DE202010006065U1

DE202010006065U1 - Sequentiell aufbaubarer, modularer Bus für ein Automatisierungs- oder Steuerungssystem

Info

Publication number: DE202010006065U1
Application number: DE201020006065
Authority: DE
Original assignee: VIPA GES fur VISUALISIERUNG U; Vipa Gesellschaft fur Visualisierung und Prozessautomatisierung Mbh
Current assignee: VIPA GESELLSCHAFT FUER VISUALISIERUNG UND PROZ, DE
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2020-04-24

Abstract

Sequentiell aufbaubarer, modularer Bus für ein Automatisierungs- oder Steuerungssystem zur Steuerung und Energieversorgung von mit dem Bussystem koppelbaren feldseitigen Hardwarekomponenten mit:
• mindestens zwei auf einer Trag- oder Halteschiene gehaltenen, Busklemmen (TM), welche in einem im wesentlichen L-förmigen Isolierstoffgehäuse (G) mit treppenförmiger, abgestufter Ausformung (GA) eine Verdrahtungsebene/Anschlussebene enthalten, wobei die Busklemme (TM) mit einer benachbarten Busklemme (TM) als Rückwandbus kontaktierbar ist, indem die Busklemme (TM) in der Seitenfläche kontaktierbare Buskontakte (BKE; BKH; BKD) zur Energieversorgung und Hilfsenergieversorgung sowie einen Datenbus zur Übertragung von Daten und/oder Steuersignalen aufweist,
• einer auf jeder Busklemme (TM), die als Baugruppenträger wirkt, aufsteckbare Baugruppe (EM) mit einer oder mehreren Leiterplatten (LP) zur direkten Kontaktierung des Rückwandbus und zur Kontaktierung der über Kontaktmittel (KM) und Verbindungsleitungen (VL) der Busklemme (TM) als stehende Verdrahtung angeschlossenen feldseitigen Hardwarekomponenten, wobei die Busklemme (TM) Führungen (L) für korrespondierende Mittel (N) am Gehäuse (GEM) der Baugruppe (EM) aufweist,...

Description

Stand der Technik
Die Neuerung betrifft einen sequentiell aufbaubaren, modularen Bus für ein Automatisierungssystem zur Steuerung und Energieversorgung von mit dem Bussystem koppelbaren feldseitigen Hardwarekomponenten, gemäß Schutzanspruch 1.
Buskontaktiervorrichtungen der eingangs genannten Art sind in der Steuerungs- und Automatisierungstechnik bekannt. Wegen der Flexibilität bei Funktion, Montage und Erweiterung ist die Modultechnik vorteilhaft und hat sich vor allem im Bereich der speicherprogrammierbaren Steuerungen durchgesetzt. Während früher zur elektrischen Verbindung benachbarter Baugruppen Flachbandkabel eingesetzt wurden, werden bei modernen Bussystemen überwiegend Busleiterplatten eingesetzt. Eine selbstaufbauende Buskontaktiervorrichtung für ein modulares Baugruppensystem ist aus der DE 198 05 065 A1 der Anmelderin bekannt. Um ein reibungsloses Aufschwenken der Baugruppe mit Busstecker auf die Tragschiene und dabei eine störungsfreie Kontaktierung von benachbarten Baugruppen und der in den Baugruppen befindlichen Funktionsleiterplatten zu gewährleisten, ist die Buskontaktiervorrichtung als selbstaufbauendes Bussystem ausgestaltet, indem im Feldraster angeordnete Busplatinen mit jeweils einer Leiterplatte und auf verschiedenen Seiten einer Leiterplatte stehenden Busanschlusskontakten vorgesehen sind und das Leiterbahnmuster der Leiterplatte parallel zueinander verlaufende Leiterbahnen aufweist, welche jeweils am Busanschlusskontakt enden. Weiterhin weist die Leiterplatte nur auf einer Seite Busanschlusskontakte auf, wobei ein oder mehrere Isolierkörper in Feldrastergröße die Busplatine und Busanschlusskontakte umgreifen und zusammen mit dieser in der Tragschiene einfügbar sind. Vorzugsweise sind passende Gegenstecker vorgesehen, welche bei der Kontaktierung mit diesen den Isolierkörper im Randbereich durchgreifen und gleichzeitig als Busplatinenverdrahtung dienen und wobei der Isolierkörper zur Positionierung der Baugruppe Führungsmittel aufweist. Schließlich ist auf der Gehäuse-Rückseite der Baugruppe eine Halterung angeordnet, welche die Baugruppe an der Tragschiene schwenkbar lagert und wobei der Gegenstecker dabei zwei nebeneinander liegende Isolierkörper an der Stoßstelle jeweils hälftig durchgreift. Dabei dient der Gegenstecker der Baugruppe sowohl zur Buskontaktierung als auch zur Busplatinenverdrahtung. Die Buskontaktiervorrichtung gemäß der DE 198 05 065 A1 der Anmelderin weist den Vorteil auf, dass auch eine sichere und störungsfreie Kontaktierung des modularen Baugruppensystems in durch Schmutz und Feuchtigkeit strapazierter Industrieumgebung, insbesondere im Bereich der Steuerungs- und Automatisierungssysteme, gegeben ist. Weiterhin ist von Vorteil, dass – durch das Vorsehen mindestens einer Leiterbahn auf der Busplatine – die Anzahl der aneinanderreihbaren Baugruppen nicht von der gegen Spannungsabfall empfindlichsten Leitung bestimmt wird und dass auch Leerfelder auftreten können. Dadurch, dass die gesamte Breite der Tragschiene für die physikalische Ausgestaltung der elektrischen Verbindung zur Verfügung steht, können entsprechende große Kontaktflächen und damit geringe Übergangswiderstände sowie auch ein hohe elektrische Strombelastbarkeit realisiert werden. Schließlich ist von Vorteil, dass auf überraschend einfache Art und Weise eine einfache und schnelle Montage und Erweiterung des Systems ermöglicht wird, die kostengünstig und flexibel ist und ohne dass die Montagearbeit spezielle Handfertigkeiten oder Vorkenntnisse oder Werkzeuge zur Sicherung der aufgeschwenkten Baugruppen erfordert.
Um eine Buskontaktiervorrichtung für ein modulares Baugruppensystem zu schaffen, die ein reibungsloses Aufschwenken der Baugruppe mit Busstecker auf die Tragschiene und dabei eine störungsfreie Kontaktierung von benachbarten Baugruppen und der in den Baugruppen befindlichen Leiterplatten gewährleistet, ist aus dem DE 20 2009 003 712 U1 der Anmelderin eine selbstaufbauende Rückwandbuskontaktiervorrichtung für ein aus mehreren Baugruppen bestehendes, modulares Baugruppensystem bekannt, welche

– ein aus zwei Halbschalen bestehendes Gehäuse mit einer lösbaren Verbindung zum Zusammenhalt der Halbschalen,
– mindestens zwei im Innern der Halbschalen angeordnete Mittel zur Führung und Halterung von jeweils einer Leiterplatte,
– einen auf jeder der Leiterplatten angeordneten, einreihigen, 90°-gewinkelten Steckanschluss, welcher durch eine Aussparung an der Rückwand der unteren Halbschale ragt,
– einen Gegensteckanschlüsse aufweisenden und in einem der einreihigen Steckanschlüsse einzusteckenden Busstecker,
– einen die Leiterplatten elektrisch miteinander verbindenden Busverbinder und
– ein an der Rückwand der unteren Halbschale angebrachtes Schwenklager, welches in eine Halteschiene eingreift und das Gehäuse in der Halteschiene führt, so dass beim Aufschwenken des Gehäuses der Steckanschluss mit dem Gegensteckanschlüsse aufweisenden Busstecker des auf der Halteschiene benachbarten Gehäuses elektrisch in Verbindung bringbar ist, aufweist.

