados dirigidos uno hacia el otro, tienen cada uno un alojamiento para la fibra conductora de luz y posiblemente allí, para la mejora del acoplamiento y desacoplamiento de luz, presentan además un sistema de lentes. En los lados alejados respectivamente entre sí los elementos modulares tienen las correspondientes partes de enclavamiento y de gancho complementarias, como las que están disponibles también en los módulos descritos anteriormente. La ventaja del uso de un módulo adaptador es que no es posible ninguna influencia causada por campos parásitos electromagnéticos y que sólo es necesario tender una línea (óptica), en lugar de una línea de dos hilos en el caso de puenteo eléctrico.

Con el uso de un módulo adaptador es posible de forma todavía mejor separar con seguridad regiones con una tensión muy elevada o un gran entorno parásito de regiones de menor tensión. Con ayuda de un módulo adaptador pueden cumplirse también otras tareas, por ejemplo el aumento de distancia entre parte de control o de manejo de una instalación de conmutación.

Todos los módulos citados deben tener la misma estructura de carcasa. Asimismo deben existir en todos los módulos los mismos medios de acoplamiento mecánicos y los medios de acoplamiento eléctricos. Al módulo emisor puede estar asociado un módulo de conmutación previa. El módulo de conmutación previa debe servir para la alimentación de tensión del emisor luminoso, si la tensión de alimentación disponible es mayor que la tensión de funcionamiento del emisor luminoso. Para esto el módulo de conmutación previa puede estar equipado con un circuito de conmutación o elemento constructivo, con el que pueda reducirse la tensión de alimentación (por ejemplo 500 V) al valor de la tensión de funcionamiento (por ejemplo 264 V). El circuito de conmutación puede estar configurado como divisor de tensión capacitivo, en el caso más sencillo puede tratarse también de una resistencia previa óhmica.

A cada módulo, en especial a un módulo emisor, puede estar asociado un adaptador mecánico, sobre el cual se dispone de medios de acoplamiento mecánicos para el módulo y el adaptador está dotado de medios para encajar a presión sobre un riel de soporte. El adaptador puede usarse para aquellos casos en los que un módulo no puede colocarse de forma ajustada sobre un riel de soporte.

La invención se representa en varias figuras, en donde éstas muestran en detalle: la fig. 1 varios módulos de la instalación de conmutación, la fig. 2 un módulo adaptador, la fig. 3 un convertidor en estado acoplado, la fig. 4 un conexionado de varios convertidores con un control.

La fig. 1 muestra en representación distanciada un ejemplo de realización que comprende un riel de soporte 80, un adaptador AT, un módulo de conmutación previa VM y un convertidor W formado por los módulos M1 y M2. Los módulos tienen de forma preferida forma constructiva de bornes en serie, es decir una estructura de carcasa plana.

En la figura pueden apreciarse piezas de contacto o bornes de entrada K1 para líneas de alimentación ZL, y también se han indicado bornes de salida K2 que se usan para el cableado. Asimismo se ha indicado que los módulos comprenden circuitos de conmutación electrónicos S, que se usan para la transformación electro-óptica de las señales. El contactado eléctrico se realiza desde el lado; los bornes son accesibles a través de aberturas 20 para una herramienta giratoria. Las aberturas están disponibles en el lado de la carcasa, en las cuales están dispuestas las partes de gancho 14. Para la unión eléctrica entre dos módulos pueden usarse puentes de cable B, como los que se han indicado en la fig. 1 a modo de ejemplo.

El riel de soporte puede ser preferentemente un riel de sombrero estándar (según DIN), aunque no quedan excluidos otros sistemas de riel. El acoplamiento mecánico de los módulos VM, M1, M2 entre sí se realiza a través de partes de enclavamiento 16 y partes de gancho 14, en donde las partes de gancho 14 están dispuestas sobre ganchos de encastre elástico 12. Las partes de gancho 14 están dispuestas sobre una arista de la carcasa y sobresalen de un primer lado de borde de carcasa A1 de un módulo. Las partes de enclavamiento 16 asociadas a las partes de gancho están disponibles en el lado de borde de carcasa A2, situado enfrente del primer lado de borde de carcasa, de cada módulo. Las partes de gancho 14 sobresalen del lado de borde de carcasa A1; en donde las partes de enclavamiento 16 están dispuestas ocultadas en la profundidad de la carcasa. La asociación geométrica de las partes de enclavamiento 16 y las partes de gancho 14 se ha elegido de tal modo, que después del acoplamiento mecánico hacen contacto los lados de borde de carcasa vueltos unos hacia los otros de los módulos.

