DE4402001B4

DE4402001B4 - E/A-Modul für einen Datenbus

Info

Publication number: DE4402001B4
Application number: DE4402001A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Hohorst
Original assignee: Wago Verwaltungs GmbH
Current assignee: Wago Verwaltungs GmbH
Priority date: 1994-01-18
Filing date: 1994-01-18
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2014-01-19
Also published as: DE4402001A1; JP3577646B2; US5641313A; JPH07261876A

Abstract

Ein-/Ausgabe-Modul für einen Datenbus,
– das benachbart zu anderen Ein-/Ausgabe-Modulen auf einer Tragschiene aufrastbar ist,
– mit einem Basisklemmenblock, 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,
– und mit einer auf den Basisklemmenblock aufsteckbaren E/A-Elektronik, die die Busteilnehmer mit einem seriellen, durch den Basisklemmenblock hindurchgeschleiften Datenbus verbindet,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Datenbusleitungen und die Stromversorgungsleitungen für die E/A-Elektronik derart durch den Basisklemmenblock (4; 5) hindurchgeschleift sind,
– dass das Isolierstoffgehäuse des Basisklemmenblocks (4; 5) einen flachen Bodenkanal (24) aufweist, der sich parallel zur Tragschiene (6) über die ganze Breite des Basisklemmenblocks (4; 5) erstreckt, und
– in dem Bodenkanal (24) eine sich über die ganze Breite des Basisklemmenblocks (4; 5) erstreckende Leiterplatte (25), die Leiterbahnen für die Datenbusleitungen und...

Description

Die Erfindung betrifft ein Ein-/Ausgabe-Modul für einen Datenbus gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1. Solche E/A-Module stellen eine rationelle Art der Verdrahtung von Maschinen und Anlagen etc. dar. Die Ein-/Ausgabe-Module (E/A-Module) sind mit Klemmstellen für die parallele Verdrahtung der einzelnen Busteilnehmer ausgerüstet, die Aktoren, Sensoren und auch sonstige Geräte sein können. Die Verdrahtung kann in jeder gewünschten Anschlußtechnik realisiert werden, z. B. in Ein-, Zwei-, Drei- oder Vierleitertechnik. Für die Klemmstellen eignen sich besonders einfach zu bedienende Federkraftklemmen oder auch Schraubklemmen.
Die Module sind mit einer E/A-Elektronik ausgerüstet, die die an den Klemmstellen der Module angeschlossenen Teilnehmer mit der seriellen Datenbusleitung verbindet, die z. B. eine einfache Zweidrahtleitung oder auch ein Lichtwellenleiterkabel sein kann. Dabei ist diese an die E/A-Module angeschlossene Datenbusleitung in der Praxis meistens ein eigenständiger Sub-Bus in der Topologie eines Ringes, der über einen Busmaster an den Feldbus (Fernbus) angekoppelt ist. Der Busmaster steuert die einzelnen E/A-Module, die in beliebiger Reihenfolge miteinander kombinierbar und in beliebigen Positionen im Ring angeordnet sein können.

Es ist aus der Druckschrift der Fa. Siemens "Sparen in der Steuerungstechnik mit dem System KOALA" (Doppel-Faltblatt, veröffentlicht 9/93) bekannt, E/A-Module auf Tragschienen aufzurasten, in denen eine sogenannte Versorgungsschiene in Form von zusammengesetzten Leiterplatten-Teilstücken montiert ist. Neben den zwei Leitern für die Stromversorgung der E/A-Elektronik stehen dort auf der Versorgungsschiene drei weitere Leiter für den Datenbus zur Verfügung. Die Kontaktierung der Leiter erfolgt über Buchsenkontakte, die in einem bestimmten Rasterabstand in die Versorgungsschiene fest eingebaut sind.