Weiterhin weist das modulare Baugruppensystem gemäß dem DE 20 2009 003 712 U1 der Anmelderin auf:

– ein aus zwei Halbschalen bestehendes Gehäuse mit einer lösbaren Verbindung zum Zusammenhalt der Halbschalen,
– mindestens zwei im Innern der Halbschalen angeordnete Mittel zur Führung und Halterung von jeweils einer Leiterplatte,
– einen auf jeder der Leiterplatten angeordneten, einreihigen, 90°gewinkelten Steckanschluss, welcher durch eine Aussparung an der Rückwand der unteren Halbschale ragt,
– einen die Leiterplatten elektrisch miteinander verbindenden Busverbinder und
– ein an der Rückwand der unteren Halbschale angebrachtes Schwenklager, welches in eine Halteschiene eingreift und das Gehäuse in der Halteschiene führt,

DE 20 2009 003 712 U1

Weiterhin ist die Verbindung benachbarter elektronischer Geräte, die auf eine gemeinsame Hut- oder Tragschiene aufgeschoben oder aufgesteckt sind, über sogenannte Reihenklemmen bekannt und gebräuchlich. Beispielsweise ist aus der DE 44 02 001 B4 ein Ein-/Ausgabe-Modul für einen Datenbus bekannt, das einen Anschluss an den als Sammelschiene ausgestalteten Datenbus und an die Stromversorgungsleitungen auf einfache Weise ohne zusätzliche Verbindungsleitungen ermöglicht. Das Ein-/Ausgabe-Modul ist benachbart zu anderen Ein-/Ausgabe-Modulen auf einer Tragschiene aufrastbar. Weiterhin ist ein Basisklemmenblock vorgesehen, der in einem Isolierstoffgehäuse mehrere vertikal zur Tragschiene ausgerichtete, parallel zueinander angeordnete Anschlussebenen mit Klemmstellen für die parallele Verdrahtung von jeweils einem Busteilnehmer pro Anschlussebene in der Art einer Reihenklemme aufweist. Auf dem Basisklemmenblock ist eine E/A-Elektronik aufsteckbar, welche die Busteilnehmer mit einem seriellen, durch den Basisklemmenblock hindurchgeschleiften Datenbus verbindet, indem die Datenbusleitungen und die Stromversorgungsleitungen der Sammelschiene für die E/A-Elektronik durch den Basisklemmenblock hindurchgeschleift sind. Das Isolierstoffgehäuse des Basisklemmenblocks weist einen flachen Bodenkanal auf, der sich parallel zur Tragschiene über die ganze Breite des Basisklemmenblocks erstreckt. Weiterhin ist in dem Bodenkanal eine sich über die ganze Breite des Basisklemmenblocks erstreckende Leiterplatte, die Leiterbahnen für die Datenbusleitungen und für die Stromversorgungsleitungen der E/A-Elektronik aufweist, derart angeordnet, dass die E/A-Elektronik zum Kontaktieren der Leiterbahnen von oben auf die Leiterplatte aufsteckbar ist. Schließlich sind die Leiterbahnen der Leiterplatten von benachbart auf der Tragschiene aufgerasteten Ein-/Ausgabe-Modulen mittels eines U-förmigen Elektronikbrückers miteinander verbindbar, der von oben auf die Endstücke benachbarter Leiterplatten aufsteckbar ist. In weiterer Ausgestaltung ist für jede Anschlussebene oder für einzelne Gruppen von Anschlussebenen eines Basisklemmenblocks jeweils ein eigener Ein-/Ausgabe-Elektronikbaustein auf die im Bodenkanal angeordnete Leiterplatte aufsteckbar, d. h. 1-zu-1-Zuordnung (Basisklemmenblock, Ein-/Ausgabe-Elektronikbaustein, Busteilnehmer, beispielsweise Sensor) pro Anschlussebene. Dadurch lassen sich auf einer handelsüblichen Tragschiene eine große Anzahl von Anschlussebenen für die Teilnehmer eines Datenbusses installieren, wobei für jede einzelne Anschlussebene oder für bestimmte Gruppen von Anschlussebenen auch noch nachträglich, d. h. nach der Aufrastung des Basisklemmenblocks die jeweilige Gattung der Anschlussebene (Eingang oder Ausgang) durch Aufstecken eines entsprechenden E/A-Elektronikbausteins definiert werden kann. Für den Anwender ist die einfache Verwendung eines Elektronikbrückers zum Durchverbinden der Datenbusleitungen und der Stromversorgungsleitungen für die E/A-Elektronik von Vorteil. Die Elektronikbrücker sind lediglich in die in dem Bodenkanal angeordneten Leiterplatten einzustecken was dem Anwender bereits in Form von anderen Querbrückungssystem bekannt ist.
Ein ähnlich ausgestaltetes Ein-/Ausgabe-Modul für einen Datenbus ist aus der DE 44 02 002 B4 bekannt. Um Ein-/Ausgabe-Module für einen Datenbus zu schaffen, die eine hohe Modularität haben und die in einfachster Weise auf eine handelsübliche und unveränderte Tragschiene aufzurasten sind, wobei zugleich beim Aufrastvorgang automatisch die Verbindung zu den Datenbus- und Stromversorgungsleitungen hergestellt sein soll, sind die Ein-/Ausgabe-Modul jeweils in an sich bekannter Weise als separate Einzelreihenklemmen oder zu mehreren in einer Gruppe von Einzelreihenklemmen auf die Tragschiene aufrastbar, wobei jede Einzelreihenklemme, auch der Gruppe, jeweils eine eigene E/A-Elektronik aufweist, die in die Einzelreihenklemme eingebaut oder auf diese aufsteckbar ist; d. h. 1-zu-1-Zuordnung (Einzelreihenklemme, Ein-/Ausgabe-Elektronik, Busteilnehmer, beispielsweise Sensor). Sowohl die Datenbusleitungen als auch die Stromversorgungsleitungen der Sammelschiene für die E/A-Elektronik sind in die Einzelreihenklemme integriert und durch diese hindurchgeschleift, indem jede Einzelreihenklemme und jede Gruppe von Einzelreihenklemmen in ihren Seitenflächen zu den Nachbarklemmen jeweils Druckkontakte aufweisen, derart, dass die Druckkontakte beim Aufrasten der Einzelreihenklemmen oder der Gruppe von Einzelreihenklemmen auf die Tragschiene automatisch einander kontaktieren, so dass die auf die Tragschiene aufgerastete Einzelreihenklemme oder Gruppe von Einzelreihenklemmen zu einem Klemmenbus mit durchgehenden Datenbus- und Stromversorgungsleitungen verbunden sind. Die Leistungsstromversorgung für die an die Klemmstellen der Einzelreihenklemmen angeschlossenen Busteilnehmer erfolgt mittels Leistungsstrombrücker der Sammelschiene, die an den Seitenflächen jeder Einzelreihenklemme oder Gruppe von Einzelreihenklemmen fest angeordnet sind, und die beim Aufsetzen der Einzelreihenklemme oder Gruppe von Einzelreihenklemmen auf die Tragschiene automatisch ineinander greifen derart, dass die Leistungsstrombrücker jeweils aus einem Kontaktmesser und einer federnden Kontaktgabel bestehen, die wechselseitig an den Seitenflächen der Einzelreihenklemme oder Gruppe von Einzelreihenklemmen vorhanden sind und die beim Aufsetzen der Einzelreihenklemme oder Gruppe von Einzelreihenklemmen auf die Tragschiene in Querrichtung ineinander greifen. Insbesondere bilden die Leistungsstrombrücker die Endstücke einer stabförmigen Flachschiene, die als Sammelleitung intern durch die Einzelreihenklemme oder Gruppe von Einzelreihenklemmen hindurchgeführt ist.
