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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur potentialfreien Energieversorgung
von steckbaren Baugruppen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In
der Automatisierungstechnik werden aus Sicherheitsgründen die
Stromkreise zentraler Einrichtungen jeweils von den Stromkreisen
von Feldgeräten
galvanisch getrennt.
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Aus
der
DE 199 10 409 ist
eine Feldbusanordnung mit einem Verteiler für Feldbussysteme, welcher vorzugsweise
im explosionsgefährdeten
Bereich einer verfahrenstechnischen Anlage montierbar ist bekannt,
bei der die galvanische Trennung für eine Gruppe von Feldgeräten gemeinsam
ist. Dabei ist ein Feldbuskoppler in den Speisekreis der Feldgeräte eingeschaltet.
Dieser Feldbuskoppler weist drei voneinander galvanisch getrennte
Stromkreise auf, von denen ein erster Stromkreis mit dem Feldbushauptstrang
verbunden ist. Über
einen zweiten Stromkreis ist der Feldbuskoppler mit der Spannungsquelle
verbunden. Der dritte Stromkreis ist als nichteigensicherer Stromkreis
in den explosionsgefährdeten
Bereich geführt
und mit der Speisespannung der Spannungsquelle und den Kommunikationssignalen
der Datenübertragung
für eine
Gruppe von Feldgeräten
beaufschlagt. Dabei sind die Stromkreise der Feldgeräte einer
Gruppe galvanisch verbunden.
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Aus
Keinath, „Die
Technik elektrischer Messgeräte", Erster Band Messgeräte und Zubehör, Seite 509
f, Oldenbourg, München
und Berlin 1928, ist ein Kabel-Stromwandler
zur Messung der Stromverteilung in Mehrfachleitungen bekannt. Der
Stromwandler besteht im wesentlichen aus einem Eisenkern mit einem
aufklappbaren Schenkel zur unterbrechungsfreien Anschaltung an eine
stromführende
Leitung und einer Wicklung mit mindestens zwei Anschlüssen zur
Anschaltung eines Messinstruments.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine möglichst
einfache Einrichtung zur individuellen potentialfreien Energieversorgung
von Feldgeräten
anzugeben, die in explosionsgefährdeten
Anlagen einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung geht von einer für
sich bekannten Anordnung bestehend aus einem Modulträger mit mindestens
einem Steckplatz und mindestens einer steckbaren Baugruppe aus,
die auf dem Steckplatz mechanisch gehalten und elektrisch kontaktiert
ist.
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Erfindungsgemäß ist der
Steckplatz des Modulträgers
mit einer Stromwandleranordnung mit einer Primärwicklung und mindestens einer
Sekundärwicklung
ausgestattet, wobei der Magnetkern der Stromwandleranordnung auf
den Modulträger
und die steckbare Baugruppe aufgeteilt ist. