WO2007057434A2 - Vorrichtung zur übertragung eines stromes und/oder eines signals - Google Patents

Vorrichtung zur übertragung eines stromes und/oder eines signals Download PDF

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WO2007057434A2
WO2007057434A2 PCT/EP2006/068579 EP2006068579W WO2007057434A2 WO 2007057434 A2 WO2007057434 A2 WO 2007057434A2 EP 2006068579 W EP2006068579 W EP 2006068579W WO 2007057434 A2 WO2007057434 A2 WO 2007057434A2
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functional module
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Georg Wolf
Markus WÖHRLE
Martin Adolf
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Endress + Hauser Gmbh + Co.Kg
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Publication of WO2007057434A3 publication Critical patent/WO2007057434A3/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/08—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for safeguarding the apparatus, e.g. against abnormal operation, against breakdown
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F19/00—Fixed transformers or mutual inductances of the signal type
    • H01F19/04—Transformers or mutual inductances suitable for handling frequencies considerably beyond the audio range
    • H01F19/08—Transformers having magnetic bias, e.g. for handling pulses
    • H01F2019/085—Transformer for galvanic isolation

Definitions

  • Description Device for transmitting a current and / or a signal
  • the invention relates to a device for transmitting at least one electrical current and / or an electrical signal.
  • a device is also commonly referred to as a disconnector, transmitter, transmitter power supply or as a transformer.
  • the device thus also serves the galvanic separation between an Ex and a non-Ex zone or side.
  • Devices of the aforementioned type serve to transmit electrical current or electrical signals between a hazardous area, so a hazardous area, and a non-hazardous area. In most cases it is a direct current whose current is between two limits. These are the so-called 4 ... 20 mA or 0 ... 20 mA signals.
  • the isolator takes over the galvanic isolation between the two areas. With an AC voltage, this can be realized by a transformer as a transformer. In a direct current, the signal or the current is first chopped by a chopper and placed on the primary side of the transformer. On the secondary side, the signal is rectified again by a rectifier and then output. See, for example, the patent EP 0 927 982 Bl.
  • the ex-side On one side, e.g. the ex-side becomes a signal, e.g. a measurement signal or a control signal for an actuator, received and it is impressed on a current, which is output.
  • the disconnector not only serves to separate, but also fulfills the task of imparting the signal to a current.
  • an electric current is transmitted as a carrier of the electrical signal from the Ex- to the non-Ex zone or from the non-Ex zone to the Ex zone.
  • the isolator is used for galvanic isolation alone.
  • the sides of the separator are designed so that each assignment to the individual zones is given. Therefore, at least three different separators are required. This is cumbersome and costly.
  • the invention has for its object to provide a device for transmitting current and / or signals or for galvanic isolation between an Ex and a non-Ex zone, which the transmission of the current or the signal in different directions allowed.
  • the object is achieved by a device for transmitting at least one electrical current and / or an electrical signal, with at least a first input / output and a second input / output, wherein the first input / output and the second input / output Output are designed such that on the first input / output and the second input / output of the electric current and / or the electrical signal can be received and output, with at least one functional module having at least one input and one output, wherein the functional module receives at least the signal and / or the electrical current at the input, wherein the functional module outputs at least the electrical current and / or the electrical signal at the output, and wherein the functional module is configured such that there is at least one electrical isolation between the Input and output, and wherein the functional module, the first input / output and the second Inte / out
  • the invention thus consists in that the actual functional unit of the disconnector or the transmission device is designed such that this unit can be connected as desired to the inputs / outputs of the disconnector, ie to the Ex or the non-Ex zone. That is, the disconnector as a whole functions in one direction or the other depending on how the connection between the functional unit and the inputs / outputs of the disconnecting device is made. In other words, it is a unidirectional separator whose direction of transmission is selected by the design of the connection between the inputs / outputs and the functional core component of the separator.
  • the two inputs / outputs of the device are designed so that they correspond to the respective requirements with respect to the application in the Ex or non-Ex zone.
  • the electrical signal is, for example, a measurement signal and / or a control signal for an actuator.
  • the signal can be self-contained or it can be part of the electric current or more precisely imprinted on it.
  • the electrical current can in particular be between two limit values, for example 0 mA and 20 mA or 4 mA and 20 mA.
  • An embodiment provides that the functional module, the first input / output and the second input / output are designed and matched to one another such that the input of the functional module with the first input / output or the second input / output Output and that the output of the function module with the second input / output or the first input / output are reversibly connectable.
  • the functional module, the possibilities for contacting the inputs / outputs are designed such that the orientation of the functional module relative to the two inputs / outputs is arbitrarily adjustable and changeable. Thus, therefore, the direction in which the electric current or in which the electrical signal is transmitted, arbitrarily changed or reversed. Depending on the requirements, an adjustment can thus be made.
