WO2023131644A1 - Intelligente modulare steckverbindung - Google Patents

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WO2023131644A1
WO2023131644A1 PCT/EP2023/050172 EP2023050172W WO2023131644A1 WO 2023131644 A1 WO2023131644 A1 WO 2023131644A1 EP 2023050172 W EP2023050172 W EP 2023050172W WO 2023131644 A1 WO2023131644 A1 WO 2023131644A1
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plug
socket
plug connection
connector
module
Prior art date
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PCT/EP2023/050172
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English (en)
French (fr)
Inventor
Simon Althoff
Sascha Nolte
Yashavanthkumar NAIK VITTAL
Original Assignee
Weidmüller Interface GmbH & Co. KG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/516—Means for holding or embracing insulating body, e.g. casing, hoods
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    • H01R13/665—Structural association with built-in electrical component with built-in electronic circuit
    • H01R13/6691—Structural association with built-in electrical component with built-in electronic circuit with built-in signalling means

Definitions

  • the present invention relates to an intelligent modular connector according to the preamble of claim 1 .
  • Connectors form the electrical connection component between different modules in industrial production plants.
  • the so-called “smart factory” should be mentioned here as an example.
  • Smart Factory is at the center of what is known as Industry 4.0.
  • In such a working environment e.g. in production lines, there are, for example, different machines, robots, independent assembly and transport devices, especially in modular form. These modules can be exchanged and installed quickly and easily.
  • Connectors significantly support the simple and fast exchangeability of production modules and the installation of complex and possibly meshed infrastructures. Connectors not only transmit energy and signals, but also form interfaces for data transmission.
  • the infrastructures not only affect the electrical supply with AC and DC voltages, but also information technology and other auxiliary media such as control voltages of e.g. 24V or compressed air.
  • optical transmission means such as fiber optic cables, can also be present in the connectors.
  • the solution to this problem is the object of the invention.
  • the invention solves this problem with the subject matter of claim 1 .
  • a smart modular connector according to the invention includes a jack and a plug with power connectors and/or data connectors and a locking mechanism.
  • the plug connection has at least one control device. This enables a particular advantage of an intelligent plug-in connection, which can not only perform control functions for the locking mechanism, but can also be used for other functions.
  • the control device advantageously allows variability in a server-client relationship.
  • the plug-in connection also has signal connectors and/or media connectors, such as pneumatic connectors. A range of use is thus advantageously expanded.
  • control device of the connector is designed in such a way that it communicates with a higher-level controller or with an IES block (Infrastructure Execution System) and/or a control block.
  • IES block Structure Execution System
  • control device can be arranged inside or outside the connector.
  • control/monitoring/evaluation systems can be, for example, mating cycle monitoring or condition monitoring applications for connectors, but also energetic monitoring of the infrastructure based on the derived topology.
  • plug connections within an arrangement of plug connections can be integrated into a system, e.g. IES (Infrastructure Execution System) by means of an automated learning process.
  • IES Structure Execution System
  • the power connectors and/or data connectors and the locking mechanism are components of a modular structure, which comprises at least one power module, at least one data module and a locking module. This is advantageous because different modules can be combined. In addition, the different modules can be stored prefabricated and, if necessary, used with little or no adjustments.
  • a further embodiment provides that the at least one power module has a respective power plug-in insert in each case in the socket and in the plug, the at least one data module has a respective data plug-in insert in each case in the socket and in the plug, and the locking module has a respective locking plug-in insert in each case in the socket and are arranged in the plug.
  • control device is arranged in the socket or in the plug, or partly in the socket and partly in the plug, or outside of the plug connection. This results in different positions for arranging the control device, which are each advantageous in different applications. In addition, a range of use is thereby advantageously enlarged.
  • control device is arranged in the locking module in the socket. This is advantageous because in this way a compact construction of the socket is possible. It is also advantageous if the plug-in connection has at least one power sensor, which is associated with the power module and connected to the control device, since current and voltage of the conductors of the power module can be monitored in this way.
  • the plug connection has at least one data sensor, which is assigned to the data module and connected to the control device. The data flows can thus be advantageously monitored.
  • the plug-in connection has at least one sensor, which is assigned to a media module as a pressure sensor and is connected to the control device.
  • a media module as a pressure sensor
  • the plug-in connection has at least one sensor, which is assigned to a media module as a pressure sensor and is connected to the control device.
  • the plug connection has at least one temperature sensor which is connected to the control device, an advantageously simple temperature monitoring in the plug connection is made possible.
  • the plug connection has an identification device. This results in the advantage that, on the one hand, only plugs and sockets that match one another are used and, on the other hand, unwanted and critical connections, for example between production modules and infrastructure feed points, can be prevented.
  • the detection device is an RFID unit. Functional units of this type are available on the market at low cost and in high quality.
  • the socket and/or the plug each have a frame-like housing in which the plug-in inserts are positioned and fastened.
  • the frame-like housing can advantageously be designed to save weight.
  • the plug connection has at least one operating element for initiating a coupling or decoupling sequence of the plug connection. This enables the advantage of safe handling of the plug connection.
  • the at least one operating element is a manually operable switch element or button element.
  • Such an operating element can advantageously be arranged in a simple manner. It is also advantageous if at least one display element is assigned to the at least one operating element, which displays a status of the operated functions.
  • the at least one operating element is arranged on the socket and/or on the plug of the plug-in connection and/or outside of the plug-in connection.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of an intelligent modular plug connection according to the invention
  • FIG. 1 2-3 schematic block diagrams of system structures with the intelligent modular plug connection according to the invention according to FIG. 1;
  • FIG. 1 4-6 schematic perspective views of a socket of the intelligent modular plug connection according to the invention according to FIG. 1;
  • FIGS. 4-6 shows a schematic view of a connection side of the socket according to FIGS. 4-6;
  • Figures 8-10 are schematic perspective views of a variant of the bush of Figures 4-6;
  • FIG. 11 shows a schematic view of a connection side of the socket according to FIGS. 8-10.
  • FIG. 12-13 schematic perspective views of a locking module of the intelligent modular connector according to the invention according to Fig. 1.
  • the terms “top”, “bottom”, “left”, “right” relate to the respective arrangement of the components in the figures.
  • Fig. 1 shows a schematic block diagram of an exemplary embodiment of an intelligent modular plug connection 1 according to the invention.
  • the connector 1 comprises a socket 2 and a plug 3.
  • the socket 2 has a frame-like housing 2a.
  • the housing 2a serves to accommodate and fasten plug-in inserts of various modules, which are described in more detail below.
  • the sockets are inserted into the housing 2a from a connection side 2b (see e.g. Fig. 4).
  • the housing 2a has guides to correctly position the sockets.
  • the plug-in inserts are held in the housing 2a, e.g. by means of suitable clip connections, and protrude from the housing 2a on a plug-in side 2c of the latter (see, e.g., Fig. 6).
  • the plug-in side 2c of the housing 2a of the socket 2 serves to receive the plug 3 of the plug-in connection 1 .
  • the plug 3 also has a frame-like housing (not shown), in which counterparts to the plug-in inserts of the socket 2 are arranged.
  • the socket inserts of the socket 2 and their counterparts of the plug 3 have electrically conductive connecting contacts, sensors and/or mechanical interfaces. This will now be described in more detail.
  • the socket 2 of the plug connection 1 comprises at least one control device 4, at least one power module 30, at least one locking module 40 and at least one data module 50.
  • the socket 2 of the plug connection 1 can also have further modules 60, e.g. a signal module and/or a media module. This is only indicated here by a block.
  • the socket 2 in this exemplary embodiment has an identification device.