Eine solche in die Tragschiene montierte Versorgungsschiene erhöht nicht nur den Kosten- und Montageaufwand für die Tragschienenbefestigung der E/A-Module (unbenutzte Teilstücke der Versorgungsschiene müssen abgedeckt sein), sondern behindert zugleich auch deren Modularität, da die Breite der E/A-Module immer ein Vielfaches der vorgegebenen Rasterabstände der Buchsenkontakte in der Versorgungsschiene sein muß. Auch behindert die in der Tragschiene angeordnete Versorgungsschiene die Befestigung der Tragschiene selbst auf einer Montagefläche o. dgl., da die dafür erforderlichen Schraubendurchgänge nur an ganz bestimmten Stellen der Versorgungsschiene zugelassen sind, was in der Praxis mit den örtlichen Gegebenheiten oftmals nicht in Übereinstimmung steht.

Die vorgenannten Nachteile sind bei anderen bekannten E/A-Modulen, die auf Tragschienen aufrastbar sind, dadurch vermieden, daß man diese in bewährter Weise auf die unveränderten, handelsüblichen Tragschienen aufrastet und die Datenbusleitungen sowie die Stromversorgungsleitungen für die E/A-Elektronik in Form eines steckbaren Flachbandkabels von Modul zu Modul durchverbindet. Das ist für den Anwender eine etwas Aufwendigere Arbeit. (siehe hierzu Druckschrift der Fa. Phoenix "DATE UP 93/2, Seiten 4 bis 7, veröffentlicht 6/93).

Die Erfindung geht von diesen bekannten E/A-Modulen der Fa. Phoenix aus, die in Richtung der Tragschiene gemessen eine sehr große Breite haben.

Sie bestehen jeweils aus einem Basisklemmenblock, der in Richtung des Tragschiene nebeneinander und in einem parallelen Abstand zueinander 16, 24 oder 32 An schlußebenen mit Klemmstellen für die parallele Verdrahtung von jeweils einem Busteilnehmer (Aktor, Sensor oder ein sonstiges Gerät) pro Anschlußebene aufweist. Die gewünschte Modularität des Systems geht bei so breiten E/A-Modulen weitgehend verloren, zumal da alle Anschlußebenen eines E/A-Moduls jeweils immer nur einer Gattung angehören (jeweils nur Eingänge oder nur Ausgänge), da bei diesen bekannten E/A-Modulen ein auf den Basisklemmenblock aufsteckbarer E/A-Elektronikbaustein vorgesehen ist, der sich in Richtung der Tragschiene quer über die ganze Breite des Basisklemmenblocks erstreckt. Das erhöht für den Anwender die Kosten, denn dieser muß auch dann einen E/A-Modul mit 16, 24 oder 32 Anschlußebenen installieren, wenn er z. B. davon nur eine Anschlußebene benötigt.

In der nachveröffentlichten DE 43 032 717 C2 ist ein E/A-Modul offenbart, bei dem ein Basisklemmblock aus einzelnen, einstückig ausgeführten Anschlussscheiben zusammengesetzt ist. Auf den Basisklemmblock in seiner Gesamtheit ist eine E/A-Elektronik aufsteckbar. Dabei soll die Busverbindung von Anschlussscheibe zu Anschlussscheibe verlaufen. Die Stromversorgungsleitungen werden mittels Einlegebrücken, die die einzelnen Anschlussscheiben miteinander verbinden, durch den Basisklemmblock hindurchgeschleift. Soweit dort eine Rangierplatine vorgesehen ist, laufen die Datenbusleitungen nicht über die Rangierplatine.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes E/A-Modul für einen Datenbus zu schaffen, der einen Anschluss an den Datenbus und an die Stromversorgungsleitungen auf einfache Weise ohne zusätzliche Verbindungsleitungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß für jede Anschlußebene oder für einzelne Gruppen von Anschlußebenen eines Basisklemmenblocks jeweils ein eigener E/A-Elektronikbaustein auf die im Bodenkanal angeordnete Leiterplatte aufsteckbar ist.

Hierdurch ist eine hohe Modularität in der Belegung der Anschlussebenen erreicht, so dass die Kosten für die Elektronik nicht benötigter Anschlussebenen gespart werden können.

