WO2014064213A1

WO2014064213A1 - Modulares bussystem zur übertragung von daten und/oder energie

Info

Publication number: WO2014064213A1
Application number: PCT/EP2013/072310
Authority: WO
Inventors: Karsten Meyer-Graefe
Original assignee: Phoenix Contact Gmbh & Co.Kg
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2013-10-24
Publication date: 2014-05-01
Also published as: CN104838598A; US20150248372A1; DE102012110170B4; DE102012110170A1; EP2912779A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein modulares Bussystem (10) zur Übertragung von Daten und/oder Energie mit mindestens zwei nebeneinander positionierbaren Busteilnehmern (12; 14). Jeder Busteilnehmer (12, 14) weist ein Gehäuse (18) auf, welches mehrere Wandungen (20) umfasst. In oder an einer ersten Wandung (20a, 20b) des Gehäuses (18) ist eine Antenne (22) angeordnet, die eine geometrische Fläche definiert, welche zu der Fläche der ersten Wandung (20a) ein Flächenverhältnis aufweist, dass mindestens 0,5 ist. Die Busteilnehmer (12, 14) sind miteinander elektrisch gekoppelt, indem eine Antenne (22) eines jeden Busteilnehmers mit einer Antenne (24) eines anderen Busteilnehmers zur Übertragung von Daten und/oder Energie elektromagnetisch gekoppelt ist. Die ersten Wandungen (20a) von Busteilnehmern (12, 14), die miteinander elektrisch gekoppelt sind, sind in etwa parallel zueinander angeordnet.

Description

Modulares BusSystem

zur Übertragung von Daten und/oder Energie

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein modulares Bussystem zur

Übertragung von Daten und/oder Energie, und einen

Busteilnehmer zur Verwendung in dem modularen Bussystem.

Hintergrund der Erfindung

Es sind Systeme bekannt, in welchen Elektronikmodule wie beispielsweise Messgeräte, Automatisierungsmodule oder Steuergeräte angeordnet werden können, wobei eine

Versorgung der Elektronikmodule mit elektrischer Energie sowie eine Kommunikation per Funk ermöglicht wird.

Die bekannten Systeme können jedoch problematisch sein, weil die Leistungsübertragung per Funk eine unzureichende Effizienz aufweist, wodurch der übertragenen Leistung relativ enge Grenzen gesetzt sind.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

Leistungsübertragung per Funk für die Teilnehmer eines Bussystems effizienter zu machen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und

Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen

angegeben . Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein modulares Bussystem zur Übertragung von Daten und/oder Energie mit mindestens zwei nebeneinander positionierbaren Busteilnehmern. Hierbei heißt nebeneinander, dass die Busteilnehmer unmittelbar nebeneinander oder zueinander beabstandet sein können.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen

Busteilnehmer zur Verwendung in einem modularen Bussystem zur Übertragung von Daten und/oder Energie.

Der Busteilnehmer oder jeder Busteilnehmer kann ein Gehäuse mit mehreren Wandungen umfassen. In dem Gehäuse ist eine elektronische Schaltung oder ein Elektronikmodul angeordnet oder anordbar. Alternativ kann der Busteilnehmer dazu ausgebildet sein, mit einem Elektronikmodul gekoppelt zu werden .

Das Gehäuse kann zueinander im Wesentlichen paarweise parallele Wandungen aufweisen und gegebenenfalls im

Wesentlichen parallelepipedförmig sein. Das Gehäuse kann auch eine Form aufweisen, bei welcher die Wandungen

zueinander paarweise schräg oder nicht parallel angeordnet sind . Die Busteilnehmer können nebeneinander angeordnet oder anordbar sein, so dass der erste Busteilnehmer und ein letzter Busteilnehmer jeweils einen unmittelbaren Nachbarn haben und die übrigen Busteilnehmer jeweils zwei

unmittelbare Nachbarn haben.

In oder an einer ersten Wandung des Gehäuses kann

wenigstens eine Antenne angeordnet sein. Hierbei definiert die erste Wandung nicht eine bestimmte Reihenfolge unter den Wandungen, sondern bezeichnet diejenige Wandung, in oder an welcher die Antenne angeordnet ist. Die erste

Wandung kann als eine Antennenwandung aufgefasst werden.

Jeder der Busteilnehmer kann mit seinem oder seinen

unmittelbaren Nachbarn elektrisch gekoppelt sein indem eine Antenne eines jeden Busteilnehmers mit einer Antenne seines oder seiner unmittelbaren Nachbarn elektromagnetisch gekoppelt ist.

Jeder der Busteilnehmer kann an einer Tragschiene

angeordnet oder anordbar sein, die vorzugsweise als eine Hutschiene ausgebildet ist, in welcher gegebenenfalls eine elektrische Leitung angeordnet ist. An die elektrische

Leitung kann vorzugsweise ein Versorgungsmodul elektrisch gekoppelt oder koppelbar sein, beispielsweise galvanisch, insbesondere mittels eines T-Steckers, oder gegebenenfalls induktiv oder kapazitiv.

Jeder der Busteilnehmer kann an die Tragschiene mittels einer Steckverbindung mechanisch koppelbar sein.

Der erste Busteilnehmer kann gegebenenfalls mit dem letzten Busteilnehmer übereinstimmen, so dass der Bus eine

Ringtopologie aufweist.

Das Bussystem wird als modular bezeichnet. Hierbei kann „modular" bedeuten, dass der Busteilnehmer in das Bussystem eingefügt und aus dem Bussystem herausgenommen werden kann, ohne dass die Funktionalität des Bussystems dadurch

beeinflusst oder beeinträchtigt wird. „Modular" kann auch bedeuten, dass die Funktionen des Busteilnehmers mittels Erweiterungskarten erweitert werden können, so dass der Busteilnehmer nicht schon in der Fertigungsphase mit allen Funktionen ausgestattet werden muss.

Die Antenne des Busteilnehmers kann eine geometrische

Antennenfläche aufweisen.

Bei einer im Wesentlichen zweidimensional ausgebildeten Antenne, die beispielsweise in einer Ebene der Wandung angeordnet ist, wobei die Abmessungen normal zur Ebene wesentlich kleiner als die Abmessungen entlang der Ebene sind, kann die geometrische Antennenfläche als diejenige Fläche aufgefasst werden, die von einer Außenkontur der Antenne begrenzt ist. Eine solche Antenne kann eine dünn gewickelte oder gedruckte Antenne, oder eine planare

Antenne sein, ausgeführt in Stripline-Technologie,

beispielsweise eine Patchantenne oder Stripline- Schlitzantenne .

Bei einer Antenne, die auch normal zur Wandung nicht vernachlässigbare Abmessungen hat, wie beispielsweise einer Spule mit entlang einer Längsachse angeordneten Windungen, ist die geometrische Antennenfläche in einer Wandungsfläche angeordnet, die von einer Außenkontur der

Antennenprojektion auf die Wandungsfläche begrenzt ist.

Die geometrische Antennenfläche kann zu der Fläche der ersten Wandung ein Flächenverhältnis aufweisen. Das

Flächenverhältnis kann als mathematischer Quotient von Antennenfläche zur Fläche der ersten Wandung oder

Antennenwandung aufgefasst werden. Das Flächenverhältnis kann einen Wert von mindestens 0,5, oder beispielsweise mindestens 0,6, 0,7, oder 0,8 haben. Dadurch wird erreicht, dass die Leistungsübertragung zwischen dem Busteilnehmern unempfindlicher gegenüber einer ungenauen Ausrichtung der Busteilnehmer zueinander ist.

Der Busteilnehmer kann dazu ausgebildet sein, mit

wenigstens einem weiteren Busteilnehmer elektrisch

gekoppelt zu werden, indem eine Antenne des Busteilnehmers mit einer Antenne des weiteren Busteilnehmers zur

Übertragung von Daten und/oder Energie elektromagnetisch gekoppelt wird.

Die ersten Wandungen von Busteilnehmern, die miteinander elektrisch gekoppelt sind, können in etwa parallel

zueinander angeordnet sein.

Die geschilderten Merkmale des Bussystems und des

Busteilnehmers sind sehr vorteilhaft.

Das hohe Flächenverhältnis der Antennen, die zueinander parallele Anordnung der ersten Wandungen, sowie die

aufeinander ausgerichteten Antennen ermöglichen eine effiziente Übertragung elektromagnetsicher Strahlung zwischen den Antennen der beteiligten Busteilnehmer, und eine Übertragung hoher elektromagnetsicher Leistungen.

Die Verwendung von Antennen, die in oder an einer Wandung angeordnet sind, ermöglicht eine platzsparende Anordnung für die Versorgung der Busteilnehmer mit elektrischer

Energie, weil dadurch eine Verwendung von klassischen

Transformatoren vermieden werden kann. Die Vorteile sind somit:

Platz- und Kostenersparnis bei der Implementierung des Elektronikmoduls ,

galvanische Trennung des Elektronikmoduls, und

Vereinfachung und Effizienzerhöhung der

Energieversorgung des Elektronikmoduls.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind nachfolgend angegeben. Die Merkmale der Weiterbildungen können, soweit technisch sinnvoll, miteinander und mit jedem der Aspekte der Erfindung kombiniert werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Bussystem ein

Versorgungsmodul zum Einspeisen elektrischer Energie und/oder Daten in die Busteilnehmer oder die ihnen

zugeordneten Elektronikmodule oder den Bus umfassen. Das Versorgungsmodul kann als ein erster Busteilnehmer

ausgebildet sein.

Die elektromagnetische Energie kann in Form einer

Übertragungskette von einem Busteilnehmer zum nächsten, das heißt vom Versorgungsmodul an den ersten Busteilnehmer, vom ersten Busteilnehmer an den zweiten Busteilnehmer, und so weiter, übertragen werden. Die Übertragungskette kann den Bus darstellen oder bilden.

Die elektromagnetische Energie kann auch sternförmig von einem Busteilnehmer an mehrere Busteilnehmer,

beispielsweise mindestens zwei, drei, vier oder fünf

Busteilnehmer, übertragen werden. So kann beispielsweise die elektromagnetische Strahlung des ersten Busteilnehmers von allen oder zumindest einem Teil der Busteilnehmer empfangen werden.

Das Versorgungsmodul kann Mittel zur Signalaufbereitung oder Signalverstärkung oder Signalregenerierung umfassen. Vorteilhafter Weise kann damit ein von außen in das

Bussystem eingespeistes Signal aufbereitet werden.

Besonders vorteilhaft ist, dass damit auch ein Signal innerhalb des Bussystems vom Versorgungsmodul empfangen, aufbereitet und weiter in das Bussystem eingespeist, das heißt an einen weiteren Busteilnehmer übertragen, werden kann . Die Signalaufbereitung kann Verluste entlang der

Busübertragungstrecke kompensieren .

Das Versorgungsmodul kann an eine Netzspannung

angeschlossen sein, die vorzugsweise etwa 220 oder 110 V beträgt und eine Frequenz von etwa 50 oder 60 Hz hat.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Antenne als eine

Spiralantenne, Kreisantenne, Spule oder kapazitive Platte ausgebildet sein.

Bezüglich der Herstellungstechnologie kann die Antenne als ein Molded Interconnect Device (MID) , oder Inlay, oder als eine eingespritzte oder dünn gewickelte oder gedruckte oder aufklebbare Antenne ausgebildet sein.

Alternativ kann es sich auch um eine planare Antenne handeln, ausgeführt in Stripline-Technologie, beispielsweise eine Patchantenne oder Stripline- Schlitzantenne. Solche Antennen kommen insbesondere für eine Übertragung von Datensignalen in Frage. Die Antenne kann auf einer Folie angeordnet sein, die an der ersten Wandung befestigt ist. Vorteilhafter Weise ermöglicht diese Ausführungsform einen effizienten und kostengünstigen Ein-/Ausbau oder Austausch der Antenne. Gemäß einer Ausführungsform kann der Mindestwert des

Flächenverhältnisses 0,7 oder vorzugsweise 0,8 oder insbesondere 0,9 betragen.

Die Antenne kann sich über die gesamte Fläche der Wandung erstrecken. In diesem Fall ist das Flächenverhältnis gleich oder etwa gleich 1.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Antenne eines

Busteilnehmers eine Windungszahl aufweisen, welche von einer Entfernung des Busteilnehmers zum Versorgungsmodul abhängt, wobei die Entfernung als Zahl von dazwischen liegenden Busteilnehmern gemessen ist.

Die Windungszahl der Antenne eines Busteilnehmers, dessen Entfernung zum Versorgungsmodul größer ist als die

Entfernung eines zweiten Busteilnehmers zum

Versorgungsmodul, kann größer als die Windungszahl der Antenne des zweiten Busteilnehmers sein, zur Kompensation von Verlusten, insbesondere von Übertragungsverlusten oder Verlusten in den elektronischen Schaltungen der

Busteilnehmer . Gemäß einer Ausführungsform kann in dem Gehäuse wenigstens einiger der Busteilnehmer, in einer zweiten Wandung eine weitere Antenne angeordnet sein. Hierbei definiert die zweite Wandung nicht eine bestimmte Reihenfolge unter den Wandungen, sondern bezeichnet eine weitere Wandung, zusätzlich zur ersten Wandung, in oder an welcher die

Antenne angeordnet ist. Das heißt, dass an oder in zwei, drei, vier, fünf oder mehreren Wandungen, jeweils eine Antenne oder gegebenenfalls mehrere Antennen angeordnet sein können.

In der ersten und/oder zweiten Wandung des Gehäuses wenigstens einiger der Busteilnehmer kann eine Vielzahl von Antennen angeordnet sein.

Daten und Energie können über unterschiedliche Antennen, oder gegebenenfalls über eine Antenne, übertragbar sein. Vorteilhafter Weise können dadurch die Antennenparameter wie Größe oder Herstelltechnologie an die Parameter des zu übertragenden Signals, wie beispielsweise Frequenz oder Leistung, angepasst werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann in dem Gehäuse jedes Busteilnehmers eine elektronische Schaltung oder ein

Elektronikmodul angeordnet sein. Das Elektronikmodul kann insbesondere ein Messgerät, Automatisierungsmodul oder Steuergerät sein.

Gemäß einer Ausführungsform kann jeder Busteilnehmer als Adapter zum Verbinden mit einem Elektronikmodul ausgebildet sein. Jeder Adapter kann zur Übertragung von Daten und/oder Energie ausgebildet sein. Der Adapter ergänzt somit das modulare Konzept des Bussystems, gemäß welchem ein

Busteilnehmer oder ein Elektronikmodul leicht in das

Bussystem eingefügt und aus dem Bussystem herausgenommen werden kann.

Der Adapter kann zum mechanischen und elektrischen

Verbinden mit einer Tragschiene und mit dem Elektronikmodul ausgebildet sein. In einem verbundenen, beispielsweise in einem in die Tragschiene eingesteckten oder auf die

Tragschiene aufgesetzten, Zustand des Adapters kann der Adapter als ein Zwischenglied angesehen werden, das die Tragschiene mit dem Elektronikmodul verbindet.

In dieser Ausführungsform kann das Elektronikmodul in die Tragschiene eingesteckt oder auf die Tragschiene aufgesetzt werden, und der Adapter kann vorzugsweise auf das

Elektronikmodul aufgesetzt oder auf eine andere Weise damit verbunden werden. Der Adapter kann ein erstes Befestigungsmittel zur

mechanischen Befestigung an der Tragschiene umfassen. Der Adapter kann damit an die Tragschiene mechanisch befestigt und von dieser gelöst werden. Sofern die Tragschiene elektrische Leitungen trägt, ist der Adapter auch an die Leitungen anschließbar.

Der Adapter kann ein zweites Befestigungsmittel zur

mechanischen Befestigung an das Elektronikmodul umfassen. Insbesondere in seiner Funktion als Zwischenglied zwischen Tragschiene und Elektronikmodul ermöglicht das zweite

Befestigungsmittel eine entsprechende Verbindung. Das zweite Befestigungsmittel kann eine Form der

Tragschiene nachbilden, so dass das Elektronikmodul an den Adapter ähnlich wie an die Tragschiene befestigbar ist. Vorteilhafter Weise ermöglicht der Adapter einen flexiblen Einsatz des Elektronikmoduls, der wahlweise direkt oder via Adapter an die Tragschiene angeschlossen werden, ohne das Änderungen am Elektronikmodul benötigt sind.

Das Elektronikmodul kann mit dem Adapter mittels einer Steckverbindung mechanisch und/oder elektrisch koppelbar sein .

Die elektrische Kopplung zwischen Elektronikmodul und

Adapter kann galvanisch, vorzugsweise mittels Klemmpunkten, ausgeführt sein. Alternativ kann das Elektronikmodul mit dem Adapter elektromagnetisch, beispielsweise induktiv oder kapazitiv, koppelbar sein zur Übertragung von Daten

und/oder Energie. Der Adapter kann Mittel zur Regenerierung oder Verstärkung eines elektrischen Signals umfassend, wobei das Signal ein Datensignal und/oder Energieversorgungssignal umfassen kann . Der Adapter kann gegenüber dem Elektronikmodul

elektromagnetisch abgeschirmt sein zur Verhinderung einer elektromagnetischen Störung des Elektronikmoduls. Hierzu kann der Adapter von einer Metallfolie umwickelt sein, zumindest in einem Bereich nahe bei der Verbindung mit dem Elektronikmodul, wobei die elektrische Verbindung zwischen Adapter und Elektronikmodul über Stifte ausgeführt sein kann . Gemäß einer Ausführungsform kann der Busteilnehmer als Adapter zum Verbinden mit dem Elektronikmodul ausgebildet sein. Alternativ kann der Busteilnehmer als Elektronikmodul ausgebildet sein.

Um ein Übersprechen von einer Antenne zu einer anderen Antenne innerhalb eines Busteilnehmers oder zwischen benachbarten Busteilnehmern zu verhindern, kann in dem Gehäuse eines Busteilnehmers eine Abschirmeinrichtung vorgesehen sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von

Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die

Zeichnungen näher erläutert. Dabei verweisen gleiche

Bezugszeichen auf gleiche oder entsprechende Elemente. Die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können, soweit technisch sinnvoll, miteinander und mit jedem Aspekt der Erfindung kombiniert werden.

Kurzbeschreibung der Figuren

Es zeigen:

Fig. 1 ein Bussystem gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2a einen Busteilnehmer mit einer Antenne gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2b einen Busteilnehmer mit zwei Antennen gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3a einen Adapter gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 3b eine Anordnung von Adapter und Elektronikmodul,

Fig. 3c einen Adapter gemäß einer zweiten

Ausführungsform, Fig. 3d-3g Anordnungen von Adapter und Elektronikmodul, Fig. 4 ein Bussystem gemäß einer zweiten

Ausführungsform, und

Fig. 5 die Querschnittsansicht eines Busteilnehmers mit zwei Antennen, die durch eine Abschirmung

entkoppelt sind.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes modulares Bussystem 10 zur Übertragung von Daten und Energie. Das Bussystem 10 umfasst beispielsweise vier nebeneinander positionierte Busteilnehmer 12, die jeweils einen Abstand zueinander aufweisen können. Jeder Busteilnehmer 12 weist ein Gehäuse 18 mit mehreren Wandungen 20 auf, wie in Fig. 2a

dargestellt.

An einer ersten Wandung 20a des Gehäuses 18 ist eine

Antenne 22 angeordnet, die eine geometrische Antennenfläche definiert, welche zu der Fläche der ersten Wandung 20a ein Flächenverhältnis aufweist, das einen Wert von etwa 0,7 hat .

Die Busteilnehmer 12 sind miteinander elektrisch gekoppelt, indem eine Antenne 22 eines jeden Busteilnehmers 12 mit einer Antenne 22 eines anderen Busteilnehmers 12 zur

Übertragung von Daten und Energie elektromagnetisch

gekoppelt ist.

Die ersten Wandungen 20a von Busteilnehmern 12, die

miteinander elektrisch gekoppelt sind, sind in etwa

parallel zueinander angeordnet. Das Bussystem 10 umfasst ein Versorgungsmodul 16 zum

Einspeisen elektrischer Energie und Daten, wobei das

Versorgungsmodul 16 als ein erster Busteilnehmer

ausgebildet ist.

Das Versorgungsmodul 16 ist an eine Netzspannung 32 angeschlossen, die etwa 220 V beträgt und eine Frequenz von etwa 50 Hz hat. Die Busteilnehmer 12 einschließlich Versorgungsmodul 16 sind an einer Tragschiene 26 lösbar befestigt.

Die Fig. 2a zeigt einen Busteilnehmer 12 gemäß einer ersten Ausführungsform. Der Busteilnehmer 12 umfasst ein Gehäuse 18 mit mehreren Wandungen 20. Das Gehäuse 18 ist im

Wesentlichen parallelepipedförmig, mit im Wesentlichen zueinander paarweise parallelen Wandungen 20. In dem

Gehäuse 18 ist eine elektronische Schaltung 36 angeordnet, die im gezeigten Beispiel durch eine Leiterplatte

angedeutet wird.

An einer ersten Wandung 20a des Gehäuses 18 ist eine

Spiralantenne 22 angeordnet, die als ein Molded

Interconnect Device (MID) ausgebildet ist.

Der Busteilnehmer 12 ist mit seinem oder seinen

unmittelbaren Nachbarn 12 elektrisch gekoppelt indem seine Antenne 22 mit einer Antenne 22 seines oder seiner

unmittelbaren Nachbarn 12 zur Übertragung von Daten und Energie elektromagnetisch gekoppelt ist. Die Fig. 2b zeigt einen Busteilnehmer 12 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Diese Ausführungsform

unterscheidet sich von der ersten, in Fig. 2a gezeigten Ausführungsform dadurch, dass der Busteilnehmer 12, neben der ersten Antenne 22, eine weitere Antenne 24 umfasst. Die Wandungen, an denen die beiden Antennen 22, 24 angeordnet sind, also die Antennenwandungen 20a, 20b, sind etwa parallel zueinander. Die beiden Antennen 22, 24 sind aufeinander ausgerichtet, die elektromagnetische Kopplung der Antennen 22, 24 ist dadurch sehr gut.

Die Fig. 3a zeigt einen als Adapter 14 ausgebildeten

Busteilnehmer 12 gemäß einer ersten Ausführungsform. Der Adapter 14 ist zum Verbinden mit einem Elektronikmodul 38 ausgebildet und ist zur Übertragung von Daten und Energie zwischen dem Elektronikmodul 38 und dem Bus ausgebildet.

Der Bus ist vorliegend als eine kettenförmige

Kommunikationsverbindung von einem Busteilnehmer 12 zu seinem einzigen oder seinen zwei unmittelbaren Nachbarn 12 ausgebildet .

Der Adapter 14 umfasst eine elektronische Schaltung 36 und eine Antenne 22. Wie in Fig. 3b gezeigt, ist der Adapter 14 seitlich an ein Elektronikmodul 38 mechanisch gekoppelt, das beispielsweise als eine Steuerung oder ein Messgerät ausgebildet ist. Über eine (nicht gezeigte) galvanische oder elektromagnetische Kopplung überträgt der Adapter 14 Daten und Energie an das Elektronikmodul 38. Mittels der Antenne 22 überträgt der als Versorgungsmodul ausgebildete Adapter 14 der Fig. 3b Energie an die Antennen 22 seiner (in dieser Figur nicht gezeigten) Nachbarn. Die Fig. 3c zeigt einen Adapter 14 mit zwei Antennen 22, 24. Die erste Antenne 22 ist an einer ersten Wandung 20a angeordnet, die zweite Antenne 24 ist an einer weiteren Wandung 20b angeordnet. Die Antennenwandungen 20a, 20b sind etwa senkrecht zueinander angeordnet.

Die erste Antenne 22, deren Antennenwandung 20a etwa parallel zu den (in dieser Figur nicht gezeigten)

Antennenwandungen benachbarter Adapter angeordnet ist, dient einer Übertragung von Daten und Energie zwischen dem Adapter 14 und

seinen Nachbarn, das heißt benachbarten Adaptern, und den mit dem Adapter 14 gekoppelten, in Fig. 3f, 3g gezeigten, Elektronikmodulen 38. Zwischen der zweiten Antenne 24 des Adapters 14 und den

(nicht gezeigten) Antennen der Elektronikmodule 38 findet eine Übertragung von Daten und Energie statt. Die

Antennenwandung 20b des Adapters 14 ist etwa parallel zu den Antennenwandungen der mit dem Adapter 14 gekoppelten Elektronikmodule 38 angeordnet.