  • An embodiment includes that it is the functional module is a plug-in module which is designed such that it can be removed from the device, and that it is pluggable in at least two different orientations in the device and connectable to the device.
  • the functional module is thus a pluggable and quasi self-contained unit that can be removed without further problems of the device and can also be used again.
  • An embodiment provides that the functional module is so pluggable and connectable to the device that the first input / output to the input of the function module and the second input / output is connected to the output of the function module, or that of second input / output is connected to the input of the function module and the first input / output to the output of the function module.
  • the two variants of the connection between the input and the output of the functional module and the two inputs / outputs of the device are specifically named.
  • An embodiment includes that at least a first Ex module and a second Ex module are provided, that the first Ex module connected to the first input / output and the second Ex module to the second input / output is, and that the first Ex-module and the second Ex-module are designed such that they prevent the occurrence of currents and / or voltages, which can lead to an explosion in a hazardous area explosion.
  • the two inputs / outputs are each protected by an Ex module.
  • An embodiment provides that at least one Umsdialthim is provided, which establishes the connections between the input and the output of the function module and the first input / output and the second input / output. This is a further embodiment to suitably adjust the orientation of the functional module.
  • the switching unit can produce, for example, suitable electrical connections between the function module and the inputs / outputs.
  • An embodiment includes that the switching unit is configured such that it automatically produces the connections in dependence on the voltage applied to the first input / output and / or the second input / output electrical signals and / or electrical currents.
  • the switching unit recognizes, for example, at which side a current signal is present and accordingly establishes the connection between the inputs / outputs and the functional module.
  • An embodiment provides that the first input / output and / or the second input / output are connectable to a two-wire and / or a four-wire / is.
  • the type of connection depends on the devices connected to the disconnector according to the invention, i. the separator is connected on one and / or the other side with two or four conductors.
  • An embodiment includes that the function module receives the electrical signal and impresses the electric current, the received signal, and that the function module outputs the signal impressed with the electrical current.
  • an electrical signal e.g. a measuring signal such as temperature, level, flow, viscosity, density or pH is impressed on an electric current and output.
  • This embodiment allows the transmission of a direct current while maintaining a galvanic isolation.
  • An embodiment includes that the electric current is a direct current. Examples are 0 to 20 mA or 4 to 20 mA currents or signals.
  • Fig. 1 a schematic representation of the device according to the invention.
  • Fig. 1 shows schematically the basic structure of a device according to the invention.
  • One object of the device is to provide a measurement signal and / or to transfer an electrical current between a potentially explosive area (Ex zone) and a non-hazardous area (non-Ex zone).
  • Ex zone potentially explosive area
  • non-Ex zone non-hazardous area
  • the vertical dashed line is drawn.
  • the left side is the Ex zone and the right side - in each case relative to the vertical line - the non-Ex zone.
  • a first variant is that a - not shown here - sensor generates a measurement signal in the Ex zone, which is given to the first input / output 1.1 of the device.
  • This side of the device is thus the passive side.
  • the measurement signal which is a signal with, for example, temperature, level, pressure, pH or flow information, is supplied by the function module 3 to a current signal, e.g. impressed on a 0 ... 20 mA signal and output via the second input / output 1.2 - this is thus the active side.
  • a level measurement is called: 0 mA is assigned to the lowest level and 20 mA to the maximum level.
  • the fill level between the lowest and the maximum fill level can, for example, be assigned linearly to the range between 0 mA and 20 mA. For example, 10 mA would indicate that the medium level has been reached.
  • the device is connected to two two-conductors each. In this embodiment, therefore, a signal is received on one side, and on the other side, a current signal, to which the measurement signal has been impressed, is output.
  • a second variant provides that from the non-Ex side, that is received via the second input 1.2, a current signal and transmitted to the Ex-side.
  • Function module 3 functions here as a galvanic isolation between the Ex and the non-Ex side. Galvanic isolation means that there is no electrical connection between the Ex and the non-Ex circuits. From a technical point of view, such a separation can be produced with the aid of a transformer, ie a transformer. Transformers can only transmit AC signals. Therefore, it is necessary to convert the DC signal at the input 3.1 of the functional module 3 into an AC signal. This is done with a chopper. This alternating current signal is transmitted by the transformer from the input side 3.1 to the output side 3.2 and there converted back into a direct current with a rectifier. In this variant, therefore, an electric current carrying a signal is received and output again on the other side. In a third variant, a current signal is transmitted to the non-Ex side of the Ex-side. This is thus the mirrored second case.
  • the device according to the invention allows the device to transmit the current or the signal in two different directions via the "switchability" or the mirrors of the functional module 3.
  • the mimic which virtually comprises the functional module 3, ie the housing with the required connections, is designed in this way in that there is a page which belongs to the ex-zone and a page which is connectable to the non-ex-zone In the illustration, the assignment is as described above - however, it is obvious that also a page-inverted design is possible is.