Weiterhin ist aus der DE 196 50 988 C2 eine Reihenklemme mit eingebauter oder aufsteckbarer Elektronik bekannt, von denen mehrere mit ihren Seitenflächen benachbart zueinander auf eine Tragschiene aufrastbar sind und die jeweils ein Isolierstoffgehäuse mit einer oberen Sichtfläche aufweisen, über die die Klemmanschlüsse der Reihenklemme zum Anschließen elektrischer Leiter zugänglich sind. Das Isolierstoffgehäuse besitzt eine vordere und eine hintere Stirnfläche, zwischen denen quer zur Längserstreckung der Tragschiene die Klemmentiefe gemessen wird. Um die Reihenklemme auf der Feldseite an den Bedarf der Klemmanschlüsse anpassen zu können, weist die vordere und/oder hintere Stirnfläche des Isolierstoffgehäuses der Reihenklemme eine mechanische Andockvorrichtung für mindestens eine zusätzliche Klemme (sogenannte Andockklemme) auf, die beim mechanischen Andockvorgang automatisch mindestens einen an oder in der Stirnfläche des Isolierstoffgehäuses vorhandenen elektrischen. Stirnkontakt kontaktiert, und der Andock-Stirnkontakt ist über eine klemmeninterne Leitung mit der internen Elektronik der Reihenklemme verbunden. Die Andockvorrichtung kann durch eine oder zwei an der Stirnfläche des Isolierstoffgehäuses angeformte Führungsschienen gebildet sein, in welche die Andockklemme mit einem korrespondierenden Schienenprofil – ausgehend von der oberen Frontfläche der Reihenklemme – einschiebbar ist. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass in die stirnseitigen Andock-Führungsschienen zwei oder mehrere Andockklemmen einschiebbar und in verschiedenen Höhenebenen positionierbar sind. Auch ist es möglich, eine Andockklemme in einem Isolierstoffgehäuse 2-polig mit je einem Stirnkontakt für jeden Pol auszuführen, und die Reihenklemmen in korrespondierender Weise mit zwei Andock-Stirnkontakten in der Stirnfläche des Isolierstoffgehäuses der Reihenklemme auszubilden.
Eine ähnliche Reihenklemme mit seitlichen Brückungskontakten ist aus der DE 196 50 989 C2 bekannt. Um eine Reihenklemme zu schaffen, die als Einzelklemme auf der Feldseite individuell an den Bedarf eines PE- oder N-Leiteranschlusses und/oder eines Schirmleiteranschlusses angepasst werden kann, weist die vordere und/oder hintere Stirnfläche des Isolierstoffgehäuses der Reihenklemme eine mechanische Andockvorrichtung für mindestens eine zusätzliche Klemme (sogenannte Andockklemme) auf, die beim mechanischen Andockvorgang automatisch mindestens einen an oder in der Stirnfläche des Isolierstoffgehäuses vorhandenen elektrischen Stirnkontakt kontaktiert, und der Andock-Stirnkontakt ist mit je einem an oder in den Seitenflächen des Isolierstoffgehäuses der Reihenklemme vorhandenen Brückungskontakt elektrisch verbunden. Hierdurch ist gewährleistet, dass alle Reihenklemmen immer bereits in ihrer Grundausstattung eine elektrische Querverbindung für das Andocken einer Andockklemme bereitstellen, unabhängig davon, ob diese Querverbindung durch alle benachbarten Reihenklemmen hindurch durch Andocken einer einzelnen Andockklemme genutzt wird. Das stirnseitige Andocken zusätzlicher Andockklemmen an Reihenklemmen zeichnet sich dadurch aus, dass dies in Verbindung mit jeder Reihenklemme verwirklicht werden kann, unabhängig davon, ob die Reihenklemme als I/0-Modul für Bussysteme eine interne Elektronik besitzt oder ob es sich um eine traditionelle Reihenklemme ohne Elektronikteil für Standard-Verdrahtungsaufgaben handelt. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass ein Andock-Stirnkontakt an der Stirnfläche des Isolierstoffgehäuses der Reihenklemme zusätzlich mit der Tragschiene der Reihenklemme elektrisch verbunden ist.
Weiterhin ist aus der DE 10 2005 028 735 B4 eine Überwachungs- und Steuerungseinrichtung und Brückenmodul hierfür bekannt, deren Funktionalität auch bei Herausnahme eines Systemmoduls aus einer Folge von Systemmodulen sichergestellt ist. Hierzu ist an dem Ende der Zusammenstellung von Systemmo dulen mindestens ein Brückenmodul gegenüberliegend von einem Feldbuskoppler zur Ankopplung des Systembusses an einen Feldbus und/oder gegenüberliegend von einem Spannungsversorgungsmodul zur Einspeisung der Versorgungsspannung für die angeschlossenen Systemmodule zur redundanten Spannungsversorgung der an das Brückenmodul angrenzenden Systemmodule und/oder zur Bereitstellung des Systembusses für die an das Brückenmodul angrenzenden Systemmodule vorgesehen. Wenn ein Systemmodul aus der Folge von Systemmodulen entfernt wird, während die an den Feldbuskoppler angeschlossenen Systemmodule weiterhin über den Feldbuskoppler an den Systembus angekoppelt sind, werden diese und/oder die an das Spannungsversorgungsmodul angeschlossenen Systemmodule weiterhin über das Spannungsversorgungsmodul mit Spannung versorgt. Bei einer Anordnung von Systemmodulen auf eine Hutschiene, die in üblicher Weise von der linken Seite durch ein Spannungsversorgungsmodul mit einer Versorgungsspannung versorgt werden und mit Hilfe eines Feldbuskoppelmoduls einen gemeinsamen Systembus zur Verfügung gestellt bekommen, wird anstelle der üblichen Abschlussklemme mit Abschlusswiderständen für den Systembus ein Hot-Swap-fähiges Brückenmodul eingesetzt, das die daran angeschlossenen Systemmodule von rechts mit der Versorgungsspannung und/oder dem Systembus versorgt, wenn die Folge durch Herausnehmen eines Systemmoduls unterbrochen wird. Das Brückenmodul hat vorzugsweise eine Überwachungseinheit zur Erkennung des Auftrennens des Systembusses und/oder zur Erkennung des Abklemmens der Versorgungsspannung, wenn ein Systemmodul aus der Folge von Systemmodulen herausgenommen wird. Das Brückenmodul hat ein geregeltes Netzteil mit außen zugänglichen Anschlussklemmen zur Verdrahtung mit einem Spannungsversorgungsanschluss eines anderen Systemmoduls der Überwachungs-Steuerungseinrichtung. Das Brückenmodul wird mit einer fliegenden Leitung mit einer Versorgungsspannung von z. B. 24 V versorgt, die in einem Schaltschrank in der Regel zur Verfügung steht. Mit dem geregelten Netzteil wird diese Spannung auf eine interne Versorgungsspannung von z. B. 5 V oder 3,3 Volt herabgeregelt.
Weiterhin ist aus der EP 0 914 029 B1 ein modulares Automatisierungsgerät und eine Baugruppe eines modularen Automatisierungsgerätes bekannt, bei dem einerseits sowohl die Weiterleitung von Steuersignalen als auch die Weiterleitung von im Vergleich zu den Steuersignalen vergleichsweise hohen Strömen ermöglicht wird und andererseits auch die Nachbarmodule bei hohen Schock- und Rüttelbeanspruchungen sicher kontaktiert werden. Hierzu ist ein modulares Automatisierungsgerät mit anreihbaren, auf einer Tragschiene gehaltenen Basismodulen mit Außenkontakten vorgesehen, wobei das Basismodul mit einem Elektronikmodul kontaktierbar ist, das selbst keine Außenkontakte aufweist, und wobei das Basismodul mit einem benachbarten Basismodul kontaktierbar ist. Das Basismodul weist neben Steuerleitungen auch stromtragfähige Verbindungsleitungen auf, die zur Kontaktierung auf der einen Außenseite des Basismoduls in ersten Kontaktmitteln und auf der gegenüberliegenden Außenseite des Basismoduls in zweiten, zu den ersten Kontaktmitteln korrespondierend ausgebildeten Gegenkontaktmitteln münden. Weiterhin ist in räumlichem Zusammenhang mit den ersten Kontaktmitteln ein Schutzkragen und in räumlichem Zusammenhang mit den Gegenkontaktmitteln eine formschlüssige, korrespondierende Ausdehnung vorgesehen. Dabei handelt es sich um einen feinmodularen Aufbau (erweiterbar in 1 er Schritten), wobei der Aufbau außer den Steuerleitungen auch noch stromtragfähige Verbindungsleitungen (ca. 10 ... 