  • a recognition device is used to identify the correct plug connection partner by recognizing a so-called "fingerprint" of the plug 3 and/or the socket 2.
  • the detection device here has a near field communication device (NFC, Near Field Communication), which is designed as an RFID unit with an RFID reader 6 and an RFID antenna 7 in the example shown.
  • the RFID reader 6 is connected to the control device 4 . With the RFID unit it is possible to use the RFID antenna 7 to read out the RFID element 7a arranged in the plug 3 and to recognize the structure of the plug 3 and whether it is suitable for the socket 2 .
  • a locking device 8 an unlocking device 9, a status indicator 10 and sensors 18, 19 are connected to the control device 4.
  • locking is to be understood as meaning a state in which the socket 2 and the plug 3 of the plug connection 1 are plugged together and locked with one another by means of a locking mechanism. This mechanism is unlocked again before socket 2 and plug 3 of connector 1 are separated.
  • the control device 4 is connected with a control line 5 to a higher-level controller, e.g. an interface manager.
  • the control line 5 forms a bidirectional transmission path for data that is exchanged between the control device 4 and the higher-level controller.
  • the control device 4 is supplied with electrical energy via the control line 5 .
  • the control device 4 supplies power-consuming components of the plug connection 1, such as the locking module, sensors, displays, etc.
  • the higher-level control is also referred to as IES (Infrastructure Execution System).
  • the power module 30 comprises at least one electrically conductive power line 12.
  • the power lines 12 In the example shown there are four power lines 12, the ends of which are each electrically conductively connected to a power connector 15, e.g. a socket.
  • the power connectors 15 are arranged and fastened in an associated power plug-in insert 14 .
  • a counterpart to the power plug-in insert 14 is arranged and fastened in the plug 3 as a power plug-in insert 14a with power connectors 15a, for example plug-in contacts.
  • the power connectors 15a in turn are electrically conductively connected to respective ends of power lines 15a of the plug 3 .
  • a power sensor 18, which is connected to the control device 4, is used for direct and/or indirect voltage and/or current detection of one or all power lines 12.
  • the power sensor 18 can, for example, be connected to a respective power line 12 in a non-contact and/or electrically conductive manner.
  • the power sensor 18 can also be arranged in the power socket 14 and connected to the power connectors 15 .
  • the power sensor 18 for current and/or voltage can, for example, be an inductive sensor with a coil that is connected to a suitable evaluation circuit directly on the coil and/or in the control device.
  • the coil(s) may be mounted in a suitable fixture attached to the power socket 14 .
  • a power line 12 extends through a respective coil.
  • the power plug-in insert 14 with the power connectors 15 and the sensor(s) can be provided, for example, in a separate plug-like arrangement with a hood.
  • the power module 30 can then be designed as a rectangular connector with a hood and the power plug-in insert 14 .
  • the power sensor 18 can be connected to the power connectors 15 in the simplest form as measuring lines 18a for voltage tapping. If the power connectors 15 have crimp connections, the measuring lines 18a can also be attached in the crimp area. However, it is also possible to use a separate metal tab of a power connector 15 on the connection (see Fig. 7).
  • a spring contact/ring contact adjacent to the contact element of the power connector 15 and part of the module can be used.
  • the measuring lines 18a can also be connected to an analog input of the control device 4 on a voltage measuring circuit board to maintain the necessary insulation distances and forward the measured values in the signal range 0-20 mV.
  • a voltage measurement can be carried out in different ways. On the one hand, it is possible that the measured value of the voltage is reflected directly and through the Control device 4 is routed to the higher-level controller. On the other hand, the voltage measurement only provides information as to whether the voltage is above or below a (predeterminable) threshold value/limit value. This comparison function can take place in the power sensor 18, in the control device 4 or in the higher-level controller. It can also be determined in this way whether the power lines 12 are carrying current at all.
  • the current can be measured in a similar way.
  • the power sensor 18 may be disposed on the power lines 12 along with a temperature sensor. It is also possible for the temperature sensor to be integrated into the power sensor 18 or arranged separately.
  • the locking module 40 comprises at least one actuator 20 (see FIG. 5), a locking mechanism 8, an unlocking mechanism 9 and a status indicator 10.
  • the actuator 20 can be a stepping motor, for example, and is connected to the control device 4.
  • the control device 4 is arranged in the locking module 40, but it can also have a different position.
  • the locking 8, the unlocking 9 and the status indicator 10 are arranged in a locking plug-in insert 11 which is fixed in the housing 2a of the socket 2.
  • a counterpart to the locking socket 11 is arranged and fastened in the plug 3 as a locking socket 11a.
  • the locking plug-in insert 11a has a locking counterpart 8a, an unlocking counterpart 9a and a status indicator counterpart 10a.
  • the locking devices 8, 8a, unlocking devices 9, 9a and the status indicators 10, 10a are shown only schematically in FIG. 1 and can be designed differently.
  • the actuator 20 actuates the mechanical lock 8, e.g. a pin or a pivot or the like.
  • the lock 8 can have a pin that is moved outwards and actuates the counterpart lock 8a in the plug 3 for a locking process.
  • the release 9 can also have a pin that activates the release 9a.
  • the status indicator 10 signals, e.g. mechanically by actuating a limit switch, when the plug 3 is locked or unlocked with the socket 2.
  • the locking module 40 is described further below in connection with FIGS. 12 and 13.
  • the data module 50 includes at least one data cable 13 with at least one electrically conductive wire.
  • the data cable 13 has a plurality of wires, the ends of which are each electrically conductively connected to a data connector 17 of a data connector socket.
  • the data connectors 17 with the data connector socket are arranged and fastened in an associated data socket 16 .
  • a counterpart to the data plug-in insert 16 is arranged and fastened in the plug 3 as a data plug-in insert 16a with data connectors 17a of a data plug-in connector.
  • the data connectors 17a in turn are electrically conductively connected to respective ends of data lines 13a of the plug 3 .
  • the data module 50 is assigned a data sensor 19 which determines the voltage and/or current values of the wires of the data cable 13 .
  • the data sensor 19 can also be connected to data-carrying wires of the data cable 13 and can record data signals. These data signals are sent to the control device 4, which evaluates them and/or forwards them to the higher-level controller.
  • the additional module(s) 60 comprise, for example, signal cables, media lines, and mating connectors of one or more connector sockets and are each arranged and fastened in an associated socket.
  • the counterparts to this are also as similarly described above.
  • the additional module(s) 60 includes, for example, a signal module for the transmission of various special signals which cannot/should not be transmitted via the data module 50.
  • an additional module for the transmission of media such as compressed air, hydraulics, can be provided. Appropriate lines and plug connections, such as pneumatic/hydraulic connectors, are provided for this purpose.
  • a suitable sensor 61 is assigned to the additional module(s) 60 .
  • a pressure sensor for the media can thus be provided.
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of a system structure 100 with the intelligent modular plug connection 1 according to the invention as shown in FIG.
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of a further system structure 100' with the intelligent modular plug connection 1 according to the invention as shown in FIG.
  • the socket 2 of the connector 1 is connected via a control block 102 to the higher-level controller, which is indicated here schematically as the IES block 101 of the IES (Infrastructure Execution System).
  • the IES block 101 manages the interfaces and their operation.
  • An interface consists of a socket 2 and a plug 3.
  • Two sockets 2 can also be connected via a so-called patch cable.
  • This patch cable has a plug 3 at both ends, which is plugged into a respective socket 2 .
  • This architecture allows for the variability of the IES controlling one or more Smart Electrical Connector (SmEC) controllers via an Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) server-client relationship.