Mit den erfindungsgemäßen E/A-Modulen 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. Dabei ist man an die Breite des jeweiligen Basisklemmenblocks nicht gebunden. Die hohe Modularität ergibt sich durch die aufsteckbaren Elekronikbausteine. Ist eine Anschlußebene nicht belegt, d. h. nicht mit einem Busteilnehmer verdrahtet, dann entfällt für diese Anschlußebene das Aufstecken der E/A-Elektronik.

Von besonderem Vorteil ist für den Anwender die einfache Verwendung eines Elektronikbrückers zum Durchverbinden der Datenbusleitungen und der Stromversorgungsleitungen für die E/A-Elektronik. Die Elektronikbrücker sind lediglich in die in dem Bodenkanal angeordneten Leiterplatten einzustecken. Das ist eine Technik, die dem Anwender bereits in Form von anderen Querbrückungssystem bekannt ist.

Dabei ist nach Anspruch 3 vorgesehen, daß der Bodenkanal mittels einer oberen Isolierstoffwand geschlossen ausgeführt ist derart, daß diese die Leiterplatte berührungsgeschützt abdeckt und die Elektronikbrücker sowie auch die E/A-Elekronikbausteine durch die obere Isolierstoffwand hindurch in die Leiterplatte eingesteckt werden.

Zweckmäßig ist es, die Elektronikbrücker versenkt in der oberen Isolierstoffwand des Bodenkanals anzuordnen, so daß dann bei einer bündigen Versenkung die gesamte obere Fläche des Bodenkanals für die Anordnung der E/A-Elekronikbausteine zur Verfügung steht.

Die elektrische Verbindung der E/A-Elektronikbausteine zu der Signalanschluß-Klemmstelle des Basisklemmenblocks sowie auch zu weiteren Klemmstellen derselben Anschlußebene kann gemäß Anspruch 5 in einfachster Weise dadurch realisiert werden, daß die E/A-Elekronikbausteine an einer Seitenfläche, die nicht dem Bodenkanal gegenüberliegt, fest angeordnete Kontakte aufweisen, die beim Aufstecken der Elektronikbausteine auf die im Bodenkanal angeordnete Leiterplatte jeweils einen Strompfad zu den Klemmstellen der zugeordneten Anschlußebene des Basisklemmenblocks schließen.

Es ist ein besonderer Vorteil, daß diese Schließkontakte, die eine höhere Spannung als die am Bodenkanal angeordneten Elektronikbrücker aufweisen können, einen deutlichen Abstand von dem Bodenkanal und den dort untergebrachten Datenbusleitungen haben.

Gemäß Anspruch 6 ist vorgesehen, daß die Leitungsstromversorgung für die an die Klemmstellen angeschlossenen Busteilnehmer mittels einer internen Durchverbindung durch die Basisklemmenblöcke erfolgt und daß, wie bei Reihenklemmen bekannt, ausgehend von einer speziellen Einspeiseklemme die internen Durchverbindungen zwischen den Basisklemmenblöcken mittels bekannter U-förmiger Leistungsquerbrücker gebrückt sind.

Dadurch bleiben die neuen E/A-Module bei der bei den Reihenklemmen bekannten Systemtechnik der Querbrückung, und somit kann der Anwender diese Technik systemeinheitlich sowohl für das Stecken der Elektronikbrücker als auch für das Stecken der Leistungsquerbrücker verwenden.