15A) umfasst, und wobei die Steuer- und Verbindungsleitungen mit geringem Durchgangswiderstand weitergegeben werden. Die Rückseite der Basismodule ist im oberen Bereich zum Einhängen des Basismoduls auf die Tragschiene im wesentlichen hakenförmig ausgestaltet und weist daher eine entsprechende Ausnehmung auf. Des weiteren ist ein beweglich gelagerter, insbesondere gefederter Schieber vorgesehen, der zum einen das Basismodul auf der Tragschiene verrastet und zum anderen durch eine Verlängerung, in die ein Haken der Nachbarbaugruppe eingreift, die Nachbarbaugruppe in Steckrichtung sicher verrastet. Die Verlängerung ist entweder mit dem Schieber direkt oder indirekt verbunden, zumindest aber durch diesen betätigbar, d. h. eine Bewegung des Schiebers führt zu einer entsprechenden Bewegung der Verlängerung, wobei diese reicht bis in den Bereich einer Ausnehmung reicht. Die Ausnehmung ist dabei so gestaltet, dass der Haken in der Ausnehmung arretiert ist, wenn der Schieber unter Federdruck an der Tragschiene anliegt. Von Vorteil ist, dass nur ein Schieber für zwei Funktionen (Aufrasten auf der Tragschiene und Arretieren des Modulverbands) zum Einsatz kommt Die Arretierung des Hakens ist lösbar, wenn der Schieber gegen den Federdruck bewegt wird. Beim Trennen der Baugruppen muss der Schieber über einen Schraubendreher aus seiner Endstellung gebracht werden. Hierzu befindet sich im unteren Bereich des Basismodules eine entsprechende Ausprägung, in welche die Klinge des Schraubendrehers zur Betätigung des Schiebers einführbar ist. Ferner ist das Basismodul im Kontaktbereich, der zur Kontaktierung eines Elektronikmoduls vorgesehen ist, derart ausgestaltet, dass das Elektronikmodul ausschließlich seitenrichtig an den Kontaktbereich heranführbar ist. Dazu sind am Basismodul die mit diesem einstückig verbundenen Führungselemente vorgesehen, die mit korrespondierend ausgestalteten Ausnehmungen des Elektronikmoduls zusammenwirken und damit ausschließlich das seitenrichtige Heranführen des Elektronikmoduls an den Kontaktbereich ermöglichen. Die Führungselemente sind dabei derart ausgestaltet, dass das seitenrichtige Heranführen gewährleistet ist, bevor die Kontaktelemente zum elektrisch leitenden Kontaktieren des Elektronikmoduls mit dem Basismodul zum Eingriff kommen.
Schließlich ist aus der DE 100 40 651 A1 ein elektronisches Gerät zum Aufschieben auf eine Tragschiene, mit einem Gehäuse, mit einer in das Gehäuse auch lösbar einsetzbaren Elektronik, und mit Buskontakten zur Daten- und/oder Energieübertragung an benachbarte, auf die Tragschiene aufgeschobene und gleichartig ausgelegte elektronische Geräte, mit entsprechend ausgelegten Busanschlüssen bekannt. Um das elektronisches Gerät derart zu gestalten, dass die Anschlüsse und Kontakte für die Busverbindungen im nicht zusammengesetzten Zustand des Gerätes vor Beschädigungen geschützt sind, und das Gerät gegen ein anderes austauschbar ist, ohne dass benachbarte Geräte von der Tragschiene entfernt werden müssen, sind die Buskontakte relativ zum Gehäuse verschiebbar sind, und die Buskontakte sind über eine Rastvorrichtung derart festlegbar, dass sie in einer Rastposition in die Busanschlüsse im benachbarten Gerät in Kontakt bringbar sind. Zur Festlegung der Kontakte relativ zum Gehäuse ist eine Rastvorrichtung vorhanden, mit der diese zumindest in einer Position derart festlegbar sind, dass sie über die Wandung des Gehäuses seitlich überstehen und, im zusammengesetzten Zustand auf der Tragschiene, in den Anschlüssen des benachbarten Geräts in Eingriff stehen. Dabei ist es freigestellt, ob jeder Buskontakt einzeln verschieb- und rastbar ist, oder ob die Kontakte beispielsweise des Datenbusses gemeinsam verschoben werden. Die Busverbindung zur Energieversorgung der einzelnen Geräte ist im allgemeinen durchgehend verlaufend ausgelegt, um alle Geräte gemeinsam mit Strom zu versorgen. Die Busverbindung zur Datenübertragung ist je nach Anforderung zwischen benachbarten Geräten auch unterbrochen oder getrennt ausführbar, falls die Datenübertragung zwischen benachbarten Geräten nicht gewünscht ist. Eine mögliche Ausgestaltung der Buskontakte sind die dem Fachmann an sich bekannten, ineinandersteckbaren Messer-/Federkontakte. Dabei werden Kontaktleisten in Form flacher, metallischer Messer relativ zum Gehäuse verschoben und in entsprechend geformte Federkontakte am oder im benachbarten Gehäuse in Eingriff gebracht. Die Federn sind derart ausgerichtet, dass ihre Klemmwirkung senkrecht zur Einschubrichtung der Kontaktleisten in sie ausgeübt wird. Um das Verschieben des Schiebeelements relativ zum Gehäuse in eine Rastposition zu erleichtern, sind die Vorsprünge an Gehäuse und/oder Schiebeelement mit angeschrägten Flächen versehen, wobei die Schrägen gegen die Verschieberichtung geneigt sind und beim Verschieben gleitend am gegenüberliegenden Vorsprung anliegen. Zum Entriegeln des Schiebeelements kann der eingerastete Vorsprung mit der Spitze eines Schraubendrehers geringfügig von der Gehäusewandung abgehoben und über den Vorsprung am Gehäuse zurückgeschoben werden. Da das Verbiegen einzelner Kontaktleisten oder sonstige Beschädigungen des Schiebeelements, besonders bei häufigem Aus- und Einbau einzelner Geräte, niemals vollständig zu vermeiden ist, sind die Schiebeelemente vollständig vom Gehäuse lösbar, um sie gegen ein unbeschädigtes austauschen zu können. Dazu wird ein Vorsprung am Schiebeelement über den seitlichen Vorsprung am Gehäuse angehoben und es vollständig aus dem tunnelartigen Durchbruch herausgezogen.
Wie die vorstehende Würdigung des Standes der Technik aufzeigt, sind in der Steuerungs- und Automatisierungstechnik unterschiedlich ausgestaltete Buskontaktiervorrichtungen bekannt. Dabei werden Teilaufgabenstellungen wie beispielsweise bei hohen Schock- und Rüttelbeanspruchungen sicher zu kontaktieren oder die individuelle Anpassung der Einzelklemme auf der Feldseite gelöst. Andererseits ist in der Praxis häufig eine Umkonfiguration oder eine Nachrüstung erforderlich und es fehlt deshalb ein modularer Bus für ein Steuerungs- oder Automatisierungssystem, bei welchem möglichst einfach und ohne Fehlermöglichkeit dem Anwender dies ermöglicht wird. Besonders bedeutsam ist dies, weil die Steuerungs- oder Automatisierungssysteme herstellende Industrie, seit vielen Jahren als äußerst fortschrittliche, entwicklungsfreudige Industrie anzusehen ist, die schnell Verbesserungen und Vereinfachungen aufgreift und in die Tat umsetzt.
Problem
Der Neuerung liegt gegenüber den bekannten modularen Bussystemen, insbesondere auf der Basis von Busklemmen, die Aufgabe zugrunde, diese derart weiterzuentwickeln, dass eine reibungslose Umkonfiguration oder Nachrüstung und dabei eine störungsfreie Kontaktierung von benachbarten Busklemmen und der mit dem Bussystem koppelbaren feldseitigen Hardwarekomponenten gewährleistet ist.
Erfindung
Dieses Problem wird, gemäß Schutzanspruch 1, bei einem sequentiell aufbaubaren, modularen Bus für ein Automatisierungs- oder Steuerungssystem zur Steuerung und Energieversorgung von mit dem Bus koppelbaren feldseitigen Hardwarekomponenten mit

• mindestens zwei auf einer Trag- oder Halteschiene gehaltenen, Busklemmen, welche in einem im wesentlichen L-förmigen Isolierstoffgehäuse mit treppenförmiger, abgestufter Ausformung eine Verdrahtungsebene/Anschlussebene enthalten, wobei die Busklemme mit einer benachbarten Busklemme als Rückwandbus kontaktierbar ist, indem die Busklemme in der Seitenfläche kontaktierbare Buskontakte zur Energieversorgung und Hilfsenergieversorgung sowie einen Datenbus zur Übertragung von Daten und/oder Steuersignalen aufweist,
• einer auf jeder Busklemme; die als Baugruppenträger wirkt, aufsteckbare Baugruppe mit einer oder mehreren Leiterplatten zur direkten Kontaktierung des Rückwandbus und zur Kontaktierung der über Kontaktmittel und Verbindungsleitungen der Busklemme als stehende Verdrahtung angeschlossenen feldseitigen Hardwarekomponenten, wobei die Busklemme Führungen für korrespondierende Mittel am Gehäuse der Baugruppe aufweist,
• so dass durch Austausch der Leiterplatte eine Umkonfiguration des Anschlusses der feldseitigen Hardwarekomponenten erfolgt, gelöst.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Der neuerungsgemäße modulare Bus weist den Vorteil auf, dass dieser auf überraschend einfache Art und Weise eine einfache Erweiterung/Nachrüstung des (Rückwand-)busses einschließlich der Baugruppe oder feldseitiger Hardwarekomponenten (beispielsweise neue Funktionen) ermöglicht, wobei dieser ohne einen an einer Halteschiene vormontierten Rückwandbus auskommt. Weiterhin wird dem Anwender durch Austausch der Leiterplatte bzw. der Baugruppe eine sichere elektrische Verbindung ohne Fehlerquellen bei der Umkonfiguration ermöglicht.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Neuerung weist, gemäß Schutzanspruch 2, die Busklemme zur Energieversorgung und Datenbuskommunikation ein im wesentlichen u-förmiges Busklemmenmodulteil, mit einem in Erstreckungsrichtung geschlitzten Schenkel und mit jeweils zwei einander gegenüberliegenden u-förmigen Kontaktfedern auf und in den Schlitz ist ein an der Rückseite des Gehäuses der Baugruppe herausragender Steckkontaktteil der Leiterplatte einführbar, wobei dessen beidseitige Kontaktflächen von der jeweiligen u-förmigen Kontaktfeder kontaktiert werden.
Diese Ausgestaltung der Neuerung weist den Vorteil auf, dass auf einfache Art und Weise sowohl die elektrische als auch mechanische Verbindung zwischen dem Bus und der Baugruppe gelöst (beispielsweise im Reparaturfall oder Austausch der Leiterplatte durch eine neue Leiterplatte/Baugruppe neuer oder verbesserter Funktionen) oder geschlossen werden kann. Weiterhin ist von Vorteil, dass hohe Stückzahlen mit niedrigen Kosten bei nur einmaligen Kosten für das Werkzeug der Busklemme möglich sind.
In Weiterbildung der Neuerung ist, gemäß Schutzanspruch 4, das Busklemmenmodulteil als Einsatz ausgestaltet ist, welcher in einer Öffnung der Busklemme mittels Rastmittel gehalten wird.
Diese Weiterbildung der Neuerung weist den Vorteil auf, dass im Reparaturfall (abgenutzte Kontakte) der Einsatz einfach (auch ohne Werkzeug) ausgetauscht werden kann. Weiterhin ist von Vorteil, dass auch bei der Umkonfiguration die Konstruktion/mechanische Verbindung d er Busklemme, insbesondere des im wesentlichen L-förmigen Isolierstoffgehäuses mit treppenförmiger, abgestufter Ausformung, insgesamt erhalten bleibt.
Vorzugsweise sind, gemäß Schutzanspruch 9, die Führungen der Busklemme als Leisten ausgestaltet, welche in Nuten des Gehäuses der Baugruppe eingreifen.
Hierdurch wird die Kombination aus Baugruppe und Busklemme, welche als Baugruppenträger wirkt, rüttelsicher zusammengehalten.
Darstellung der Erfindung
Weitere Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Neuerung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmen. In der Zeichnung zeigt:
1 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen modularen Busses mit Busklemme und aufgesteckter Baugruppe,
2 die Busklemme des Busses nach 1 von der Rückseite,
3 im Detail die Busklemme, geöffnet in der rechten Seitenansicht,
4 im Detail die Busklemme, geöffnet in der linken Seitenansicht,
5 im Detail die Baugruppe in perspektivischer Ansicht,
6 die Ausgestaltung nach 1 in Explosionsdarstellung und
7 im Detail eine Ausgestaltung des Versorgungsbuskontakts.
Auch wenn im Folgenden anhand der 1 bis 7 der neuerungsgemäße modulare Bus im Zusammenhang mit einem Automatisierungs- oder Steuerungssystem beschrieben ist, so sind im Rahmen der Erfindung infolge der Modulbauweise einschließlich des Rückwandbusses und der einfachen Möglichkeit besondere Anforderungen, beispielsweise hinsichtlich Flexibilität und Wirtschaftlichkeit für die verschiedenen Systeme/Feldbusse, wie beispielsweise CAN-Bus, Profibus, Modbus, DeviceNet oder Interbus zu erfüllen. Insbesondere ist auch der Einsatz auf dem Gebiet der Telekommunikationstechnik, beispielsweise bei einem Mailbox-System oder bei Multimedia-Anwendungen, d. h. gemeinsame Verwendung verschiedener statischer (Text, Foto, Grafik) und dynamischer (Audio, Animation und Video) Medientypen mit der Möglichkeit der interaktiven Nutzung oder für Steuerungen/Mehrwertdienstleistungen im Bereich Multi Utility, Sicherheitstechnik, Haus- und Gebäudemanagement möglich. Vorzugsweise ist im Rahmen der Neuerung eine Erweiterung bezüglich Real-Time Ethernet zur Datenkommunikation zwischen einzelnen, an der Steuerung eines Prozesses beteiligten Einheiten möglich. Die Kommunikation der Einheiten erfolgt auf dem Feldbus/Ethernet anhand von spezifizierten Protokollen, wobei um der Forderung nach offenen Systemen zur Vernetzung entsprechen zu können, einfache und kostengünstige Kommunikationsmechanismen zur Verfügung gestellt werden, um industrielle Geräte netzwerkfähig zu machen. Diese Forderung besteht beispielsweise im Zusammenhang mit der Kopplung von Antriebskomponenten, wie zwischen Antriebsregelungen, Leistungsteilen und Gebern bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen und Robotern, bei denen eine Mehrzahl interpolierender Achsen synchron betrieben werden müssen. Bei der zunehmenden Vernetzung verschiedenster technischer Systeme wächst deshalb die Forderung nach standardisierten Strukturen in der Industrie. Ein Beispiel hierfür ist der Feldbus nach dem sogenannten Aktuator-Sensor-Interface-Standard, kurz ASI-Standard, welcher im Rahmen der Erfindung zur Steuerung eines ASI-Busabschnitts ausgestaltet werden kann. Dieses Feldbuskonzept ist speziell darauf abgestimmt, binäre Sensoren oder Aktuatoren direkt busfähig zu machen, was