  • SmEC Smart Electrical Connector
  • OPC UA Open Platform Communications Unified Architecture
  • the control block 102 is formed by the control device 4 and is part of the socket 2 as shown in FIG. However, the control block 102 can also be part of the plug 3, 3'. It is also conceivable that the control block 102 is divided between the socket 2 and the plug 3, 3'.
  • the control device 4 contains the following components
  • NFC unit Near Field Communication
  • RFID unit Radio-Frequency Identification
  • IES block 101 Software protocol server as communication to IES block 101 (software protocol client)
  • the system structure 100' shown in FIG. 3 has an integrated IES block 101, which communicates here with two (or more) interfaces with the control blocks 102, 102' of two or more plug connections 1, T.
  • This system structure allows new connectors 1, T to be easily integrated into the IES by means of an automated training process.
  • FIGS. 4-6 show schematic perspective views of the socket 2 of the intelligent modular plug connection 1 according to the invention according to FIG. 1.
  • FIG. 7 shows a schematic view of a connection side 2b of the socket 2 according to FIGS. 4-6.
  • the socket 2 is equipped with the power module 30 and the locking module 40 .
  • the power plug-in insert 14 and the locking plug-in insert 11 are fastened in the frame-like housing 2a of the socket 3 by means of clip devices.
  • Fig. 4 - 6 the housing 4a of the locking module 40 is shown with a control connector 5a to which the control line 5 is connected.
  • the control device 4 is arranged in the housing 4a together with its above-mentioned components.
  • FIG. 6 shows the plug-in side 2c of the socket 3 with the protruding plug-in inserts 11 and 14.
  • the plug-in insert 11 of the locking module 40 has an output 20a which corresponds to an actuator 21 (see FIG. 12).
  • the socket 2 is provided with coding elements 22, 23, 24 on its short sides.
  • the coding elements 22 are designed as holders with a respective receptacle 24 .
  • the receptacle 24 of one coding element 22 is empty on one side, and a coding element 23 in the form of a pin protruding from the plug-in side 2c of the socket 2 is inserted on the other side.
  • Corresponding coding elements are provided opposite one another in the plug 3 . This prevents plug 3 and socket 2 from being plugged together the wrong way round.
  • the measuring lines 18a of the power sensor 18 are shown in FIG. 7 . They are connected to the power connectors 15 as described above. Two measuring lines 18a are shown here, one of which is connected to a power connector 15 in the power plug-in insert 14 .
  • 8-10 show schematic perspective views of a variant of the socket 2 of the intelligent modular plug connection 1 according to the invention according to FIG. 1.
  • FIG. 11 shows a schematic view of a connection side 2b of the variant of the socket 2 according to FIGS. 8-10.
  • the socket 2 in addition to the power module 30 and the locking module 40, as described in FIGS.
  • the socket 2 can have a larger housing 2a.
  • the socket 2 it is also possible for the socket 2 to have a standard size for all modules and for the unused slots of missing modules to be closed by an empty plug-in insert.
  • the data plug-in insert 16 is equipped on its connection side with a data socket 13c (FIG. 11), which is connected to the data connector 17 (FIG. 10).
  • the data cable 13 is plugged into the data socket 13c of the data socket insert 16 with a data plug 13b. It is also possible for the data cable 13 to be connected directly to the data connector 17 in the data plug-in insert 16 without a data plug 13b.
  • FIG. 12 shows a schematic perspective view of the locking module 40 of the intelligent modular connector 1 according to the invention according to FIG. 1 in a separated state.
  • FIG. 13 shows the locking module in a mated state.
  • the housing 4a of the locking module 40 is arranged on the locking insert 11 here.
  • the actuator 20 is also mounted on the latch insert 11 in a corner recess 4b of the housing 4a.
  • the control device 4 with its above-mentioned components is arranged inside the housing 4a.
  • the actuator 20 interacts with the output 20a, which protrudes on the plug-in side of the locking insert 11.
  • the output 20a is arranged in a corner recess 4c in the end area of the locking insert 11 .
  • the RFID antenna 7 is attached in the end area of the locking insert 11 (not visible here).
  • the opposite RFID element 7a which communicates with the RFID antenna 7 in the assembled state of the locking module 40, is inserted in the plug-side locking insert 11a.
  • an actuating section 4d is formed, which has the actuator 21 with a locking/unlocking mechanism that is not shown.
  • the locking/unlocking mechanism can be effected, for example, by switching output 20a and actuator 21.
  • Other designs are also conceivable, for example with hook elements, which prevent the plug 3 and socket 2 from being pulled apart.
  • the actuating section 4d which corresponds in shape to the corner recess 4c in the end region of the locking insert 11, is accommodated in this corner recess 4c.
  • the actuator 21 and the output 20a are coupled to each other. This coupling can, for example, be designed in such a way that the actuator 21 is accommodated with an end section in a recess of the output 20a.
  • the plug-in connection 1 can have one or more operating elements on the socket 2 and/or on the plug 3 for initiating a coupling or decoupling sequence (manual button) for the plug-in connection 1 .
  • a control element or control elements can also be located on a control cabinet. Suitable displays for the status of the operated functions can also be assigned to the operating element or operating elements.
  • Plug connection 1 1' socket 2, 2' housing 2a connection side 2b plug-in side 2c plug 3, 3' housing 3a control device 4 housing 4a corner recess 4b, 4c actuating section 4d control line 5 control plug connection 5a RFID reader 6 RFID antenna 7 RFID element 7a locking 8, 8a unlocking 9, 9a status indicator 10, 10a locking insert 11, 11a power line 12, 12a data cable 13, 13a data connector 13b data socket 13c

Landscapes

  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

Eine Intelligente modulare Steckverbindung (1), aufweisend eine Buchse (2) und einen Stecker (3) mit Leistungsverbindern (15, 15a) und/oder Datenverbindern (17, 17a) und einen Verriegelungsmechanismus, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung (1) mindestens eine Steuereinrichtung (4) aufweist.

Description

Intelligente modulare Steckverbindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine intelligente modulare Steckverbindung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Steckverbinder bilden in industriellen Produktionsanlagen die elektrische Verbindungskomponente zwischen unterschiedlichen Modulen. Als Beispiel soll hier die so genannte „Smart Factory“ genannt werden. Smart Factory steht im Zentrum der so genannten Industrie 4.0. In einer solchen Arbeitsumgebung, z.B. in Fertigungsstraßen, sind beispielsweise unterschiedliche Maschinen, Roboter, selbständige Montage- und Transportgeräte insbesondere in Modulform vorhanden. Diese Module können einfach und schnell ausgetauscht und installiert werden.
Einfache und schnelle Austauschbarkeit von Fertigungsmodulen und Ermöglichung der Installation von komplexen und ggf. vermaschten Infrastrukturen werden durch Steckverbinder erheblich unterstützt. Steckverbinder übertragen nicht nur Energie und Signale, sondern bilden auch Schnittstellen für Datenübertragung. Die Infrastrukturen betreffen nicht nur die elektrische Versorgung mit Wechselspannungen und Gleichspannungen, sondern auch die informationstechnische bzw. andere Hilfsmedien wie Steuerspannungen von z.B. 24V oder Druckluft. Aber auch optische Übertragungsmittel, wie z.B. Glasfaserleiter, können in den Steckverbindern vorhanden sein.
Unter diesen Voraussetzungen wird auch nicht fachkundiges Personal Änderungen der Fertigungsmodulzusammenstellungen bzw. Änderungen an den dezentralen Infrastrukturzugängen vornehmen. Dementsprechend sind einfache und sichere Handhabung und Bedienbarkeit der Steckverbinder einschließlich eindeutiger Zuordnung zu den unterschiedlichen Geräten und Maschinen von erheblicher Bedeutung. Ein Trennen und Zusammenstecken von Steckverbindungen ist in großem Maße von den zugehörigen Maschinen und Prozessen abhängig. Diese Infrastrukturen benötigen Steckverbinder, deren Betätigung von einer Steuerebene der Infrastruktur freigegeben werden muss. Hier kann der Steckverbinder als Sicherheitselement dienen, um Gefahr für Leib und Leben der Bediener auszuschließen. Dies gilt vor allem zukünftig in Gleichspannungssystemen mit hohen Spannungen.
Während des Betriebs oder der Verwendung eines nur mit Grundfunktionen ausgestatteten Steckverbindersystems liegt die gesamte Verantwortung des Anwenders bei diesem. Kombinationen von Zusatzfunktionen und die Kommunikationsfähigkeit des Steckverbinders mit einem übergeordneten Steuerungs- und Überwachungssys- tem, z.B. IES (Infrastruktur Execution System) sollen den Anwender teilweise von dieser Verantwortung entlasten. Dieses kommunikationsfähige System kann in vorhandene, robuste, modulare, industrielle Steckverbinder integriert werden. Die elektromechanische Schnittstelle ist eine intelligente Steckverbindung.
Dazu ist neben den mechanischen Komponenten eine Kommunikationsstruktur notwendig, welche an die Definitionen der Industrie 4.0 angelehnt ist.
Die bekannten Lösungen haben sich an sich bewährt. Es besteht aber ein ständiger Bedarf an Weiterentwicklung, wobei eine größere Funktionalität bei erhöhter Sicherheit, kompaktem Aufbau und geringerer Bauteilezahl geschaffen wird.
Die Lösung dieses Problems ist die Aufgabe der Erfindung. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1 .
Eine erfindungsgemäße intelligente modulare Steckverbindung umfasst eine Buchse und einen Stecker mit Leistungsverbindern und/oder Datenverbindern und einen Verriegelungsmechanismus. Die Steckverbindung weist mindestens eine Steuereinrichtung auf. Damit wird ein besonderer Vorteil einer intelligenten Steckverbindung ermöglicht, welche nicht nur Steuerungsfunktionen für den Verriegelungsmechanismus ausführen kann, sondern auch für weitere Funktionen eingesetzt werden kann.
Die Steuereinrichtung lässt vorteilhaft eine Variabilität in einer Server-Client- Beziehung zu.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
In einer Ausführung weist die Steckverbindung weiterhin Signalverbinder und/oder Medienverbinder, wie beispielsweise Pneumatikverbinder, auf. Damit wird ein Einsatzbereich vorteilhaft erweitert.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Steuereinrichtung des Steckverbinders derart ausgebildet ist, dass sie mit einer übergeordneten Steuerung oder mit einem IES-Block (Infrastruktur Execution System) und/oder einem Steuerblock kommuniziert. Damit können über eine oder mehrere bidirektionale Übertragungsstrecken Daten, Steuerbefehle, Zustandsinformationen, Verriegelungsbefehle, Entriegelungsbefehle und dergleichen mehr mit übergeordneten Steuer-/Überwachungs-/Auswertesystemen kommuniziert werden. Die Steuereinrichtung kann innerhalb oder außerhalb des Steckverbinders angeordnet sein.
Diese Steuer-/Überwachungs-/Auswertesysteme können beispielsweise Steckzyklenüberwachungen oder Condition-Monitoring-Anwendungen für Steckverbinder sein, aber auch energetische Überwachungen der Infrastruktur anhand der hergeleiteten Topologie.
Zudem ergibt sich ein weiterer bedeutender Vorteil, dass weitere Steckverbindungen innerhalb einer Anordnung von Steckverbindungen durch einen automatisierten Anlernprozess in ein System, z.B. IES (Infrastruktur Execution System) integriert werden können.
In einer Ausführung sind die Leistungsverbinder und/oder Datenverbinder und der Verriegelungsmechanismus Bauteile eines modularen Aufbaus, welcher mindestens ein Leistungsmodul, mindestens ein Datenmodul und ein Verriegelungsmodul umfasst. Dies ist vorteilhaft, da unterschiedliche Module kombiniert werden können. Zudem können die unterschiedlichen Module vorgefertigt gelagert und bei Bedarf ohne oder nur mit geringen Anpassungen eingesetzt werden.
Eine weitere Ausführung sieht vor, dass das mindestens eine Leistungsmodul mit einem jeweiligen Leistungssteckeinsatz jeweils in der Buchse und in dem Stecker, das mindestens eine Datenmodul einen jeweiligen Datensteckeinsatz jeweils in der Buchse und in dem Stecker, und das Verriegelungsmodul einen jeweiligen Verriegelungssteckeinsatz jeweils in der Buchse und in dem Stecker angeordnet sind. Dies ergibt einen vorteilhaft einfachen Aufbau, der auch nachrüstbar und leicht austauschbar ist.
In einer anderen Ausführung ist die Steuereinrichtung in der Buchse oder in dem Stecker, oder zu einem Teil in der Buchse und zu einem anderen Teil in dem Stecker, oder außerhalb der Steckverbindung angeordnet. Damit ergeben sich verschiedene Positionen zur Anordnung der Steuereinrichtung, die in unterschiedlichen Anwendungen jeweils von Vorteil sind. Zudem wird dadurch ein Einsatzbereich vorteilhaft vergrößert.
Eine noch weitere Ausführung sieht vor, dass die Steuereinrichtung in dem Verriegelungsmodul in der Buchse angeordnet ist. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise ein kompakter Aufbau der Buchse möglich wird. Es ist zudem vorteilhaft, wenn die Steckverbindung mindestens einen Leistungssensor aufweist, der dem Leistungsmodul zugeordnet und mit der Steuereinrichtung verbunden ist, da so eine Überwachung von Strom und Spannung der Leiter des Leistungsmoduls ausgeführt werden kann.
In einer noch weiteren Ausführung weist die Steckverbindung mindestens einen Datensensor auf, der dem Datenmodul zugeordnet und mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Damit können die Datenflüsse vorteilhaft überwacht werden.
Eine andere Ausführung sieht vor, dass die Steckverbindung mindestens einen Sensor aufweist, der als ein Drucksensor einem Medienmodul zugeordnet und mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Auf diese Weise können auch z.B. Druckluftmedien, Hydraulikmedien, vorteilhaft sensiert werden.
Wenn die Steckverbindung mindestens einen Temperatursensor aufweist, der mit der Steuereinrichtung verbunden ist, wird eine vorteilhaft einfache Temperaturüberwachung in der Steckverbindung ermöglicht.
In einer Ausführung weist die Steckverbindung eine Erkennungseinrichtung auf. Damit ergibt sich der Vorteil, dass einerseits nur zueinander passende Stecker und Buchsen verwendet und andererseits ungewollte und kritische Verbindungen, beispielsweise zwischen Fertigungsmodulen und Infrastruktureinspeisepunkten, unterbunden werden können.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Erkennungseinrichtung eine RFID-Einheit ist. Derartige Funktionseinheiten sind kostengünstig und in hoher Qualität am Markt verfügbar.
In einer weiteren Ausführung weisen die Buchse und/oder der Stecker jeweils ein rahmenartiges Gehäuse auf, in welchem die Steckeinsätze positioniert und befestigt sind. Das rahmenartige Gehäuse kann vorteilhaft gewichtssparend ausgeführt werden.
Eine andere Ausführung sieht vor, dass die Steckverbindung mindestens ein Bedienelement zur Einleitung einer Koppel- oder Entkopplungssequenz der Steckverbindung aufweist. Damit wird der Vorteil einer sicheren Handhabung der Steckverbindung ermöglicht.
Es ist in einer Ausführung vorgesehen, dass das mindestens eine Bedienelement ein manuell betätigbares Schaltelement oder Tastelement ist. Ein solches Bedienelement kann vorteilhaft einfach angeordnet werden. Es ist zudem vorteilhaft, wenn dem mindestens einen Bedienelement mindestens ein Anzeigeelement zugeordnet ist, welches eine Anzeige eines Zustands der bedienten Funktionen bildet.
In einer noch weiteren Ausführung ist das mindestens eine Bedienelement an der Buchse oder/und an dem Stecker der Steckverbindung oder/und außerhalb der Steckverbindung angeordnet. Damit wird eine vorteilhaft vielseitige Anordnung des Bedienelementes möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung der Erfindung anhand bevorzugter Konstruktionen, welche aber die Erfindung nicht abschließend darstellen. Es sind insofern im Rahmen der Ansprüche auch andere Ausführungsbeispiele sowie Modifikationen und Äquivalente der dargestellten Ausführungsbeispiele realisierbar.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen intelligenten modularen Steckverbindung;
Fig. 2-3 schematische Blockdarstellungen von System aufbauten mit der erfindungsgemäßen intelligenten modularen Steckverbindung nach Fig. 1 ;
Fig. 4-6 schematische Perspektivansichten einer Buchse der erfindungsgemäßen intelligenten modularen Steckverbindung nach Fig. 1 ;
Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Anschlussseite der Buchse nach Fig. 4-6;
Fig. 8-10 schematische Perspektivansichten einer Variante der Buchse nach Fig. 4-6;
Fig. 11 eine schematische Ansicht einer Anschlussseite der Buchse nach Fig. 8-10; und
Fig. 12-13 schematische Perspektivansichten eines Verriegelungsmoduls der erfindungsgemäßen intelligenten modularen Steckverbindung nach Fig. 1. Die Begriffe „oben“, „unten“, „links“, „rechts“ beziehen sich auf die jeweilige Anordnung der Bauteile in den Figuren.
Fig. 1 zeigt eine schematische Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen intelligenten modularen Steckverbindung 1.
Die Steckverbindung 1 umfasst eine Buchse 2 und einen Stecker 3.
Die Buchse 2 weist ein rahmenartiges Gehäuse 2a auf. Das Gehäuse 2a dient zur Aufnahme und Befestigung von Steckeinsätzen verschiedener Module, die unten noch weiter beschrieben werden.
Die Steckeinsätze werden von einer Anschlussseite 2b (siehe z.B. Fig. 4) in das Gehäuse 2a eingeführt. Das Gehäuse 2a weist Führungen auf, um die Steckeinsätze korrekt zu positionieren. Die Steckeinsätze sind z.B. mittels geeigneter Klipsverbindungen in dem Gehäuse 2a gehalten und stehen auf einer Steckseite 2c des Gehäuses 2a von diesem hervor (siehe z.B. Fig. 6).
Die Steckseite 2c des Gehäuses 2a der Buchse 2 dient zur Aufnahme des Steckers 3 der Steckverbindung 1 . Der Stecker 3 weist ebenfalls ein rahmenartiges Gehäuse (nicht dargestellt) auf, in welchem Gegenstücke zu den Steckeinsätzen der Buchse 2 angeordnet sind.
Die Steckeinsätze der Buchse 2 und ihre Gegenstücke des Steckers 3 weisen elektrisch leitende Verbindungskontakte, Sensoren und/oder mechanische Schnittstellen auf. Dies wird nun näher beschrieben.
Die Buchse 2 der Steckverbindung 1 umfasst mindestens eine Steuereinrichtung 4, mindestens ein Leistungsmodul 30, mindestens ein Verriegelungsmodul 40 und mindestens ein Datenmodul 50. Die Buchse 2 der Steckverbindung 1 kann auch weitere Module 60, z.B. ein Signalmodul und/oder ein Medienmodul aufweisen. Dies ist hier nur durch einen Block angedeutet.
Zudem weist die Buchse 2 in diesem Ausführungsbeispiel eine Erkennungseinrichtung auf. Eine solche Erkennungseinrichtung dient zur Identifikation des richtigen Steckverbindungspartners mittels einer Erkennung eines so genannten „Fingerabdrucks“ des Steckers 3 oder/und der Buchse 2. Die Erkennungseinrichtung weist hier eine Nahfeldkommunikationseinrichtung (NFC, Near Field Communication) auf, die in dem gezeigten Beispiel als eine RFID-Einheit mit einem RFID-Leser 6 und einer RFID-Antenne 7 ausgebildet ist. Der RFID-Leser 6 ist mit der Steuereinrichtung 4 verbunden. Mit der RFID-Einheit ist es möglich, über die RFID-Antenne 7 das in dem Stecker 3 angeordnete RFID-Element 7a auszulesen und zu erkennen, welchen Aufbau der Stecker 3 besitzt und ob er für die Buchse 2 geeignet ist.
Weiterhin sind eine Verriegelung 8, eine Entriegelung 9, ein Statusmelder 10 und Sensoren 18, 19 an die Steuereinrichtung 4 angeschlossen.
Unter dem Begriff „Verriegelung“ ist ein Zustand zu verstehen, in welchem die Buchse 2 und der Stecker 3 der Steckverbindung 1 zusammengesteckt und untereinander mittels eines Verriegelungsmechanismus verriegelt sind. Dieser Mechanismus wird vor einer Trennung von Buchse 2 und Stecker 3 der Steckverbindung 1 wieder entriegelt.
Die Steuereinrichtung 4 ist mit einer Steuerleitung 5 an eine übergeordnete Steuerung, z.B. eine Schnittstellenverwaltung, angeschlossen. Die Steuerleitung 5 bildet eine bidirektionale Übertragungsstrecke für Daten, die zwischen der Steuereinrichtung 4 und der übergeordneten Steuerung ausgetauscht werden. Zudem wird die Steuereinrichtung 4 über die Steuerleitung 5 mit elektrischer Energie versorgt.
Die Steuereinrichtung 4 versorgt stromverbrauchende Komponenten der Steckverbindung 1 , wie beispielsweise das Verriegelungsmodul, Sensoren, Anzeigen etc.
Die übergeordnete Steuerung wird auch als IES (Infrastructure Execution System) bezeichnet.
Das Leistungsmodul 30 umfasst mindestens ein elektrisch leitende Leistungsleitung 12. In dem gezeigten Beispiel sind es vier Leistungsleitungen 12, deren Enden jeweils mit einem Leistungsverbinder 15, z.B. eine Steckbuchse, elektrisch leitend verbunden sind. Die Leistungsverbinder 15 sind in einem zugehörigen Leistungssteckeinsatz 14 angeordnet und befestigt.
Ein Gegenstück zu dem Leistungssteckeinsatz 14 ist als ein Leistungssteckeinsatz 14a mit Leistungsverbindern 15a, z.B. Steckkontakte, in dem Stecker 3 angeordnet und befestigt. Die Leistungsverbinder 15a ihrerseits sind an jeweilige Enden von Leistungsleitungen 15a des Steckers 3 elektrisch leitend angeschlossen. Ein Leistungssensor 18, der mit der Steuereinrichtung 4 verbunden ist, dient zur direkten oder/und indirekten Spannungs- und/oder Stromerfassung einer oder aller Leistungsleitungen 12. Der Leistungssensor 18 kann beispielsweise berührungslos oder/und elektrisch leitend mit einer jeweiligen Leistungsleitung 12 verbunden sein.
Der Leistungssensor 18 kann auch in dem Leistungssteckeinsatz 14 angeordnet und an die Leistungsverbinder 15 angeschlossen sein.
Der Leistungssensor 18 für Strom oder/und Spannung kann z.B. ein induktiver Sensor mit einer Spule sein, die mit einer passenden Auswerteschaltung direkt an der Spule oder/und in der Steuereinrichtung verbunden ist. Die Spule(n) kann (können) in einer geeigneten Halterung befestigt sein, die an dem Leistungssteckeinsatz 14 befestigt ist. Dabei erstreckt sich in diesem Beispiel jeweils eine Leistungsleitung 12 durch eine jeweilige Spule hindurch.
In einer solchen Ausbildung kann der Leistungssteckeinsatz 14 mit den Leistungsverbindern 15 und dem (den) Sensor (Sensoren) beispielsweise in einer eigenen steckerartigen Anordnung mit einer Haube vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Leistungsmodul 30 dann als ein Rechtecksteckverbinder mit Haube und dem Leistungssteckeinsatz 14 ausgestaltet sein.
Für eine Spannungsmessung kann der Leistungssensor 18 in einfachster Form als Messleitungen 18a zum Spannungsabgriff an den Leistungsverbindern 15 angeschlossen sein. Wenn die Leistungsverbinder 15 Crimpanschlüsse haben, können die Messleitungen 18a im Crimpbereich mit angebracht werden. Es ist aber auch möglich, eine separate Metallfahne eines Leistungsverbinders 15 am Anschluss zu verwenden (siehe Fig. 7).
Alternativ oder zusätzlich kann ein Federkontakt/Ringkontakt anliegend am Kontaktelement des Leistungsverbinders 15 und Bestandteil des Moduls zum Einsatz kommen.
Für die Spannungsmessung können die Messleitungen 18a auch an einer Spannungsmessplatine zur Einhaltung der notwendigen Isolationsabstände und Weiterleitung der Messwerte im Signalbereich 0-20mV an einen Analoginput der Steuereinrichtung 4 angeschlossen werden.
Eine Spannungsmessung kann unterschiedlich ausgeführt werden. Einerseits ist es möglich, dass der Messwert der Spannung direkt wiedergegeben wird und durch die Steuereinrichtung 4 an die übergeordnete Steuerung geleitet wird. Andererseits gibt die Spannungsmessung nur eine Information weiter, ob die Spannung oberhalb oder unterhalb eines (vorher festlegbaren) Schwellwertes/Grenzwertes liegt. Diese Vergleichsfunktion kann in dem Leistungssensor 18, in der Steuereinrichtung 4 oder in der übergeordneten Steuerung erfolgen. Damit kann auch ermittelt werden, ob die Leistungsleitungen 12 überhaupt Strom führen.
In ähnlicher Weise kann die Strommessung erfolgen.
Der Leistungssensor 18 kann zusammen mit einem Temperatursensor an den Leistungsleitungen 12 angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass der Temperatursensor in den Leistungssensor 18 integriert oder separat angeordnet ist.
Das Verriegelungsmodul 40 umfasst mindestens einen Aktor 20 (siehe Fig. 5), eine Verriegelung 8, eine Entriegelung 9 und einen Statusmelder 10. Der Aktor 20 kann beispielsweise ein Schrittmotor sein und ist mit der Steuereinrichtung 4 verbunden. In diesem Beispiel ist die Steuereinrichtung 4 in dem Verriegelungsmodul 40 angeordnet, sie kann aber auch eine andere Position haben. Die Verriegelung 8, die Entriegelung 9 und der Statusmelder 10 sind in einem Verriegelungssteckeinsatz 11 angeordnet, der in dem Gehäuse 2a der Buchse 2 befestigt ist.
Ein Gegenstück zu dem Verriegelungssteckeinsatz 11 ist als ein Verriegelungssteckeinsatz 11 a in dem Stecker 3 angeordnet und befestigt. Der Verriegelungssteckeinsatz 11 a weist ein Gegenstück Verriegelung 8a, ein Gegenstück Entriegelung 9a und ein Gegenstück Statusmelder 10a auf. Die Verriegelungen 8, 8a, Entriegelungen 9, 9a und die Statusmelder 10, 10a sind in Fig. 1 nur schematisch dargestellt und können unterschiedlich ausgeführt sein.
Der Aktor 20 betätigt in diesem Beispiel die mechanische Verriegelung 8, z.B. ein Stift oder ein Drehzapfen oder ähnliches. So kann zum Beispiel die Verriegelung 8 einen Stift aufweisen, der nach außen verstellt wird und das Gegenstück Verriegelung 8a in dem Stecker 3 für einen Verriegelungsvorgang betätigt. Die Entriegelung 9 kann ebenfalls einen Stift aufweisen, der die Entriegelung 9a aktiviert. Der Statusmelder 10 signalisiert, z.B. auf mechanische Weise durch Betätigung eines Endschalters, wenn der Stecker 3 mit der Buchse 2 verriegelt oder entriegelt ist.
Das Verriegelungsmodul 40 wird unten noch weiter im Zusammenhang mit Fig. 12 und 13 beschrieben. Das Datenmodul 50 umfasst mindestens ein Datenkabel 13 mit mindestens einer elektrisch leitenden Ader. In dem gezeigten Beispiel weist das Datenkabel 13 mehrere Adem auf, deren Enden jeweils mit einem Datenverbinder 17 einer Datensteckverbinderbuchse elektrisch leitend verbunden sind. Die Datenverbinder 17 mit der Datensteckverbinderbuchse sind in einem zugehörigen Datensteckeinsatz 16 angeordnet und befestigt.
Ein Gegenstück zu dem Datensteckeinsatz 16 ist als ein Datensteckeinsatz 16a mit Datenverbindern 17a eines Datensteckverbinders in dem Stecker 3 angeordnet und befestigt. Die Datenverbinder 17a ihrerseits sind an jeweilige Enden von Datenleitungen 13a des Steckers 3 elektrisch leitend angeschlossen.
Dem Datenmodul 50 ist hier ähnlich wie dem Leistungsmodul 30 ein Datensensor 19 zugeordnet, welcher Spannung und/oder Stromwerte der Adern des Datenkabels 13 ermittelt. Der Datensensor 19 kann in einer Variante auch mit Daten führenden Adern des Datenkabels 13 verbunden sein und Datensignale erfassen. Diese Datensignale werden der Steuereinrichtung 4 zugeleitet, die sie auswertet oder/und an die übergeordnete Steuerung weiterleitet.
Das/die zusätzliche/zusätzlichen Modul/Module 60 umfassen in ähnlicher Weise wie die anderen Module z.B. Signalkabel, Medienleitungen, sowie passende Verbinder einer oder mehrerer Steckverbinderbuchsen und sind jeweils in einem zugehörigen Steckeinsatz angeordnet und befestigt. Die Gegenstücke dazu sind ebenfalls wie in ähnlicher Weise oben beschrieben.
Das/die zusätzliche/zusätzlichen Modul/Module 60 weisen z.B. ein Signalmodul zur Übertragung von verschiedenen speziellen Signalen auf, welche nicht über das Datenmodul 50 übertragen werden können/sollen. Außerdem kann ein zusätzliches Modul zur Übertragung von Medien, wie beispielsweise Druckluft, Hydraulik, vorgesehen sein. Dazu sind entsprechende Leitungen und Steckverbindungen, wie z.B. Pneumatik-ZHydraulikverbinder, angeordnet.
Dem/den zusätzlichen Modul/Modulen 60 ist hier ein passender Sensor 61 zugeordnet. So kann ein Drucksensor für die Medien vorgesehen sein.