Die Fig. 3f, 3g zeigen zwei alternative Anordnungen von Adapter 14 und Elektronikmodul 38. Gemäß Fig. 3f sind der Adapter 14 auf der Tragschiene 26 und das Elektronikmodul 38 auf dem Adapter 14 positioniert, so dass der Adapter 14 zwischen Tragschiene 26 und Elektronikmodul 38 angeordnet ist. Gemäß Fig. 3g sind das Elektronikmodul 38 auf der Tragschiene 26 und der Adapter 14 auf dem Elektronikmodul 38 positioniert. Adapter 14 und Elektronikmodul 38 sind in beiden Fällen aufeinander angeordnet und miteinander galvanisch gekoppelt.

Ist der Adapter 14 auf dem Elektronikmodul angeordnet (Fig. 3g) , so kann er, analog zu einem Inline-System, Klemmpunkte umfassen, so dass ein direkter Anschluss von in der

Hutschiene angeordneten Signalleitungen 40 (siehe Fig. 4) ausgeführt ist. Alternativ ist der Adapter zwischen

Elektronikmodul 38 und Anschluss zur Peripherie (Klemmen^¬ bzw. Steckerebene) angeordnet (Fig. 3f) . Anstelle einer oder zusätzlich zu einer Antenne kann der Adapter 14 einen Stecker aufweisen. Damit ist es möglich, auch

Busteilnehmer, die keine induktive Schnittstelle aufweisen, an den Adapter 14 anzuschließen.

Die Fig. 3d, 3e zeigen alternative Ausführungsformen von Adaptern 14, die zum Verbinden mit der Tragschiene 26 und/oder mit dem Elektronikmodul 38 ausgebildet sind.

Gemäß Fig. 3e umfasst der Adapter 14 ein erstes

Befestigungsmittel 28 zur mechanischen Befestigung an der Tragschiene 26 und ein zweites Befestigungsmittel 30 zur mechanischen Befestigung an das (in Fig. 3e nicht gezeigte) Elektronikmodul 38. Das zweite Befestigungsmittel 30 bildet eine Form der Tragschiene 26 nach, so dass das

Elektronikmodul 38 an den Adapter 14 ähnlich wie an die Tragschiene 26 befestigbar ist. Die genannte Form der

Tragschiene ist in Fig. 4 erkennbar. Gemäß Fig. 3d sind der Adapter 14 und die Tragschiene 26 aus der Fig. 3e gezeigt, zusammen mit dem Elektronikmodul 38. Die Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform des modularen Bussystems 10 zur Übertragung von Daten und Energie. Das Bussystem 10 umfasst fünf direkt nebeneinander

positionierte als Adapter 14 ausgebildete Busteilnehmer. Die Adapter 14 sind auf einer als Hutschiene 26

ausgebildeten Tragschiene angeordnet. Auf jedem Adapter 14 ist jeweils ein Elektronikmodul 38 angeordnet.

Die in dieser Figur eingezeichneten vertikalen Pfeile symbolisieren die Übertragung von Daten und Energie

zwischen Adapter 14 und Elektronikmodul 38. Der dicke Pfeil weist auf die Übertragung von Energie und Daten, der dünne Pfeil weist auf die Übertragung von Daten hin.

In der Hutschiene 26 sind elektrische Leitungen 40

angeordnet, mit denen ein als Versorgungsmodul 16

ausgebildeter Adapter via T-Stecker zur Übertragung der Netzspannung verbunden ist. Das Versorgungsmodul 16 dient zur Energieversorgung des damit gekoppelten

Elektronikmoduls 38 sowie zur Einspeisung von Energie in den Bus.

Die Erfindung ist also darauf ausgerichtet, Daten und/oder Energie zwischen auf der Hutschiene 26 benachbart

angeordnete Elektronikmodule 38 zu übertragen, wobei gleichzeitig auch die Übertragung höherer Leistungen möglich ist. Gemäß Fig. 3a, 3b sind an den Innenseiten von benachbart angeordneten Busteilnehmern 14 (nachfolgend auch

„Elektronikkomponente" bezeichnet) , in oder an den Gehäusen 18 der Elektronikkomponenten, Spulenstrukturen 22 mittels MID (Molded Interconnect Devices) angeordnet, wobei sich eine Spulenstruktur 22 vorzugsweise über die gesamte

Seitenfläche der Elektronikkomponente erstreckt.

Die sich so gegenüber stehenden Wandungen 20 und die hohe Windungszahl erlauben die Übertragung größerer

Energiemengen oder Leistungen. Mittels Windungsverhältnis der Spulen 22 ist ein Übertragungsverhältnis zwischen aufeinanderfolgenden Spulen oder Busteilnehmern

einstellbar. So ist beispielsweise die Anzahl der Windungen einer ersten Spule 22 einer Elektronikkomponente 12 in Richtung der Energieübertragung kleiner als die

Windungszahl der Spule, die an der nachfolgenden

Elektronikkomponente angeordnet und der ersten Spule 22 zugewandt ist. Dadurch ist eine Kompensation von

Spannungsverlusten in der Elektronikkomponente 12 möglich.