  • Ex module 2.1, 2.2 ensure that the occurring currents or voltages or electrical outputs are not above specified limits. So you restrict the power so that it does not come to an explosion in the hazardous area.
  • the ex-module 2.2 on the non-side has the task of the component which produces the galvanic separation, i.
  • the function module 3 to protect against overvoltage or overcurrent, so that in case of failure (eg 230 V at the input terminals of the non- Ex side), the insulation / separation between Ex and non-Ex-side is not damaged or even destroyed .
  • the first Ex module 2.1 on the Ex side ensures that in the event of a fault (eg failure of a component), no excessive current or too high voltage reaches the potentially explosive area, which would be capable of producing a flammable gas / dust mixture to ignite, ie a limitation of the ignition energy is made.
  • the input 3.1 of the functional module 3 is connected here via the first Ex-module 2.1 with the first input / output 1.1.
  • the function module 3 operates here - represented by the arrow - by way of example from input 3.1 to output 3.2, ie there is a signal at the input 3.1 received, processed and passed to the output 3.2.
  • a measurement signal from input 3.1 from the Ex zone is received and impressed on a 0 ... 20 mA signal. This signal is then output to the non-Ex zone.
  • the functional module 3 is changed over or replaced.
  • This can be realized by configuring the functional module 3 as a plug-in module, which can be removed from the device and reinserted in two different orientations, ie the functional module 3 is turned over mechanically.
  • the electrical contact between input 3.1 and output 3.2 of the function module 3 and the first input / output 1.1 and the second input / output 1.2 or the associated Ex-modules 2.1 or 2.2 can be changed accordingly by the switching unit 4.
  • the contact can also be changed directly.
  • the device is designed such that the appropriate orientation of the functional module 3 is detected and set automatically. Furthermore, at least one protective mechanism is provided which prevents erroneous orientation.
  • the advantage of the device according to the invention consists in the fact that there is virtually only one basic housing which can realize both directions of travel. Whether the functional module 3 transmits a current galvanically isolated or whether it receives a signal and impresses a current depends on the one hand on the design of the functional module 3 or if it has both functionalities of how it is operated or controlled.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung eines Stroms und/oder eines Signals, mit mindestens einem ersten Ein-/Ausgang (1.1) und einem zweiten Ein-/Ausgang (1.2), wobei über den ersten Ein-/Ausgang (1.1) und über den zweiten Ein-/Ausgang (1.2) der Strom und das Signal empfangbar und ausgebbar sind, mit mindestens einem Funktionsmodul (3), welches einen Eingang (3.1) und einen Ausgang (3.2) aufweist, wobei das Funktionsmodul (3) eine galvanische Trennung zwischen dem Eingang (3.1) und dem Ausgang (3.2) herstellt, und wobei das Funktionsmodul (3), der erste Ein-/Ausgang (1.1) und der zweite Ein-/Ausgang (1.2) derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass der Eingang (3.1) des Funktionsmodul (3) mit dem ersten Ein-/Ausgang (1.1) oder dem zweiten Ein-/Ausgang (1.2) und dass der Ausgang (3.2) des Funktionsmodul (3) mit dem zweiten Ein-/Ausgang (1.2) oder dem ersten Ein-/Ausgang (1.1) verbindbar sind.

Description

Beschreibung Vorrichtung zur Übertragung eines Stromes und/oder eines Signals
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung mindestens eines elektrischen Stroms und/oder eines elektrischen Signals. Eine solche Vorrichtung wird allgemein auch als Trenner, Messumformer, Messumformer-Speisegerät oder als Übertrager bezeichnet. Die Vorrichtung dient somit auch der galvanischen Trennung zwischen einer Ex- und einer Nicht-Ex-Zone oder -Seite.
[0002] Vorrichtungen der vorgenannten Art, welche auch als Trenner bezeichnet werden, dienen dazu, elektrischen Strom oder elektrische Signale zwischen einem Ex-Bereich, also einem explosionsgefährdeten Bereich, und einem Nicht-Ex-Bereich zu übertragen. In den meisten Fällen handelt es sich um einen Gleichstrom, dessen Stromstärke zwischen zwei Grenzwerten liegt. Dies sind die sog. 4...20 mA- oder 0...20 mA- Signale. Der Trenner übernimmt die galvanische Trennung zwischen den beiden Bereichen. Bei einer Wechselspannung kann dies durch einen Transformator als Übertrager realisiert werden. Bei einem Gleichstrom wird das Signal bzw. der Strom zunächst durch einen Zerhacker zerhackt und auf die Primärseite des Transformators gegeben. Auf der Sekundärseite wird durch einen Gleichrichter das Signal wieder gleichgerichtet und anschließend ausgegeben. Siehe hierzu beispielsweise die Patentschrift EP 0 927 982 Bl.