Die Sensoren 18, 19, 61 und weitere sind beispielsweise mittels elektrischer Leitungen mit der Steuereinrichtung verbunden. Hierzu sind diese Leitungen beispielsweise für eine vereinfachte Montage an Steckverbindungen der Steuereinrichtung 4 angeschlossen. Fig. 2 zeigt eine schematische Blockdarstellungen eines Systemaufbaus 100 mit der erfindungsgemäßen intelligenten modularen Steckverbindung 1 nach Fig. 1.
In Fig. 3 ist eine schematische Blockdarstellungen eines weiteren Systemaufbaus 100’ mit der erfindungsgemäßen intelligenten modularen Steckverbindung 1 nach Fig. 1 gezeigt.
Die Buchse 2 der Steckverbindung 1 ist über einen Steuerblock 102 mit der übergeordneten Steuerung, die hier als IES-Block 101 des IES (Infrastructure Execution System) schematisch angedeutet ist. Der IES-Block 101 verwaltet die Schnittstellen und deren Bedienung.
Eine Schnittstelle besteht aus einer Buchse 2 und einem Stecker 3. Ebenso können zwei Buchsen 2 über ein so genanntes Patchkabel verbunden werden. Dieses Patchkabel weist an beiden Enden einen Stecker 3 auf, der in eine jeweilige Buchse 2 eingesteckt ist.
Dieser Aufbau lässt die Variabilität zu, dass das IES einen oder mehrere Steuereinblöcke von intelligenten elektrischen Steckverbindern (Smart Electrical Connector (SmEC)-Controller über eine Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) server-client Beziehung steuert.
Der Steuerblock 102 ist durch die Steuereinrichtung 4 gebildet und hier Bestandteil der Buchse 2 wie in Fig. 1 gezeigt. Der Steuerblock 102 kann aber auch Bestandteil des Steckers 3, 3’ sein. Es ist auch denkbar, dass der Steuerblock 102 auf die Buchse 2 und den Stecker 3, 3’ aufgeteilt ist.
Die Steuereinrichtung 4 beinhaltet folgende Komponenten
- Die Erkennungseinrichtung mit einer NFC-Einheit (Near Field Communication) oder/und mit einer RFID-Einheit (Radio-Frequency Identification). In dem gezeigten Beispiel ist eine RFID-Einheit angegeben: RFID-Leser 6.
- Stepper Driver (Aktor Steuerung)
- Sensor Input/Output Modul für weitere Sensorinformationen zur Steuerung
- Datenbank für AAS (Asset Administration Shell, d.h. Verwaltungsschale)
- Software-Protokoll Server als Kommunikation zum IES-Block 101 (Software Protokoll Client) Der in Fig. 3 gezeigte Systemaufbau 100’ weist einen integrierten IES-Block 101 auf, der hier mit zwei (oder mehreren) Schnittstellen mit den Steuerblöcken 102, 102’ von zwei oder mehreren Steckverbindungen 1 , T kommuniziert.
Diese Systemstruktur lässt zu, dass sich neue Steckverbinder 1 , T durch einen automatisierten Anlernprozess einfach in das IES integrieren lassen.
Fig. 4 - 6 zeigen schematische Perspektivansichten der Buchse 2 der erfindungsgemäßen intelligenten modularen Steckverbindung 1 nach Fig. 1. In Fig. 7 ist eine schematische Ansicht einer Anschlussseite 2b der Buchse 2 nach Fig. 4 - 6 dargestellt.
Die Buchse 2 ist in diesem Beispiel mit dem Leistungsmodul 30 und mit dem Verriegelungsmodul 40 bestückt. Der Leistungssteckeinsatz 14 und der Verriegelungssteckeinsatz 11 sind in dem rahmenartigen Gehäuse 2a der Buchse 3 mittels Klipsvorrichtungen befestigt.
In Fig. 4 - 6 ist das Gehäuse 4a des Verriegelungsmoduls 40 mit einer Steuersteckverbindung 5a gezeigt, an welcher die Steuerleitung 5 angeschlossen ist. Die Steuereinrichtung 4 ist zusammen mit ihren oben genannten Komponenten in dem Gehäuse 4a angeordnet.
Fig. 6 zeigt die Steckseite 2c der Buchse 3 mit den hervorstehenden Steckeinsätzen 11 und 14. Der Steckeinsatz 11 des Verriegelungsmoduls 40 weist einen Abtrieb 20a auf, der mit einem Betätiger 21 (siehe Fig. 12) korrespondiert.
Zudem ist die Buchse 2 an ihren kurzen Seiten mit Kodierelementen 22, 23, 24 versehen. Die Kodierelemente 22 sind als Halterungen mit einer jeweiligen Aufnahme 24 ausgebildet. Auf einer Seite ist die Aufnahme 24 des einen Kodierelementes 22 leer, auf der anderen Seite ist ein Kodierelement 23 in Form eines von der Steckseite 2c der Buchse 2 hervorstehenden Stiftes eingesetzt. Korrespondierende Kodierelemente (nicht gezeigt) sind gegenüberliegend in dem Stecker 3 vorgesehen. Auf diese Weise wird ein seitenverkehrtes Zusammenstecken von Stecker 3 und Buchse 2 verhindert.
In Fig. 7 sind die Messleitungen 18a des Leistungssensors 18 dargestellt. Sie sind wie oben beschrieben an die Leistungsverbinder 15 angeschlossen. Hier sind zwei Messleitungen 18a gezeigt, von denen jeweils eine mit einem Leistungsverbinder 15 in dem Leistungssteckeinsatz 14 verbunden ist. Fig. 8 - 10 zeigen schematische Perspektivansichten einer Variante der Buchse 2 der erfindungsgemäßen intelligenten modularen Steckverbindung 1 nach Fig. 1. In Fig. 11 ist eine schematische Ansicht einer Anschlussseite 2b der Variante der Buchse 2 nach Fig. 8 - 10 dargestellt.
In dieser Variante ist zusätzlich zu dem Leistungsmodul 30 und dem Verriegelungsmodul 40 wie in Fig. 4 - 7 beschrieben das Datenmodul 50 mit dem zugehörigen Datensteckeinsatz 16 in der Buchse 2 befestigt. Die Buchse 2 kann hierzu ein größeres Gehäuse 2a aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die Buchse 2 eine Einheitsgröße für alle Module aufweist und die nicht benutzten Steckplätze fehlender Module durch einen Leersteckeinsatz verschlossen sind.
Der Datensteckeinsatz 16 ist auf seiner Anschlussseite mit einer Datenbuchse 13c ausgerüstet (Fig. 11 ), welche mit dem Datenverbinder 17 (Fig. 10) verbunden ist.
Das Datenkabel 13 ist mit einem Datenstecker 13b in die Datenbuchse 13c des Datensteckeinsatzes 16 eingesteckt. Es ist auch möglich, dass das Datenkabel 13 ohne Datenstecker 13b direkt in dem Datensteckeinsatz 16 an dem Datenverbinder 17 angeschlossen ist.
Fig. 12 stellt eine schematische Perspektivansicht des Verriegelungsmoduls 40 der erfindungsgemäßen intelligenten modularen Steckverbindung 1 nach Fig. 1 in einem getrennten Zustand dar. Fig. 13 zeigt das Verriegelungsmodul in einem zusammengesteckten Zustand.
Das Gehäuse 4a des Verriegelungsmoduls 40 ist hier auf dem Verriegelungseinsatz 11 angeordnet. Der Aktor 20 ist auch auf dem Verriegelungseinsatz 11 in einer Eckaussparung 4b des Gehäuses 4a befestigt. Innerhalb des Gehäuses 4a ist die Steuereinrichtung 4 mit ihren oben angegebenen Komponenten angeordnet.