Zur Kompensation von Verlusten entlang des Busses ist auch eine Signalregenerierung oder Verstärkung vorgesehen. So ist beispielsweise in dem Versorgungsmodul 16 eine

Schaltung zur Verstärkung der Signale oder der Energie vorgesehen .

Abstrahlungen von der Sendespule zurück in die Elektronik der Elektronikkomponente werden durch eine zwischen Adapter und Elektronikmodul angeordnete, metallisch beschichtete Folie vermindert oder vollständig unterdrückt. Ein beispielhafter Busteilnehmer 12 mit einer Abschirmung 50, die Abstrahlungen von einer Antenne und somit ein

Übersprechen zumindest reduziert, ist in Fig. 5 im

Querschnitt gezeigt. Der Busteilnehmer 12 weist wiederum ein Gehäuse 18 auf, wobei Fig. 5 lediglich zwei

gegenüberstehende Wandungen 20a und 20b und eine

Bodenwandung 20 zeigt. An der Innenfläche der Wandungen 20a und 20b ist jeweils eine Antenne 22 bzw. 24 angeordnet, die jeweils als Spule ausgebildet sein kann. Innerhalb des Gehäuses 18 ist zudem eine Leiterplatte 36 mit einer elektronischen Schaltung eingesetzt. Die Leiterplatte 36 ist elektrisch mit den Antennen 22 und 24 verbunden. Um ein Übersprechen zwischen den Antennen 22 und 24 zu verhindern, ist vor jeder Antenne 22, 24 eine plattenförmige

Abschirmung 50 angeordnet, die vorzugsweise die gesamte

Antennefläche abdeckt. Denkbar ist auch, die Leiterplatte 36 selbst als Abschirmung zu verwenden. Hierzu können die den Antennen 22 und 24 zugewandten Seiten der Leiterplatte 36 mit einer metallischen Schicht versehen werden. Bei einem alternativen Busteilnehmer 12 (nicht dargestellt) können die Antennen 22 und 24 auch an der jeweiligen

Außenfläche der Wandungen 20a und 20b angeordnet sein. In diesem Fall könnten die Innenflächen der Wandungen 20a und 20b als Abschirmungen fungieren. Hierzu könnte zum Beispiel eine metallisch beschichtete Folie als Abschirmung 50 an der jeweiligen Innenfläche der Wandungen 20a und 20b aufgebracht sein. Bezugs zeichen

10 Bussystem

12 Busteilnehmer, Elektronikkomponente

14 Adapter

16 Versorgungsmodul

18 Gehäuse

20 Wandung

20a erste Wandung, Antennenwandung

20b zweite Wandung, Antennenwandung

22 Antenne, Spule, Spulenstruktur

24 weitere Antenne

26 Tragschiene, Hutschiene

27 Befestigungsmittel der Tragschiene

28 erstes Befestigungsmittel

30 zweites Befestigungsmittel

32 Netzspannung

34 galvanische Verbindung

36 elektronische Schaltung

38 Elektronikmodul

40 elektrische Leitung

50 Abschirmung

Claims

Patentansprüche

1. Modulares Bussystem (10) zur Übertragung von Daten und/oder Energie mit mindestens zwei nebeneinander

positionierbaren Busteilnehmern (12, 14), wobei jeder Busteilnehmer (12, 14) folgende Merkmale aufweist:

- ein Gehäuse (18), welches mehrere Wandungen (20)

umfasst ,

- wobei in oder an einer ersten Wandung (20a) des

Gehäuses (18) wenigstens eine Antenne (22) angeordnet ist, die eine geometrische Antennenfläche definiert, welche zu der Fläche der ersten Wandung (20a) ein Flächenverhältnis aufweist, das mindestens 0,5 ist,

- wobei die Busteilnehmer (12, 14) miteinander

elektrisch gekoppelt sind, indem eine Antenne (22) eines jeden Busteilnehmers mit einer Antenne (24) eines anderen Busteilnehmers zur Übertragung von Daten und/oder Energie elektromagnetisch gekoppelt ist, und

- wobei die ersten Wandungen (20a) von Busteilnehmern, die miteinander elektrisch gekoppelt sind, in etwa parallel zueinander angeordnet sind.

2. Bussystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

mindestens eines der folgenden Merkmale:

- das Bussystem (10) umfasst ein Versorgungsmodul (16) zum Einspeisen elektrischer Energie und/oder Daten, wobei das Versorgungsmodul (16) als ein erster

Busteilnehmer ausgebildet ist;

das Versorgungsmodul (16) umfasst Mittel (36) zur Signalaufbereitung oder Signalverstärkung oder

Signalregenerierung; das Versorgungsmodul (16) ist an eine Netzspannung (32) angeschlossen, die vorzugsweise etwa 220 oder 110 V beträgt und eine Frequenz von etwa 50 oder 60 Hz hat .

3. Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden

Merkmale :

die Antenne (22, 24) ist ausgebildet

als eine Spiralantenne, Kreisantenne, Spule oder kapazitive Platte, und/oder

als ein Molded Interconnect Device (MID) , oder Inlay, oder

als eine eingespritzte oder dünn gewickelte oder gedruckte oder aufklebbare Antenne;

die Antenne (22, 24) ist auf einer Folie angeordnet, die an der ersten Wandung (20a) befestigt ist.

4. Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden

Merkmale :

der Mindestwert des Flächenverhältnisses beträgt 0,5 oder vorzugsweise 0,6 oder insbesondere 0,7;

die Antenne (22, 24) erstreckt sich über die gesamte Fläche der Wandung.

5. Bussystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch

mindestens eines der folgenden Merkmale:

die Antenne (22, 24) eines Busteilnehmers (12, 14) weist eine Windungszahl auf, welche von einer

Entfernung des Busteilnehmers zum Versorgungsmodul abhängt, wobei die Entfernung als Zahl von dazwischen liegenden Busteilnehmern gemessen ist;

die Windungszahl der Antenne eines Busteilnehmers (12), dessen Entfernung zum Versorgungsmodul (16) größer ist als die Entfernung eines zweiten

Busteilnehmers zum Versorgungsmodul (16), ist größer als die Windungszahl der Antenne des zweiten

Busteilnehmers, zur Kompensation von Verlusten, insbesondere von Übertragungsverlusten oder Verlusten in den elektronischen Schaltungen der Busteilnehmer.

6. Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden

Merkmale :

- in dem Gehäuse (18) wenigstens einiger der

Busteilnehmer (12, 14) ist in einer zweiten Wandung (20b) eine weitere Antenne (24) angeordnet;

in der ersten und/oder zweiten Wandung (20a; 20b) des Gehäuses (18) wenigstens einiger der Busteilnehmer ist eine Vielzahl von Antennen (22, 24) angeordnet;

Daten und Energie sind über unterschiedliche Antennen übertragbar;

Daten und Energie sind über eine Antenne übertragbar.

7. Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (18) jedes

Busteilnehmers (12, 14) eine elektronische Schaltung (36) angeordnet ist.

8. Bussystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden

Merkmale : jeder Busteilnehmer ist als Adapter (14) zum Verbinden mit einem Elektronikmodul (38) ausgebildet, wobei jeder Adapter (14) zur Übertragung von Daten und/oder Energie ausgebildet ist;

der Adapter (14) ist zum Verbinden mit einer

Tragschiene (26) und/oder mit dem Elektronikmodul (38) ausgebildet ;

der Adapter (14) umfasst ein erstes Befestigungsmittel (28) zur mechanischen Befestigung an der Tragschiene (26) ;

der Adapter (14) umfasst ein zweites

Befestigungsmittel (30) zur mechanischen Befestigung an das Elektronikmodul (38);

das zweite Befestigungsmittel (30) bildet eine Form der Tragschiene nach, so dass das Elektronikmodul (38) an den Adapter (14) ähnlich wie an die Tragschiene befestigbar ist;

das Elektronikmodul (30) ist mit dem Adapter (14) mittels einer Steckverbindung mechanisch und/oder elektrisch koppelbar, wobei die elektrische Kopplung vorzugsweise mittels Klemmpunkten ausgeführt ist;

das Elektronikmodul (38) ist mit dem Adapter (14) elektromagnetisch, beispielsweise induktiv oder kapazitiv, koppelbar zur Übertragung von Daten

und/oder Energie;

der Adapter (14) umfasst Mittel zur Regenerierung oder Verstärkung eines elektrischen Signals umfassend ein Datensignal und/oder Energieversorgungssignal;

der Adapter (14) ist gegenüber dem Elektronikmodul (38) elektromagnetisch abgeschirmt zur Verhinderung einer elektromagnetischen Störung des

Elektronikmoduls .

9. Bussystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

in dem Gehäuse (18) wenigstens eines Busteilnehmers (12, 14) ein Einrichtung (50) zum Abschirmen der wenigstens einen Antenne (22) angeordnet ist.

10. Busteilnehmer (12, 14) zur Verwendung in einem

modularen Bussystem (10) zur Übertragung von Daten und/oder Energie mit

- einem Gehäuse (18), welches mehrere Wandungen (20) umfasst ,

- wobei in oder an wenigstens einer ersten Wandung (20a) des Gehäuses wenigstens eine Antenne (22) angeordnet ist, die eine geometrische Antennenfläche definiert, welche zu der Fläche der ersten Wandung (20a) ein Flächenverhältnis aufweist, das mindestens 0,5 ist,

- wobei der Busteilnehmer (12, 14) dazu ausgebildet ist, mit wenigstens einem weiteren Busteilnehmer elektrisch gekoppelt zu werden, indem eine Antenne (22) des

Busteilnehmer mit einer Antenne (24) des weiteren Busteilnehmers zur Übertragung von Daten und/oder Energie elektromagnetisch gekoppelt ist,

- wobei die ersten Wandungen (20a) von Busteilnehmern (12, 14), die miteinander elektrisch gekoppelt sind, in etwa parallel zueinander angeordnet sind.

11. Busteilnehmer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass er als Adapter (14) zum Verbinden mit einem

Elektronikmodul (38) oder als Elektronikmodul (38)

ausgebildet ist.