mit anderen Feldbussystemen bislang nicht möglich war. Ein Automatisierungssystem besteht aus mit dem Bussystem koppelbaren Hardwarekomponenten, insbesondere Motoren, Sensoren, Aktuatoren u. a – d. h. der Prozessumgebung – die im Zusammenspiel mit einer oder mehreren übergeordneten Steuerungen einen automatischen Produktionsprozess bilden. Der Busmaster übernimmt dabei alle Aufgaben, die für die Abwicklung des Busbetriebes notwendig sind. Er ist in der Regel getrennt von der eigentlichen Steuereinheit zum Steuern der Hardwarekomponenten. Demgemäß werden in der Automatisierungstechnik zur Kommunikation zwischen den einzelnen Geräten verschiedene Schnittstellen mit ihren physikalischen Eigenschaften und Übertragungsprotokolle definiert und in internationale Normen eingebracht oder etablieren sich als Industriestandards. Diese Systeme werden allgemein als Feldbussystem bezeichnet, wobei auch die Ethernet-basierten Technologien dazu zu zählen sind. Bei der neuerungsgemäßen Lösung liegt in Hinblick auf die Kommunikations- und Steuerungsbeziehungen ein einheitliches logisches Netzwerk vor, so dass eine scharfe Trennlinie zwischen der Technik in herkömmlichen Telekommunikationsnetzen und (Computer)-Datennetzen bzw. Geräten der Automatisierungstechnik nicht mehr gezogen werden kann.
1 bis 7 zeigen Ausgestaltungen des neuerungsgemäßen modularen Bus mit Busklemme TM und aufgesteckter Baugruppe EM für ein Automatisierungs- oder Steuerungssystem zur Steuerung und Energieversorgung von mit dem Bussystem koppelbaren feldseitigen Hardwarekomponenten (in der Zeichnung nicht dargestellt). Der Bus wird sequentiell aufgebaut, indem die Busklemmen TM auf einer Trag- oder Halteschiene angebracht werden (in der Zeichnung nicht dargestellt). Die Busklemmen TM enthalten in einem im wesentlichen L-förmigen Isolierstoffgehäuse G mit treppenförmiger, abgestufter Ausformung GA eine Verdrahtungsebene/Anschlussebene, wobei die Busklemme TM mit einer benachbarten Busklemme TM als Rückwandbus kontaktierbar ist. Hierzu weist die Busklemme TM Buskontakte zur Energieversorgung BKE, Buskontakte zur Hilfsenergieversorgung BKH sowie einen Datenbus BKD zur Übertragung von Daten und/oder Steuersignalen auf. Die Busklemmen TM dienen als Baugruppenträger für die jeweils aufsteckbaren Baugruppe EM, welche eine oder mehreren Leiterplatten LP zur direkten Kontaktierung des Rückwandbus und, wie in 3 und 4 dargestellt ist, zur Kontaktierung der über Kontaktmittel KM und Verbindungsleitungen VL der Busklemme TM als stehende Verdrahtung angeschlossenen feldseitigen Hardwarekomponenten. Wie insbesondere die 5 und 6 aufzeigen, weist die Busklemme TM Führungen L für korrespondierende Mittel N am Gehäuse der Baugruppe EM auf. Vorzugsweise sind die Führungen der Busklemme TM als Leisten L ausgestaltet, welche in Nuten N des Gehäuses GEM der Baugruppe EM eingreifen und zusammen einen rüttelsicheren Verbund zwischen Busklemme TM und Baugruppe EM herstellen. Weiterhin weisen die Baugruppen EM zur mechanisch rüttelsicheren Verbindung miteinander an ihren Seitenflächen des Gehäuses GEM korrespondierende Vor- und Rücksprünge V, R auf, die beim Aufsetzen bzw. Aufrasten der Baugruppen EM auf die Busklemme TM ineinandergreifen (siehe 2).
Neuerungsgemäß ist der modulare Bus derart aufgebaut, dass durch Austausch der Leiterplatte LP bzw. Baugruppe EM (siehe 6) eine Umkonfiguration des Anschlusses der feldseitigen Hardwarekomponenten erfolgt. Solche Baugruppen EM können beispielsweise Stromversorgungsmodule, digitale oder analoge Eingabe- oder Ausgabe-Module, Funktionsmodule wie beispielsweise Zähler-Module oder Interface-Module für Feldbusse beispielsweise für CANopen, DeviceNet, Profibus, EtherCAT sein. Demgemäß kann der Anwender im Rahmen seines dezentralen I/O-Systems infolge der konzeptionellen Trennung von Elektronik und Installationsebene und der stehenden Verdrahtung einen Austausch ohne Lösung der Verdrahtung vornehmen. Weiterhin kann infolge der konzeptionellen Trennung zwischen Rückwandbus und Feldbus die Entwicklung, Produktion und Vertrieb einer Baugruppe EM mit austauschbarer Kommunikationsschnittstelle in der Busklemme TM unabhängig von einem speziellen Feldbussystem erfolgen, so dass im Rahmen der Neuerung eine flexible Kommunikations- und Steuerungsstruktur ermöglicht wird. Erweiterungen innerhalb der Feldbusspezifikation oder Implementierungen komplett neuer Feldbussysteme können per Softwareupdate erfolgen und benötigen keine neue Kommunikationsschnittstelle einschließlich bei Ethernet-basierter Technik.
Die Busklemme TM weist zur Energieversorgung und Datenbuskommunikation ein im wesentlichen u-förmiges Busklemmenmodulteil TMT, mit einem in Erstreckungsrichtung geschlitzten Schenkel TSS und mit jeweils zwei einander gegenüberliegenden u-förmigen Kontaktfedern TKF1, TKF2 auf (siehe 6). In den Schlitz ist ein an der Rückseite des Gehäuses GEM der Baugruppe EM herausragender erster Steckkontaktteil SK1 der Leiterplatte LP einführbar (siehe 5), wobei dessen beidseitige Kontaktflächen von der jeweiligen u-förmigen Kontaktfeder TKF1, TKF2 kontaktiert werden. Die u-förmigen Kontaktfeder TKF1, TKF2 ist an einem freien Ende gekröpft ausgestaltet (zur Ausgestaltung eines Druckkontakt) und das andere Ende hintergreift eine Ausnehmung des Busklemmenmodulteil TMT zur Halterung der Kontaktfeder TKF1, TKF2. Vorzugsweise ist das Busklemmenmodulteil TMT als Einsatz ausgestaltet, welcher in einer Öffnung der Busklemme TM mittels Rastmittel (in der Zeichnung nicht dargestellt) gehalten wird. Das Terminalmodul = Busklemme TM weist – im dargestellten Ausführungsbeispiel – einen Einsatz zur Kontaktierung zweier unidirektionaler Datenleitungen mit jeweils zwei Drähten jeweils pro Draht zwei getrennte U-förmige Druckkontakte, d. h. 16 Kontakte insgesamt auf. Dabei ist das Elektronikmodul = Baugruppe EM zwischen die zwei getrennten u-förmigen Druckkontakte (Kontaktfeder TKF1, TKF2) zwischengeschaltet und realisiert mittels seiner Auswerteelektronik und eingangsseitigen/ausgangsseitigen Schaltern eine geschaltete Schieberegisterkette zur Steuerung von mindestens zwei über das Terminalmodul TM angeschlossenen beispielsweise Aktoren, Sensoren, Geräten. Bei der Daisy-Chain-Konfiguration des Bussystems werden Telegramme zu weiter hinten liegenden Ein-/Ausgabe-Modulen EM logisch durch weiter vorne liegende Ein-/Ausgabe-Module EM aktiv durchgeleitet, so dass weiter vorne liegende Bus-Teilnehmer bzw. Ein-/Ausgabe-Module EM in die Datenübertragung zwischen weiter hinten liegenden Bus-Teilnehmern EM involviert sind.