Die neuen E/A-Module lassen sich auch kombiniert mit Reihenklemmen bekannter Bauart und bekannter Funktion auf einer Tragschiene kombinieren, dann nämlich, wenn gemäß Anspruch 7 die Reihenklemmen, vorzugsweise Reihenklemmenblocks, ebenfalls einen Bodenkanal zum Einsetzen von Leiterplatten aufweisen, der mit dem Bodenkanal der E/A-Module korrespondiert. In diesem Fall können die Datenbusleitungen und die Stromversorgungsleitungen für die E/A-Module problemlos durchverbunden werden, ohne daß dadurch die Funktion der Reihenklemmen beeinträchtigt ist.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 in einer perspektivischen Darstellung den neuen E/A-Modul aufgerastet auf einer Tragschiene,
2 den Schließkontakt der E/A-Elekronikbausteine nach 1,
3 Stromschienen für den Basisklemmenblock nach 1.
In 1 sind zwei erfindungsgemäße E/A-Module dargestellt, jeweils bestehend aus einem Basisklemmenblock 4 und 5, die auf die Tragschiene 6 in der bekannten Weise aufgerastet sind. Beim Aufrasten kontaktiert zugleich der Schutzleiter-Anschluß 7 über den Schutzleiterfuß 8 die Tragschiene 6, wie dies bekannt ist. Pro Basisklemmenblock ist jeweils nur ein Schutzleiterfuß 8 vorgesehen. Dieser ist mittels einer in den Basisklemmenblock quer eingesteckten Stromschiene 9 mit allen Klemmstellen der Schutzleiteranschlüsse 7 verbunden.
Der dargestellte Basisklemmenblock 4 besitzt acht Anschlußebenen. Der benachbart auf der Tragschiene aufgerastete Basisklemmenblock 5 nur vier Anschlußebenen. Die Anschlußebenen erstrecken sich jeweils senkrecht zu der Tragschiene und sind in Richtung der Tragschiene nebeneinander angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in jeder Anschlußebene jeweils vier Klemmstellen vorhanden, und zwar ein Signalanschluß 10, ein (+) Anschluß 11, ein (–) Anschluß 12 und der Schutzleiter-Anschluß 7. Jede Klemmstelle ist in bekannter Bauart als Federkraftklemme 13 ausgeführt und bedarf deshalb keiner weiteren Beschreibung.
Die Klemmanschlüsse 10, 11 und 12 besitzen jeweils in der Darstellung nach links sich erstreckende Strompfade 14, 15, 16, deren gabelförmige Enden zur Aufnahme der Schließkontakte 17, 18, 19 an den E/A-Elektronikbausteinen 20 vorgesehen sind.
Die (+) Anschlüsse 11 und die (–) Anschlüsse 12 der Anschlußebenen eines Basisklemmenblocks sind jeweils mittels einer quer in dem Basisklemmenblock eingesteckten Stromschiene 21 miteinander verbunden. Die Enden dieser Stromschienen weisen Steckschlitze 22 auf (siehe 3), in die der Leistungsquerbrücker 23 (siehe 1) einsteckbar ist, so daß (ausgehend von einer bekannten Einspeiseklemme, die nicht dargestellt ist) die Leistungsstromversorgung für die mit den Klemmstellen der Anschlußebenen verdrahteten Busteilnehmer durchgebrückt werden kann, wenn dies schaltungstechnisch so vorgesehen ist.
Jeder Basisklemmenblock besitzt einen flachen Bodenkanal 24, wie er in 1 zunächst als Reststück 24a eines nicht dargestellten Basisklemmenblocks zu sehen ist, der sich dann in dem Stück 24b, das zu dem dargestellten Basisklemmenblock 4 gehört, fortsetzt. Erkennbar ist, daß in dem Bodenkanal eine Leiterplatte 25 eingeschoben ist, die die erforderlichen Leiterbahnen für die Datenbusleitungen und für die Stromversorgung der E/A-Elektronik aufweist, aber auch mit weiteren elektronischen Bauelementen bestückt sein kann, falls dies schaltungstechnisch so vorgesehen ist. Auch kann in dem Bodenkanal mehr als eine Leiterplatte angeordnet, vorzugsweise eingeschoben sein.
Durch die obere Isolierstoffwandung 26 deckt der Bodenkanal die Leiterplatte 25 berührungsgeschützt ab. In der oberen Isolierstoffwandung 26 sind die erforderlichen Stecköffnungen vorgesehen derart, daß die E/A-Elektronikbausteine 20 zum Kontaktieren der Leiterbahnen auf der Leiterplatte 25 von oben auf die Leiterplatte aufsteckbar sind.
Die Leiterbahnen von benachbart auf der Tragschiene aufgerasteten Basisklemmenblocks sind mittels des dargestellten U-förmigen Elektronikbrückers 27 miteinander verbindbar, indem dieser von oben auf die Endstücke benachbarter Leiterplatten aufgesteckt wird, wie dies durch die strich-punktierten Funktionslinien 28 verdeutlicht ist.
Die E/A-Elektronikbausteine 20 besitzen eine Gehäusebreite, die der Rasterbreite zwischen den Anschlußebenen des Basisklemmenblocks entspricht. Jeder Elektronikbaustein besitzt an seinen den Klemmstellen des Basisklemmenblocks zugeordneten Seitenflächen fest angeordnete Schließkontakte 17, 18 und 19, die beim Aufstecken des E/A-Elektronikbausteins auf, die im Bodenkanal angeordnete Leiterplatte jeweils in die gabelförmigen Enden der zugeordneten Strompfade 14, 15, 16 eingreifen, wie dies in 2 im Detail dargestellt ist.