Der Aktor 20 wirkt mit dem Abtrieb 20a zusammen, welcher an der Steckseite des Verriegelungseinsatzes 11 hervorsteht. Der Abtrieb 20a ist in einer Eckaussparung 4c im Endbereich des Verriegelungseinsatzes 11 angeordnet.
Die RFID-Antenne 7 ist im Endbereich des Verriegelungseinsatzes 11 (hier nicht sichtbar) angebracht. Das gegenüberliegende RFID-Element 7a, welches mit der RFID-Antenne 7 im zusammengesteckten Zustand des Verriegelungsmoduls 40 kommuniziert, ist in dem steckerseitigen Verriegelungseinsatz 11a eingefügt. Auf dem steckerseitigen Verriegelungseinsatz 11 a ist ein Betätigungsabschnitt 4d angeformt, welcher den Betätiger 21 mit einem nicht gezeigten Verriegelungs- /Entriegelungsmechanismus aufweist.
Der Vemegelungs-ZEntriegelungsmechanismus kann z.B. durch ein Ver sten von Abtrieb 20a und Betätiger 21 erfolgen. Natürlich sind auch andere Ausführungen, beispielsweise mit Hakenelementen, denkbar, die ein Auseinanderziehen von Stecker 3 und Buchse 2 verhindern.
In dem zusammengesteckten Zustand ist der Betätigungsabschnitt 4d, welcher in seiner Form mit der Eckaussparung 4c im Endbereich des Verriegelungseinsatzes 11 korrespondiert, in dieser Eckaussparung 4c aufgenommen. Der Betätiger 21 und der Abtrieb 20a sind miteinander gekoppelt. Diese Kopplung kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass der Betätiger 21 mit einem Endabschnitt in einer Ausnehmung des Abtriebs 20a aufgenommen ist.
Die Steckverbindung 1 kann an der Buchse 2 oder/und an dem Stecker 3 ein oder mehrere Bedienelemente zur Einleitung einer Koppel- oder Entkopplungssequenz (manueller Taster) für die Steckverbindung 1 aufweisen. Ein solches Bedienelement bzw. Bedienelemente kann sich auch an einem Schaltschrank befinden. Dem Bedienelemente bzw. den Bedienelementen können auch geeignete Anzeigen für den Zustand der bedienten Funktionen zugeordnet sein.
Die Erfindung ist durch die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht eingeschränkt, sondern im Rahmen der Ansprüche modifizierbar.
Bezugszeichenliste
Steckverbindung 1 , 1’ Buchse 2, 2’ Gehäuse 2a Anschlussseite 2b Steckseite 2c Stecker 3, 3’ Gehäuse 3a Steuereinrichtung 4 Gehäuse 4a Eckaussparung 4b, 4c Betätigungsabschnitt 4d Steuerleitung 5 Steuersteckverbindung 5a RFID-Leser 6 RFID-Antenne 7 RFID-Element 7a Verriegelung 8, 8a Entriegelung 9, 9a Statusmelder 10, 10a Verriegelungseinsatz 11 , 11a Leistungsleitung 12, 12a Datenkabel 13, 13a Datenstecker 13b Datenbuchse 13c
Leistungssteckeinsatz 14, 14a Leistungsverbinder 15, 15a Datensteckeinsatz 16, 16a Datenverbinder 17, 17a Leistungssensor 18 Messleitung 18a Datensensor 19 Aktor 20 Abtrieb 20a Betätiger 21 Kodierelement 22, 23 Aufnahme 24 Leistungsmodul 30
Verriegelungsmodul 40
Datenmodul 50
Modul 60 Sensor 61
Systemaufbau 100, 100’
IES-Block 101
Steuerblock 102, 102’

Claims

Ansprüche
1. Intelligente modulare Steckverbindung (1 ), aufweisend eine Buchse (2) und einen Stecker (3) mit Leistungsverbindern (15, 15a) und/oder Datenverbindern (17, 17a) und einen Verriegelungsmechanismus, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung (1 ) mindestens eine Steuereinrichtung (4) aufweist.
2. Steckverbindung (1 ) nach Anspruch 1 , weiterhin aufweisend Signalverbinder und/oder Medienverbinder, wie beispielsweise Pneumatikverbinder.
3. Steckverbindung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) derart ausgebildet ist, dass sie mit einer übergeordneten Steuerung oder mit einem IES-Block (101 ) und/oder einem Steuerblock (102) kommuniziert.
4. Steckverbindung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsverbinder (15, 15a) und/oder Datenverbinder (17, 17a) und der Verriegelungsmechanismus Bauteile eines modularen Aufbaus sind, welcher mindestens ein Leistungsmodul (30), mindestens ein Datenmodul (50) und ein Verriegelungsmodul (40) umfasst.
5. Steckverbindung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Leistungsmodul (30) mit einem jeweiligen Leistungssteckeinsatz (14, 14a) jeweils in der Buchse (2) und in dem Stecker (3), das mindestens eine Datenmodul (50) einen jeweiligen Datensteckeinsatz (16, 16a) jeweils in der Buchse (2) und in dem Stecker (3), und das Verriegelungsmodul (40) einen jeweiligen Verriegelungssteckeinsatz (11 , 11 a) jeweils in der Buchse (2) und in dem Stecker (3) angeordnet sind.
6. Steckverbindung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) in der Buchse (2) oder in dem Stecker (3) oder zu einem Teil in der Buchse (2) und zu einem anderen Teil in dem Stecker (3), oder außerhalb der Steckverbindung (1 ) angeordnet ist.
7. Steckverbindung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) in dem Verriegelungsmodul (40) in der Buchse (2) angeordnet ist. Steckverbindung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung (1 ) mindestens einen Leistungssensor (18) aufweist, der dem Leistungsmodul (30) zugeordnet und mit der Steuereinrichtung (4) verbunden ist. Steckverbindung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung (1 ) mindestens einen Datensensor (19) aufweist, der dem Datenmodul (50) zugeordnet und mit der Steuereinrichtung (4) verbunden ist. Steckverbindung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung (1 ) mindestens einen Sensor (61 ) aufweist, der als ein Drucksensor einem Medienmodul zugeordnet und mit der Steuereinrichtung (4) verbunden ist. Steckverbindung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung (1 ) mindestens einen Temperatursensor aufweist, der mit der Steuereinrichtung (4) verbunden ist. Steckverbindung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung (1 ) eine Erkennungseinrichtung aufweist. Steckverbindung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinrichtung eine RFID oder NFC-Einheit ist. Steckverbindung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (2) und/oder der Stecker (3) jeweils ein rahmenartiges Gehäuse (2a, 3a) aufweisen, in welchem die Steckeinsätze (11 , 11 a; 14, 14a; 16, 16a) positioniert und befestigt sind. Steckverbindung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbindung (1 ) mindestens ein Bedienelement zur Einleitung einer Koppel- oder Entkopplungssequenz der Steckverbindung (1 ) aufweist. Steckverbindung (1 ) nach Anspruch 15, dass das mindestens eine Bedienelement ein manuell betätigbares Schaltelement oder Tastelement ist.
17. Steckverbindung (1 ) nach Anspruch 15 oder 16, dass dem mindestens einen Bedienelement mindestens ein Anzeigeelement zugeordnet ist. 18. Steckverbindung (1 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dass das mindestens eine Bedienelement an der Buchse (2) oder/und an dem Stecker (3) der Steckverbindung (1 ) oder/und außerhalb der Steckverbindung (1 ) angeordnet ist.
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