Das Busklemmenmodulteil TMT weist in einer Ausgestaltung T-förmige Versorgungsbuskontakte BKH auf (siehe 6), wobei der Quersteg Q des Versorgungsbuskontakts BKH jeweils seitlich aus einer Öffnung des Gehäuses G der Busklemme BKH herausragt und der Längssteg LS die Leiterplatte LP kontaktiert. In einer weiteren Ausgestaltung ist, gemäß 7, der T-förmige Versorgungsbuskontakt BKH11, BKH22 zweiteilig ausgestaltet, wobei die beiden L-förmigen Teile BKH11, BKH22 am freien Ende eine Kontaktgabel KLP zur Kontaktierung der Leiterplatte LP und am anderen freien Ende einen Messerkontakt MK oder einen Gabelkontakt GK aufweisen. In einer weiteren Ausgestaltung ist der T-förmige Versorgungsbuskontakt BKH einteilig und weist als Quersteg an dem einen Ende ein Messerkontakt MK und an dem anderen Ende nur eine Hälfte des Gabelkontakts auf und ergibt dadurch eine modifizierte Kontaktausführung BKH1 (siehe 1). Der Messerkontakt MK der nächsten Busklemme TM wird beim Verbinden in eine Nut NBK des Isolierstoffgehäuses G eingeschoben und kontaktiert dann den Kontakt BKH1. Eine weitere Ausführungsform unterstützt die Kontaktqualität dadurch, dass im Nutbereich des Kontakts BKH1 eine Erhebung als Gegendruckstelle ausgebildet ist.
Wie in 3 und 4 dargestellt, weist die Busklemme TM in der Ausformung GA jeweils eine Aufnahme für Federzug- oder Schraubklemmen KM als Kontaktmittel zum Anschluss der feldseitigen Hardwarekomponenten auf, wobei in Kanälen TK der Busklemme TM streifenförmige Verbindungsleitungen VL (oder auch Drähte) zwischen Schraubklemme KM und Leiterplatte LP geführt sind.
Die Busklemme TM weist, wie in 2 und 6 dargestellt ist, eine mittels Verriegelungshebel VH betätigbare und die beiden Kröpfungen der Trag- oder Halteschiene umgreifende Haltevorrichtung H1, H2 auf. Durch das beidseitige Umgreifen wird beim Einfügen in den Verbund/Aufsetzen auf die Halte- und Tragschiene ein Verkanten der Busklemmen TM vermieden, gleiches gilt beim Abheben der Busklemme TM durch den Anwender. Die Handhabe HH des Hebels VH ist in seiner Länge kleiner gleich der Tiefe der Busklemme TM, wodurch die aufgesteckte Baugruppe in der Höhe die Oberkante der Busklemme TM überragen kann und somit eine flexible Ausgestaltung der Baugruppen erlaubt. Der Hebel VH ist federbelastet, wobei die Druckfeder VHF über Schieber auf beide Haltevorrichtungen H1, H2 wirkt, und ist in der Offenstellung verrastbar. Dadurch wird eine rüttelsichere Positionierung des Verbundes aus Busklemmen TM und jeweils aufgesteckter Baugruppe EM auf der Halte- oder Tragschiene ermöglicht. Im Falle des Austausches einer Baugruppe EM wird der Hebel VH in der Offenstellung verrastet, so dass ein Teil des Verbundes von der Halte- oder Tragschiene abgehoben oder zum Verschieben die Haltevorrichtung H1, H2 angehoben werden kann. Zur Verbesserung der Rüttelsicherheit ist zusätzlich an einer Seitenwand des Gehäuses GEM der Baugruppe EM ein Rastmittel GR angeordnet, welches beim Einschieben in der Endposition in einer Aussparung der Busklemme TM verrastet (siehe 1, 5 und 6).
Die Leiterplatte LP weist zur Kontaktierung der feldseitigen Hardwarekomponenten im laufenden Betrieb (Hot-Plugging) einen zweiten, den ersten Steckkontaktteil SK1 nacheilenden Steckkontaktteil SK2 auf. Durch das voreilende erste Steckkontaktteil SK1 wird die Stromversorgung und die Ankopplung der Baugruppen EM an den Datenbus über die Buskontakte BKE, BKD sichergestellt, bevor ein entsprechendes Durchschalten zu den feldseitigen Hardwarekomponenten erfolgt (siehe 5 und 6).
Die Baugruppe EM weist mindestens eine Ausnehmung zur Aufnahme eines an der Busklemme TM verrastbaren Codierelements CEE, CET auf (siehe 6). Vorzugsweise ist die mindestens eine Ausnehmung auf der der Busklemme TM zugewandten Rückseite der Baugruppe EM angeordnet, wobei beim ersten Aufstecken auf eine Busklemme TM ein Teil des Codierelements CET auf der Busklemme TM einrastet, welches beim Herausnehmen der Baugruppe EM in der Busklemme TM verbleibt und wobei das dazu passende Gegenstück CEE in der Baugruppe EM verbleibt. Anschließend kann nur ein Elektronikmodul EM gesteckt werden, das über die gleiche Gegenstücke CEE verfügt. Damit wird verhindert, dass im Austauschfall, der Anwender falsche Typen von Elektronikmodulen EM aufsteckt, die nicht zu den angeschlossenen feldseitigen Hardwarekomponenten passen und ggf. zu einer Zerstörung der Elektronikmodule EM oder der Hardwarekomponenten führen könnte.
Vorzugsweise wird dabei nicht jeder Typ von Elektronikmodul EM unterschiedlich codiert, sondern nur Gruppen, so dass z. B. nicht ein digitales Eingangsmodul mit einem digitalen Ausgangsmodul oder analogen Modul vertauscht werden kann.
Mehrere weitere Ausführungsvarianten des Busses (sogenannte Klemmenmodule) werden dadurch gebildet, dass die Baugruppe EM in der Höhe nicht über die Ausformung GA der Busklemme TM hinaussteht und der Rast- und Entriegelungsmechanismus GR sowie die Gehäuserückwand des Baugruppengehäuses GEM fehlen. Die Baugruppe EM wird im Herstellungsprozess einmalig aufgesteckt und ist dann durch den Anwender nicht mehr trennbar. Die Platine oder die Platinen LP in der Baugruppe EM stellen eine feste Verdrahtung zwischen den auf den Seitenflächen kontaktierbaren Buskontakten BKE, BKH, BKD und den über Kontaktmittel KM angeschlossenen feldseitigen Hardwarekomponenten her. Dabei ist es in den einzelnen Ausgestaltungen im Rahmen der Erfindung möglich, dass nicht jeweils alle möglichen Kontakte auch tatsächlich kontaktiert werden. Eine Ausgestaltung stellt zum Beispiel die Hilfsenergieversorgung mehrfach über die Kontaktmittel KM zur Verfügung oder dient zur Kontaktvervielfachung.
Die treppenförmige, abgestufte Ausformung GA weist zur Unterteilung in mehrere Kammern in Erstreckungsrichtung eine Trennwand GT sowie mehrere Stege QS auf, wodurch einerseits die einzelnen Anschlussstellen realisiert werden und andererseits die Stabilität sichergestellt wird.
Der Hauptträger der Busklemme TM ist als Spritzgussteil einstückig ausgebildet, welcher seitliche Abdeckungen trägt. An der Unterseite des die Ausformung GA der Busklemme TM überstehenden Gehäuseteils GÜ der Baugruppe EM Lüftungsöffnungen LÖ angeordnet sind und wobei die Oberseite weitere Lüftungsöffnungen zur Entwärmung der Leiterplatte LP aufgrund des Kamineffektes aufweist (siehe 1 und 5).
Zusammenfassend weist das neuerungsgemäße Konzept folgende Vorteile auf:
Kompakter und platzsparender Aufbau