[0003] Prinzipiell gibt es zumindest drei Varianten der Ausgestaltung solcher Trenner. Auf einer Seite, z.B. der Ex-Seite wird ein Signal, z.B. ein Messsignal oder ein Steuersignal für einen Aktor, empfangen und es wird einem Strom aufgeprägt, welcher ausgegeben wird. In diesem Fall dient der Trenner nicht nur der Trennung, sondern erfüllt auch die Aufgabe, das Signal einem Strom aufzuprägen. In einer weiteren Variante wird ein elektrischer Strom als Träger des elektrischen Signals von der Ex- in die Nicht-Ex-Zone oder von der Nicht-Ex-Zone in die Ex-Zone übertragen. In diesen Fällen dient der Trenner der galvanischen Trennung allein. Die Seiten des Trenners sind dabei so ausgestaltet, dass jeweils eine Zuordnung zu den einzelnen Zonen gegeben ist. Von daher sind zumindest drei unterschiedliche Trenner erforderlich. Dies ist umständlich und kostenintensiv.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Übertragung von Strom und/oder Signalen bzw. zur galvanischen Trennung zwischen einer Ex- und einer Nicht-Ex-Zone anzugeben, welche die Übertragung des Stromes bzw. des Signals in unterschiedliche Richtungen erlaubt. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Übertragung mindestens eines elektrischen Stroms und/oder eines elektrischen Signals, mit mindestens einem ersten Ein-/Ausgang und einem zweiten Ein-/Ausgang, wobei der erste Ein-/Ausgang und der zweite Ein-/Ausgang derartig ausgestaltet sind, dass über den ersten Ein-/Ausgang und über den zweiten Ein-/Ausgang der elektrische Strom und/oder das elektrische Signal empfangbar und ausgebbar sind, mit mindestens einem Funktionsmodul, welches mindestens einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei das Funktionsmodul an dem Eingang mindestens das Signal und/oder den elektrischen Strom empfängt, wobei das Funktionsmodul an dem Ausgang mindestens den elektrischen Strom und/oder das elektrische Signal ausgibt, und wobei das Funktionsmodul derartig ausgestaltet ist, dass es zumindest eine galvanische Trennung zwischen dem Eingang und dem Ausgang herstellt, und wobei das Funktionsmodul, der erste Ein-/Ausgang und der zweite Ein-/Ausgang derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass der Eingang des Funktionsmodul mit dem ersten Ein-/Ausgang oder dem zweiten Ein-/Ausgang und dass der Ausgang des Funktionsmodul mit dem zweiten Ein-/Ausgang oder dem ersten Ein-/Ausgang verbindbar sind. Die Erfindung besteht somit darin, dass die eigentliche funktionelle Einheit des Trenners bzw. der Übertragungsvorrichtung derartig ausgestaltet ist, dass diese Einheit beliebig mit den Ein-/Ausgängen des Trenners, also mit der Ex- bzw. der Nicht-Ex-Zone verbindbar ist. D.h. der Trenner als Ganzes funktioniert in die eine oder die andere Richtung, je nachdem wie die Verbindung zwischen der funktionellen Einheit und den Ein-/Ausgängen der Trenner- bzw. Übertragungs Vorrichtung hergestellt ist. Mit anderen Worten: Es handelt sich um einen unidirektionalen Trenner, dessen Übertragungsrichtung durch die Ausgestaltung der Verbindung zwischen den Ein-/Ausgängen und dem funktionellen Kernbestandteil des Trenners ausgewählt wird. Die beiden Ein-/Ausgänge der Vorrichtung sind dabei so ausgestaltet, dass sie den jeweiligen Anforderungen in Bezug auf die Anwendung in der Ex- bzw. Nicht-Ex-Zone entsprechen. Wichtig ist eben, dass die beiden Ein- /Ausgänge sowohl als Eingänge als auch als Ausgänge für den elektrischen Strom bzw. für das elektrische Signal dienen können. Sie dienen also sowohl der Übertragung von elektrischer Energie als auf von elektrischer Information. Bei dem elektrischen Signal handelt es sich beispielsweise um ein Messsignal und/oder um ein Steuersignal für einen Aktor. Das Signal kann eigenständig sein oder es kann Teil des elektrischen Stromes oder genauer ihm aufgeprägt sein. Der elektrische Strom kann insbesondere zwischen zwei Grenzwerten liegen, z.B. 0 mA und 20 mA oder 4 mA und 20 mA. [0006] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Funktionsmodul, der erste Ein-/Ausgang und der zweite Ein-/Ausgang derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass der Eingang des Funktionsmodul mit dem ersten Ein-/Ausgang oder dem zweiten Ein- /Ausgang und dass der Ausgang des Funktionsmodul mit dem zweiten Ein-/Ausgang oder dem ersten Ein-/Ausgang reversibel verbindbar sind. In dieser Ausgestaltung sind das Funktionsmodul die Möglichkeiten zur Kontaktierung der Ein-/Ausgänge derartig ausgestaltet, dass die Orientierung des Funktionsmoduls relativ zu den beiden Ein- /Ausgängen beliebig einstellbar und änderbar ist. Somit kann also die Richtung, in welcher der elektrische Strom oder in welcher das elektrische Signal übertragen wird, beliebig geändert bzw. umgekehrt werden. Je nach den Erfordernissen lässt sich somit auch eine Anpassung vornehmen.
[0007] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem Funktionsmodul um ein Steckmodul handelt, welches derartig ausgestaltet ist, dass es aus der Vorrichtung entnehmbar ist, und dass es in mindestens zwei unterschiedlichen Orientierungen in die Vorrichtung steckbar und mit der Vorrichtung verbindbar ist. Das Funktionsmodul ist somit eine steckbare und quasi in sich abgeschlossene Einheit, die sich ohne weitere Probleme der Vorrichtung entnehmen und auch wieder einsetzten lässt.
[0008] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Funktionsmodul derartig steckbar und mit der Vorrichtung verbindbar ist, dass der erste Ein-/Ausgang mit dem Eingang des Funktionsmodul und der zweiten Ein-/Ausgang mit dem Ausgang des Funktionsmodul verbunden ist, oder dass der zweite Ein-/Ausgang mit dem Eingang des Funktionsmodul und der erste Ein-/Ausgang mit dem Ausgang des Funktionsmodul verbunden ist. In dieser Ausgestaltung sind die beiden Varianten der Verbindung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Funktionsmoduls und den beiden Ein- /Ausgängen der Vorrichtung konkret benannt.
[0009] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens ein erstes Ex-Modul und ein zweites Ex-Modul vorgesehen sind, dass das erste Ex-Modul mit dem ersten Ein- /Ausgang und das zweite Ex-Modul mit dem zweiten Ein/-Ausgang verbunden ist, und dass das erste Ex-Modul und das zweite Ex-Modul derartig ausgestaltet sind, dass sie das Auftreten von Strömen und/oder Spannungen, welche in einem explosionsgefährdeten Bereich zu einer Explosion führen können, verhindern. In dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die beiden Ein-/Ausgänge jeweils durch ein Ex-Modul geschützt sind. Diese beiden Ex-Module verhindern somit, dass eine zu hohe Spannung oder ein zu hoher Strom zum Funktionsmodul bzw. zum Ausgang in Richtung Ex-Zone gelangt. [0010] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens eine Umsdialteinheit vorgesehen ist, welche die Verbindungen zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Funktionsmoduls und dem ersten Ein-/Ausgang und dem zweiten Ein-/Ausgang herstellt. Dies ist eine weitere Ausgestaltung, um die Orientierung des Funktionsmoduls passend einzustellen. Die Umschalteinheit kann dabei beispielsweise passende elektrische Verbindungen zwischen dem Funktionsmodul und den Ein- /Ausgängen herstellen.
[0011] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Umschalteinheit derartig ausgestaltet ist, dass sie selbsttätig die Verbindungen in Abhängigkeit von den am ersten Ein-/Ausgang und/oder am zweiten Ein-/Ausgang anliegenden elektrischen Signalen und/oder elektrischen Strömen herstellt. In dieser Ausgestaltung erkennt die Umschalteinheit beispielsweise, an welcher Seite ein Stromsignal anliegt und stellt dementsprechend die Verbindung zwischen den Ein-/Ausgängen und dem Funktionsmodul her.
[0012] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der erste Ein-/Ausgang und/oder der zweite Ein- /Ausgang mit einem Zweileiter und/oder einem Vierleiter verbindbar sind/ist. Die Art der Verbindung richtet sich dabei nach den an dem erfindungsgemäßen Trenner angeschlossenen Geräten, d.h. der Trenner wird auf der einen und/oder der anderen Seite mit zwei oder vier Leitern verbunden.
[0013] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass das Funktionsmodul das elektrische Signal empfängt und dem elektrischen Strom das empfangene Signal aufprägt, und dass das Funktionsmodul den mit dem Signal aufgeprägten elektrischen Strom ausgibt. In dieser Ausgestaltung wird also ein elektrisches Signal z.B. ein Messsignal wie Temperatur, Füllstand, Durchfluss, Viskosität, Dichte oder pH- Wert einem elektrischen Strom aufgeprägt und ausgegeben.
[0014] Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Funktionsmodul mindestens einen
Zerhacker, einen Übertrager und einen Gleichrichter aufweist. Diese Ausgestaltung erlaubt die Übertragung eines Gleichstroms unter der Einhaltung einer galvanischen Trennung.
[0015] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei dem elektrischen Strom um einen Gleichstrom handelt. Beispiele sind 0 bis 20 mA oder 4 bis 20 mA-Ströme oder -Signale.