Las partes de gancho 14 están dirigidas hacia dentro, unas hacia las otras. Las partes de enclavamiento 16 están dirigidas de forma correspondiente hacia fuera, unas hacia fuera de las otras. La distancia entre las partes de gancho 14 debería estar dimensionada de forma correspondiente a la anchura de un riel de soporte, de tal modo que también sea posible la colocación directa de un módulo sin adaptador sobre un riel de soporte. La estructura de carcasa, las partes de gancho 14, las partes de enclavamiento 16 y el contactado eléctrico están disponibles de forma idéntica en todos los módulos citados.

En la fig. 1 se muestra un adaptador AT, que debe utilizarse cuando se presente una diferencia en la anchura del riel de soporte y en la distancia entre las partes de gancho. El adaptador se usa de este modo para compensar las dimensiones. Otra función que puede cumplir un adaptador reside en que está configurado para alojar varios módulos M1 unos juntos a otros en profundidad. En aplicaciones normales pueden utilizarse unos junto a otros dos, tres o cuatro módulos. Una fijación de uno o varios convertidores conforme a la invención, directamente o mediante adaptadores sobre un riel de sombrero DIN estándar puede materializarse mediante un encaje encima sencillo, a este respecto cada convertidor puede estar compuesto de forma diferente modularmente ara la adaptación de tensión individual. Los convertidores situados unos junto a otros quedan mutuamente sin potencial.

El primer módulo M1 del convertidor soporta en el segundo lado de borde de carcasa A2 un emisor luminoso LS1, que puede estar configurado por ejemplo como LED. El LED puede estar asentado sobre un zócalo de enchufe. El emisor luminoso LS1 sobresale relativamente mucho respecto al lado de borde de carcasa A2. El segundo módulo M2 del convertidor tiene en su interior un receptor luminoso LE2, que puede ser un fotoelemento o un

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fototransistor. El receptor luminoso LE2 está en la profundidad de la carcasa del segundo módulo M2. Después del acoplamiento mecánico de los módulos los elementos opto-electrónicos LS1 y LS2 están situados enfrentados profundamente dentro de la carcasa cerrada del módulo M2. A esto se une la ventaja de que se evitan influencias de luz externa y se dispone de una protección contra polvo.

Las carcasas G de ambos módulos M1, M2 están estructuradas de forma preferida con dos mitades de carcasa idénticas, en donde la carcasa de un módulo está separada en el plano de la máxima extensión. La mitad de carcasa simétrica forma un plano de separación central. Mediante la estructura idéntica puede simplificarse mucho la producción y el montaje. La clase de estructura ya se ha representado y descrito de forma similar anteriormente en el documento DE 199 08 574 A1. En especial la configuración de la parte de gancho 14 y la posición de montaje del elemento luminoso LS1 pueden apreciarse bien en el citado documento (allí fig. 2).

La fig. 2 muestra un módulo adaptador M3, que se compone de dos elementos modulares M3.1, M3.2. El primer elemento es un receptor óptico; el segundo es un emisor óptico. El tramo óptico se puentea mediante fibra conductora de luz LWL, por ejemplo una fibra de plástico. Para acoplar y/o desacoplar luz puede usarse en los elementos respectivamente también un sistema de lentes. Sobre los elementos modulares se dispone de partes de enclavamiento (16) y de gancho (12) para acoplarse con los módulos M1 y M2.

La fig. 4 muestra un conexionado de varios convertidores con un control SPS programable por memoria. El SPS tiene en esta representación 4 entradas, de las que 3 entradas son entradas de corriente continua. Las 3 entradas de corriente continua tiene el mismo nivel de tensión (CC). Para alimentar a estas entradas también señales de otro nivel de tensión y de otra clase de tensión (CA), estas entradas se preconectan cada una a un convertidor W.