• Konzeptionelle Trennung von Elektronik und Installationsebene
• Platzsparende, schmale Bauform
• Treppenförmige Verdrahtungsebene
• Einfacher „Zwei Komponenten Aufbau”

Benutzerfreundliches Beschriftungs- und Diagnosekonzept

• Eindeutige Zuordnung und Ablesbarkeit der Kanalzustände.
• Einfache, zeitsparende Installation und Wartung durch auf dem Modul angebrachte Anschlussbelegung.
• Eindeutige, verwechslungsfreie Beschriftung der Kanäle.
• Terminalmodul = Busklemme TM bleibt beim Modulwechsel des Elektronikmoduls = Baugruppe EM bestehen.

Installations- und Wartungsfreundlichkeit

• „Stehende Verdrahtung” ermöglicht Austausch ohne Lösung der Verdrahtung.
• Schiebe-/Steckmechanismus für einfache Handhabung.
• Verpolungssicher ausgelegte Elektronik.
• Kodierung der Elektronikmodule EM verhindert Fehlbestückung.

Hohe Performance

• Schnelles Rückwandbuskonzept von 48 MBit/s.
• Sehr kurze Reaktionszeit bei der Signalverarbeitung von bis zu 20 μs.

Die Neuerung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Neuerung gleichwirkenden Ausführungen. Im Rahmen der Neuerung können die Kommunikationsschnittstellen auch als Funkschnittstelle (beispielsweise Bluetooth, Reichweite ca. 10 m bei 1 mW Sendeleistung, Arbeitsfrequenz bei ca. 2,4 GHz, Übertragungsverfahren FHSS; DECT; ZIGBEE (Funkstandard mit kurzer Reichweite für die Funkvernetzung von Sensoren) oder als Gateway, d. h. als Schnittstelle für Steuerungen/Mehrwertdienstleistungen ausgestaltet werden. Ferner ist die Neuerung bislang auch noch nicht auf die im Schutzanspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Schutzanspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19805065 A1 [0002, 0002]
- DE 202009003712 U1 [0003, 0004, 0004]
- DE 4402001 B4 [0005]
- DE 4402002 B4 [0006]
- DE 19650988 C2 [0007]
- DE 19650989 C2 [0008]
- DE 102005028735 B4 [0009]
- EP 0914029 B1 [0010]
- DE 10040651 A1 [0011]

Claims

Sequentiell aufbaubarer, modularer Bus für ein Automatisierungs- oder Steuerungssystem zur Steuerung und Energieversorgung von mit dem Bussystem koppelbaren feldseitigen Hardwarekomponenten mit: • mindestens zwei auf einer Trag- oder Halteschiene gehaltenen, Busklemmen (TM), welche in einem im wesentlichen L-förmigen Isolierstoffgehäuse (G) mit treppenförmiger, abgestufter Ausformung (GA) eine Verdrahtungsebene/Anschlussebene enthalten, wobei die Busklemme (TM) mit einer benachbarten Busklemme (TM) als Rückwandbus kontaktierbar ist, indem die Busklemme (TM) in der Seitenfläche kontaktierbare Buskontakte (BKE; BKH; BKD) zur Energieversorgung und Hilfsenergieversorgung sowie einen Datenbus zur Übertragung von Daten und/oder Steuersignalen aufweist, • einer auf jeder Busklemme (TM), die als Baugruppenträger wirkt, aufsteckbare Baugruppe (EM) mit einer oder mehreren Leiterplatten (LP) zur direkten Kontaktierung des Rückwandbus und zur Kontaktierung der über Kontaktmittel (KM) und Verbindungsleitungen (VL) der Busklemme (TM) als stehende Verdrahtung angeschlossenen feldseitigen Hardwarekomponenten, wobei die Busklemme (TM) Führungen (L) für korrespondierende Mittel (N) am Gehäuse (GEM) der Baugruppe (EM) aufweist, • so dass durch Austausch der Leiterplatte (LP) eine Umkonfiguration des Anschlusses der feldseitigen Hardwarekomponenten erfolgt.
Bus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Busklemme (TM) zur Energieversorgung und Datenbuskommunikation ein im wesentlichen u-förmiges Busklemmenmodulteil (TMT), mit einem in Erstreckungsrichtung geschlitzten Schenkel (TSS) und mit jeweils zwei einander gegenüberliegenden u-förmigen Kontaktfedern (TKF1, TKF2) aufweist und dass in den Schlitz ein an der Rückseite des Gehäuses (GEM) der Baugruppe (EM) herausragender Steckkontaktteil (SK1) der Leiterplatte (LP) einführbar ist, wobei dessen beidseitige Kontaktflächen von der jeweiligen u-förmigen Kontaktfeder (TKF1, TKF2) kontaktiert werden.
Bus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die u-förmigen Kontaktfeder (TKF1, TKF2) an einem freien Ende gekröpft ausgestaltet ist und dass das andere Ende eine Ausnehmung des Busklemmenmodulteil (TMT) zur Halterung der Kontaktfeder (TKF1, TKF2) hintergreift.
Bus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Busklemmenmodulteil (TMT) als Einsatz ausgestaltet ist, welcher in einer Öffnung der Busklemme (TM) mittels Rastmittel gehalten wird.
Bus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Hilfsenergieversorgung die Busklemme (TM) T-förmige Versorgungsbuskontakte (BKH) aufweist, wobei der Quersteg (Q) des Versorgungsbuskontakts (BKH) jeweils seitlich aus einer Öffnung der Busklemme (TM) herausragt und der Längssteg (LS) die Leiterplatte (LP) kontaktiert.
Bus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Busklemme (TM) in der Ausformung (GA) jeweils eine Aufnahme für Federzug- oder Schraubklemmen (KM) als Kontaktmittel zum Anschluss der feldseitigen Hardwarekomponenten aufweist, wobei in Kanälen (TK) der Busklemme (TM) streifenförmige Verbindungsleitungen (VL) zwischen Federzug- oder Schraubklemme (KM) und Leiterplatte (LP) geführt sind.
Bus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Busklemme (TM) eine mittels Verriegelungshebel (VH) betätigbare und die beiden Kröpfungen der Trag- oder Halteschiene umgreifende Haltevorrichtung (H1, H2) aufweist.
Bus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (VH) federbelastet (VHF) ist und in der Offenstellung verrastbar ist.
Bus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen der Busklemme (TM) als Leisten (L) ausgestaltet sind, welche in Nuten (N) des Gehäuses (GEM) der Baugruppe (EM) eingreifen.
Bus nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Seitenwand des Gehäuses (GEM) der Baugruppe (EM) ein Rastmittel (GR) angeordnet ist, welches beim Einschieben in der Endposition in einer Aussparung der Busklemme (TM) verrastet.
Bus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabe (HH) des Hebels (VH) in seiner Länge kleiner gleich der Tiefe der Busklemme (TM) ist.
Bus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (LP) zur Kontaktierung der feldseitigen Hardwarekomponenten einen zweiten, den ersten Steckkontaktteil (SK1) nacheilenden Steckkontaktteil (SK2) aufweist.
Bus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (EM) mindestens eine Ausnehmung zur Aufnahme eines an der Busklemme (TM) verrastbaren Codierelements (CEE, CET) aufweist.
Bus nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ausnehmung auf der der Busklemme (TM) zugewandten Rückseite der Baugruppe (EM) angeordnet ist, dass beim ersten Aufstecken auf eine Busklemme (TM) ein Teil des Codierelements (CET) auf der Busklemme (TM) einrastet, welches beim Herausnehmen der Baugruppe (EM) in der Busklemme (TM) verbleibt und dass das dazu passende Gegenstück (CEE) in der Baugruppe (EM) verbleibt.
Bus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die treppenförmige, abgestufte Ausformung (GA) zur Unterteilung in zwei Kammern in Erstreckungsrichtung eine Trennwand (GT) aufweist.
Bus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der T-förmige Versorgungsbuskontakt (BKH11, BKH22) zweiteilig ausgestaltet ist, wobei die beiden L-förmigen Teile (BKH11, BKH22) am freien Ende eine Kontaktgabel (KLP) zur Kontaktierung der Leiterplatte (LP) und am anderen freien Ende einen Messerkontakt (MK) oder einen Gabelkontakt (GK) aufweisen.
Bus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der T-förmige Versorgungsbuskontakt (BKH) einteilig ist und als Quersteg an dem einen Ende einen Messerkontakt (MK) und an dem anderen Ende nur eine Hälfte eines Gabelkontakts aufweist (BKH1) und dass der Messerkontakt (MK) der nächsten Busklemme (TM) beim Verbinden in eine Nut (NBK) des Isolierstoffgehäuses (G) eingeschoben wird und dann den Kontakt (BKH1) kontaktiert.
Bus nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstütztung der Kontaktqualität im Nutbereich des Kontakts (BKH1) eine Erhebung als Gegendruckstelle ausgebildet ist.
Bus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Busklemme (TM) einen Hauptträger (HT) aufweist, welcher als Spritzgussteil einstückig ausgebildet ist.
Bus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite des die Ausformung (GA) der Busklemme (TM) überstehenden Gehäuseteils (GÜ) der Baugruppe (EM) Lüftungsöffnungen (LÖ) angeordnet sind und dass die Oberseite weitere Lüftungsöffnungen aufweist.
Bus nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (EM) in der Höhe nicht über die Ausformung (GA) der Busklemme (TM) hinausgeht, dass der Rast- und Entriegelungsmechanismus (GR) sowie die Gehäuserückwand des Baugruppengehäuses (GEM) fehlen und dass die Platine oder die Platinen (LP) in der Baugruppe (EM) eine feste Verdrahtung zwischen den auf den Seitenflächen kontaktierbaren Buskontakten (BKE; BKH; BKD) und den über Kontaktmittel (KM) angeschlossenen feldseitigen Hardwarekomponenten darstellen.