[0016] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
[0017] Fig. 1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
[0018] Die Fig. 1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Eine Aufgabe der Vorrichtung besteht darin, ein Messsignal und/oder einen elektrischen Strom zwischen einem explosionsgefährdeten Bereich (Ex-Zone) und einem nicht-explosionsgefährdeten Bereich (Nicht-Ex-Zone) zu übertragen. Für die graphische Darstellung der Trennung zwischen diesen beiden Zonen ist der senkrechte unterbrochene Strich eingezogen. Für die weitere Diskussion ist die linke Seite die Ex-Zone und die rechte Seite -jeweils relativ zum senkrechten Strich - die Nicht-Ex-Zone.
[0019] Eine erste Variante besteht darin, dass ein - hier nicht dargestellter - Sensor in der Ex-Zone ein Messsignal erzeugt, welches auf den ersten Ein-/Ausgang 1.1 der Vorrichtung gegeben wird. Diese Seite der Vorrichtung ist somit die passive Seite. Das Messsignal, bei welchem es sich um ein Signal beispielsweise mit einer Temperatur-, Füllstands-, Druck-, pH- oder Durchflussinformation handelt, wird vom Funktionsmodul 3 einem Stromsignal, z.B. einem 0...20 mA-Signal aufgeprägt und über den zweiten Ein-/Ausgang 1.2 - dies ist somit die aktive Seite - ausgegeben. Als ein Beispiel für das Aufprägen des Messsignals auf das Stromsignal sei eine Füllstandsmessung genannt: 0 mA wird dem untersten Füllstand und 20 mA dem maximalen Füllstand zugeordnet. Der Füllstand zwischen dem untersten und dem maximalen Füllstand lässt sich beispielsweise linear dem Bereich zwischen 0 mA und 20 mA zuordnen. 10 mA würde somit beispielsweise anzeigen, dass der mittlere Füllstand erreicht ist. In dem in der Abbildung gezeigten Fall ist die Vorrichtung jeweils mit zwei Zweileitern verbunden. In dieser Ausgestaltung wird also auf einer Seite ein Signal empfangen und auf der anderen Seite wird ein Stromsignal, welchem das Messsignal aufgeprägt worden ist, ausgegeben.
[0020] Eine zweite Variante sieht vor, dass von der Nicht-Ex-Seite, d.h. über den zweiten Eingang 1.2 ein Stromsignal empfangen und auf die Ex-Seite übertragen wird. Das Funktionsmodul 3 fungiert hier als galvanische Trennung zwischen der Ex- und der Nicht-Ex-Seite. Galvanische Trennung bedeutet, dass keine elektrische Verbindung zwischen dem Ex- und dem Nicht-Ex-Stromkreis besteht. Aus technischer Sicht kann eine solche Trennung mit Hilfe eines Übertragers, also eines Transformators hergestellt werden. Übertrager können aber nur Wechselstromsignale übertragen. Deswegen ist es notwendig, das Gleichstromsignal am Eingang 3.1 des Funktionsmoduls 3 in ein Wechselstromsignal zu wandeln. Dies geschieht mit einem Zerhacker. Dieses Wechselstromsignal wird vom Übertrager von der Eingangsseite 3.1 auf die Ausgangsseite 3.2 übertragen und dort mit einem Gleichrichter in einen Gleichstrom wieder umgewandelt. In dieser Variante wird also ein elektrische Strom, welcher ein Signal trägt, empfangen und auf der anderen Seite wieder ausgegeben. [0021] Bei einer dritten Variante wird von der Ex-Seite ein Stromsignal auf die Nicht- Ex- Seite übertragen. Dies ist somit der gespiegelte zweite Fall.
[0022] Diese drei unterschiedlichen Varianten machen im Stand der Technik jeweils unterschiedliche Trenner bzw. Messumformer bzw. Übertrager - in der Literatur sind zumindest diese drei Begriffe in Gebrauch - erforderlich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt über die „Umschaltbarkeit" bzw. die Spiegel des Funktionsmoduls 3, dass eine Vorrichtung in zwei unterschiedliche Richtungen den Strom bzw. das Signal überträgt. Die das Funktionsmodul 3 quasi umfassende Mimik, d.h. das Gehäuse mit den erforderlichen Anschlüssen ist so ausgestaltet, dass es eine Seite gibt, die zur Ex-Zone gehört, und eine Seite, die mit der Nicht-Ex-Zone verbindbar ist. In der Darstellung ist die Zuordnung wie oben beschrieben - es ist jedoch naheliegend, dass auch eine seitenverkehrte Ausgestaltung möglich ist.