Símbolos de referencia

10

Medios de acoplamiento mecánicos

12

Ganchos de encastre elástico

14

Parte de gancho

16

Parte de enclavamiento

20

Abertura de acceso para tornillo aprisionador

80

Riel de soporte

A1 A2 Lado de borde de carcasa, superficies de contacto

7

AT

Adaptador para colocar encima de riel de soporte

B

Puente de cable

G

Carcasa

GH

Mitades de carcasa

K1

Bornes de entrada (piezas de contacto) para circuito de conmutación

K2

Bornes de salida para un aparato de conmutación

LE2

Receptor luminoso

LS1

Emisor luminoso LED

LWL

Fibra conductora de luz

M1

Módulo emisor

M2

Módulo receptor

M3

Módulo adaptador

M3.1 M3.2

Elementos modulares

S

Circuito de conmutación

SPS

Control programable por memoria

SV

Circuito de conmutación Módulo de conmutación previa

VM

Módulo de conmutación previa

W

Convertidor

ZL

Línea de alimentación

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES

   1.-Instalación de conmutación, que comprende al menos un punto de enlace para transformar señales de control de entrada y salida de un primer nivel de tensión en señales de control de entrada y salida de un segundo nivel de tensión, en donde el punto de enlace entre los niveles de tensión está configurado como convertidor (W) para la transformación opto-electrónica, separada por potencial, de las señales de control, caracterizada · porque el convertidor (W) se compone de módulos acoplables mecánicamente (M1, M2) y · un primer módulo está equipado como módulo emisor (M1) con un emisor luminoso (LS1), que sobresale por encima de un lado de borde de carcasa (A2) del módulo emisor (M1), y · un segundo módulo está equipado como módulo receptor (M2) con un receptor luminoso (LE2), que está situado con relación a un lado de borde de carcasa (A1) del módulo receptor (M2) en la profundidad de la carcasa del módulo receptor (M2), y · porque en el estado del acoplamiento mecánico los lados de borde de carcasa (A1, A2) vueltos uno hacia otro forman superficies de contacto, y · porque los módulos (M1, M2) soportan medios de acoplamiento mecánicos (12, 14), de los que un primer medio de acoplamiento es al menos un gancho de encastre (12) elástico dotado de una parte de gancho (14) y otra parte de acoplamiento es al menos una parte de enclavamiento (16) complementaria a la parte de gancho (14) del gancho de encastre (12), en donde los ganchos de encastre (12) están dispuestos en los lados de borde de carcasa presentes perpendicularmente a las superficies de contacto (A1, A2), y los ganchos de encastre (12) sobresalen en su longitud más allá de la superficie de contacto (A1, A2), y las partes de enclavamiento (16) están dispuestas ocultas en la profundidad de la carcasa.
2. 2.-Instalación de conmutación según la reivindicación 1, caracterizada porque el módulo emisor (M1) y el módulo receptor (M2) soportan en los lados de borde de carcasa (A1, A2) situados frente a las superficies de contacto (A1, A2) también medios de acoplamiento (12, 14), que son complementarios a los medios de acoplamiento (12, 14) dispuestos sobre las superficies de contacto (A1, A2).
3. 3.-Instalación de conmutación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el convertidor (W) comprende un módulo adaptador (M3) para el acoplamiento mecánico y óptico entre el módulo emisor (M1) y el módulo receptor (M2), en donde el módulo adaptador (M3) se compone de dos elementos modulares (M3.1, M3.2), sobre los cuales están dispuestos medios de acoplamiento complementarios, que cooperan con los medios de acoplamiento (12, 14) del módulo emisor (M1) y del módulo receptor (M2), y el primer elemento modular (M3.1) comprende un receptor luminoso (LE3) y el segundo elemento modular (M3.2) un emisor luminoso (LS3), y entre el receptor luminoso (LE3) y el emisor

   luminoso (LS3) se dispone de una fibra conductora de luz (LWL).
4. 4.-Instalación de conmutación según una de las reivindicaciones anteriores,

   caracterizada porque los ganchos de encastre (12) están adaptados a las dimensiones de un

   riel de soporte (80), de tal modo que un módulo (M1, M2) puede colocarse directamente

   5 encima de un riel de soporte (80).
5. 5.-Instalación de conmutación según una de las reivindicaciones anteriores,

   caracterizada porque las carcasas de cada módulo (M1, M2) tienen una forma exterior

   idéntica.
6. 6.-Instalación de conmutación según una de las reivindicaciones anteriores, 10 caracterizada porque un módulo (M1, M2) está estructurado con dos mitades de carcasa idénticas, que tienen su plano de separación en el plano de la extensión máxima de un módulo. 7.-Instalación de conmutación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque al módulo emisor (M1) está asociado un módulo de conmutación previa (VM), que tiene la misma estructura de carcasa que un módulo emisor (M1), sobre el cual

   15 están dispuestos los mismos medios de acoplamiento mecánicos (12, 14) que sobre el módulo emisor (M1), y el módulo de conmutación previa (VM) comprende un circuito de conmutación que reduce una tensión de alimentación aplicable a la tensión de funcionamiento del emisor luminoso del módulo emisor. 8.-Instalación de conmutación según una de las reivindicaciones anteriores,

   20 caracterizada porque al módulo emisor (M1) está asociado un adaptador (AT), sobre el cual están disponibles medios de acoplamiento mecánicos (12, 14) para el módulo emisor (M1) y el adaptador está equipado con medios para el encastre elástico sobre un riel de soporte (80).