Claims

Ein-/Ausgabe-Modul für einen Datenbus, – das benachbart zu anderen Ein-/Ausgabe-Modulen auf einer Tragschiene aufrastbar ist, – mit einem Basisklemmenblock, 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, – und mit einer auf den Basisklemmenblock aufsteckbaren E/A-Elektronik, die die Busteilnehmer mit einem seriellen, durch den Basisklemmenblock hindurchgeschleiften Datenbus verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenbusleitungen und die Stromversorgungsleitungen für die E/A-Elektronik derart durch den Basisklemmenblock (4; 5) hindurchgeschleift sind, – dass das Isolierstoffgehäuse des Basisklemmenblocks (4; 5) einen flachen Bodenkanal (24) aufweist, der sich parallel zur Tragschiene (6) über die ganze Breite des Basisklemmenblocks (4; 5) erstreckt, und – in dem Bodenkanal (24) eine sich über die ganze Breite des Basisklemmenblocks (4; 5) erstreckende Leiterplatte (25), die Leiterbahnen für die Datenbusleitungen und für die Stromversorgungsleitungen der E/A-Elektronik aufweist, derart angeordnet ist, dass die E/A-Elektronik zum Kontaktieren der Leiterbahnen von oben auf die Leiterplatte (25) aufsteckbar ist, und dass die Leiterbahnen der Leiterplatten (25) von benachbart auf der Tragschiene (6) aufgerasteten E/A-Modulen mittels eines U-förmigen Elektronikbrückers (27) miteinander verbindbar sind, der von oben auf die Endstücke benachbarter Leiterplatten (25) aufsteckbar ist.
E/A-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – daß für jede Anschlußebene oder für einzelne Gruppen von Anschlußebenen eines Basisklemmenblocks jeweils ein eigener E/A-Elektronikbaustein (20) auf die im Bodenkanal (24) angeordnete Leiterplatte (25) aufsteckbar ist.
E/A-Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – daß der Bodenkanal (24) mittels einer oberen Isolierstoffwand (26) geschlossen ausgeführt ist, – derart, daß diese die Leiterplatte berührungsgeschützt abdeckt und die E/A-Elektronikbausteine und die Elektronikbrücker durch die obere Isolierstoffwand (26) hindurch in die Leiterplatte einsteckbar sind.
E/A-Modul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, – daß die Elekronikbrücker (27) versenkt in der oberen Isolierstoffwand (26) des Bodenkanals angeordnet sind.
E/A-Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – daß die E/A-Elektronikbausteine (20) an einer Seitenfläche, die nicht dem Bodenkanal gegenüberliegt, fest angeordnete Kontakte (17, 18, 19) aufweisen, – die beim Aufstecken der E/A-Elekronikbausteine auf die im Bodenkanal angeordnete Leiterplatte jeweils einen Strompfad (14, 15, 16) zu den Klemmstellen der zugeordneten Anschlußebenen des Basisklemmenblocks schließen.
E/A-Modul nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – daß die Leistungsstromversorgung für die an die Klemmstellen angeschlossenen Busteilnehmer mittels einer internen Durchverbindung durch die Basisklemmenblöcke erfolgt, – und daß, wie bei Reihenklemmen bekannt, ausgehend von einer speziellen Einspeiseklemme die internen Durchverbindungen zwischen den Basisklemmenblöcken mittel bekannter U-förmiger Leistungsquerbrücker (23) gebrückt sind.