[0023] Es gibt also einen Ein-/Ausgang, hier handelt es sich um den ersten Ein-/Ausgang
1.1, der mit der Ex-Zone zu verbinden ist, und einen Ein-/Ausgang, bei der Darstellung ist dies der zweite Ein-/Ausgang 1.2, der mit der Nicht-Ex-Zone zu kontaktieren ist. Diese beiden Seiten können somit entsprechend den vorgegebenen Bedingungen für Ex- bzw. Nicht- Ex-Zonen ausgestaltet sein. Hinter jedem Ein-/Ausgang 1.1 bzw. 1.2 ist hier ein Ex-Modul 2.1 bzw. 2.2 vorgesehen. Diese Ex-Module 2.1, 2.2 sorgen dafür, dass die auftretenden Ströme bzw. Spannungen bzw. elektrischen Leistungen nicht über vorgegebenen Grenzwerten liegen. Sie beschränken also den Strom derartig, dass es nicht zu einer Explosion in dem explosionsgefährdeten Bereich kommt. Das ExModul 2.2 auf der Nicht-Seite hat die Aufgabe das Bauteil, welches die galvanische Trennung herstellt, d.h. hier das Funktionsmodul 3, vor Überspannung bzw. Überstrom zu schützen, so dass im Fehlerfall (z.B. 230 V an den Eingangsklemmen der Nicht- Ex-Seite) die Isolierung/Trennung zwischen Ex- und Nicht-Ex-Seite nicht beschädigt oder gar zerstört wird. Das erste Ex-Modul 2.1 auf der Ex-Seite stellt sicher, dass im Fehlerfall (z.B. Ausfall eines Bauteils) kein zu großer Strom bzw. zu hohe Spannung in den explosionsgefährdeten Bereich gelangt, welcher in der Lage wäre ein entzündbares Gas/Staub-Gemisch zu entzünden, d.h. es wird eine Begrenzung der Zündenergie vorgenommen.
[0024] Der Eingang 3.1 des Funktionsmoduls 3 ist hier über das erste Ex-Modul 2.1 mit dem ersten Ein-/Ausgang 1.1 verbunden. Entsprechendes gilt für den Ausgang 3.2 des Funktionsmoduls 3 in Bezug auf das zweite Ex-Modul 2.2 und den zweiten Ein- /Ausgang 1.2. Das Funktionsmodul 3 arbeitet hier - dargestellt durch den Pfeil - beispielhaft von Eingang 3.1 zu Ausgang 3.2, d.h. es wird ein Signal am Eingang 3.1 empfangen, verarbeitet und an den Ausgang 3.2 übergeben. Es wird also beispielsweise ein Messsignal vom Eingang 3.1 aus der Ex-Zone empfangen und einem 0...20 mA-Signal aufgeprägt. Dieses Signal wird dann in die Nicht- Ex-Zone ausgegeben. Soll umgekehrt ein Signal von der Nicht-Ex-Zone in die Ex-Zone übertragen werden, so wird erfindungsgemäß nur das Funktionsmodul 3 umgestellt bzw. umgesteckt. Dies lässt sich dadurch realisieren, dass das Funktionsmodul 3 als Steckmodul ausgestaltet ist, welches sich der Vorrichtung entnehmen und in zwei unterschiedlichen Orientierungen wieder stecken lässt, d.h. das Funktionsmodul 3 wird mechanisch umgedreht. Weiterhin gibt es reversible Verbindungen mittels Schalter oder Jumper. Alternativ kann durch die Umschalteinheit 4 die elektrische Kontaktierung zwischen Eingang 3.1 und Ausgang 3.2 des Funktionsmoduls 3 und dem ersten Ein-/Ausgang 1.1 und dem zweiten Ein-/Ausgang 1.2 bzw. den zugehörigen Ex-Modulen 2.1 bzw. 2.2 entsprechend geändert wird. Die Kontaktierung kann jedoch auch direkt umgesteckt werden. In einer Ausgestaltung ist die Vorrichtung derartig ausgestaltet, dass die passende Orientierung des Funktionsmoduls 3 erkannt und automatisch eingestellt wird. Weiterhin ist zumindest ein Schutzmechanismus vorgesehen, welcher eine fehlerhafte Orientierung verhindert. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht nun darin, dass es quasi nur ein Grundgehäuse gibt, welches beide Verlaufsrichtungen realisieren kann. Ob das Funktionsmodul 3 einen Strom galvanisch getrennt überträgt oder ob es ein Signal empfängt und einem Strom aufprägt, hängt zum einen von der Ausgestaltung des Funktionsmoduls 3 ab bzw. wenn es beide Funktionalitäten aufweist, davon, wie es betrieben bzw. angesteuert wird.
[0025] Bezugszeichenliste [0026]
Tabelle 1
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Claims

Ansprüche
[0001] Vorrichtung zur Übertragung mindestens eines elektrischen Stroms und/oder eines elektrischen Signals, mit mindestens einem ersten Ein-/Ausgang (1.1) und einem zweiten Ein-/Ausgang (1.2), wobei der erste Ein-/Ausgang (1.1) und der zweite Ein-/Ausgang (1.2) derartig ausgestaltet sind, dass über den ersten Ein- /Ausgang (1.1) und über den zweiten Ein-/ Ausgang (1.2) der elektrische Strom und/oder das elektrische Signal empfangbar und ausgebbar sind, mit mindestens einem Funktionsmodul (3), welches mindestens einen Eingang (3.1) und einen Ausgang (3.2) aufweist, wobei das Funktionsmodul (3) an dem Eingang (3.1) mindestens das Signal und/oder den elektrischen Strom empfängt, wobei das Funktionsmodul (3) an dem Ausgang (3.2) mindestens den elektrischen Strom und/oder das elektrische Signal ausgibt, und wobei das Funktionsmodul (3) derartig ausgestaltet ist, dass es zumindest eine galvanische Trennung zwischen dem Eingang (3.1) und dem Ausgang (3.2) herstellt, und wobei das Funktionsmodul (3), der erste Ein-/Ausgang (1.1) und der zweite Ein-/ Ausgang (1.2) derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass der Eingang (3.1) des Funktionsmodul (3) sowohl mit dem ersten Ein-/ Ausgang (1.1) als auch mit dem zweiten Ein-/ Ausgang (1.2) und dass der Ausgang (3.2) des Funktionsmodul (3) sowohl mit dem zweiten Ein-/Ausgang (1.2) als auch mit dem ersten Ein-/ Ausgang (1.1) verbindbar sind.
[0002] Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Funktionsmodul (3), der erste Ein-
/Ausgang (1.1) und der zweite Ein-/Ausgang (1.2) derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass der Eingang (3.1) des Funktionsmodul (3) sowohl mit dem ersten Ein-/ Ausgang (1.1) als auch mit dem zweiten Ein- /Ausgang (1.2) und dass der Ausgang (3.2) des Funktionsmodul (3) sowohl mit dem zweiten Ein-/Ausgang (1.2) als auch mit dem ersten Ein-/Ausgang (1.1) reversibel verbindbar sind.
[0003] Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem Funktionsmodul (3) um ein
Steckmodul handelt, welches derartig ausgestaltet ist, dass es aus der Vorrichtung entnehmbar ist, und dass es in mindestens zwei unterschiedlichen Orientierungen in die Vorrichtung steckbar und mit der Vorrichtung verbindbar ist.
[0004] Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Funktionsmodul (3) derartig steckbar und mit der Vorrichtung verbindbar ist, dass der erste Ein-/ Ausgang (1.1) mit dem Eingang (3.1) des Funktionsmodul (3) und der zweiten Ein-/Ausgang (1.2) mit dem Ausgang (3.2) des Funktionsmodul (3) verbunden ist, oder dass der zweite Ein-/Ausgang (1.2) mit dem Eingang (3.1) des Funktionsmodul (3) und der erste Ein-/Ausgang (1.1) mit dem Ausgang (3.2) des Funktionsmodul (3) verbunden ist.
[0005] Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mindestens ein erstes Ex-Modul (2.1) und ein zweites Ex-Modul (2.2) vorgesehen sind, wobei das erste Ex-Modul (2.1) mit dem ersten Ein-/Ausgang (1.1) und das zweite Ex-Modul (2.2) mit dem zweiten Ein/- Ausgang (1.2) verbunden ist, und wobei das erste Ex-Modul (2.1) und das zweite Ex-Modul (2.2) derartig ausgestaltet sind, dass sie das Auftreten von Strömen und/oder Spannungen, welche in einem explosionsgefährdeten Bereich zu einer Explosion führen können, verhindern.
[0006] Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eine Umschalteinheit (4) vorgesehen ist, welche die Verbindungen zwischen dem Eingang (3.1) und dem Ausgang (3.2) des Funktionsmoduls (3) und dem ersten Ein-/Ausgang (1.1) und dem zweiten Ein-/ Ausgang (1.2) herstellt.
[0007] Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Umschalteinheit (4) derartig ausgestaltet ist, dass sie selbsttätig die Verbindungen in Abhängigkeit von den am ersten Ein-/Ausgang (1.1) und/oder am zweiten Ein-/Ausgang (1.2) anliegenden elektrischen Signalen und/oder elektrischen Strömen herstellt.
[0008] Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Ein-
/Ausgang (1.1) und/oder der zweite Ein-/Ausgang (1.2) mit einem Zweileiter und/oder einem Vierleiter verbindbar sind/ist.
[0009] Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das
Funktionsmodul (3) das elektrische Signal empfängt und dem elektrischen Strom das empfangene Signal aufprägt, und wobei das Funktionsmodul (3) den mit dem Signal aulgeprägten elektrischen Strom ausgibt.
[0010] Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das
Funktionsmodul (3) mindestens einen Zerhacker, einen Übertrager und einen Gleichrichter aufweist.
[0011] Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei es sich bei dem elektrischen Strom um einen Gleichstrom handelt.
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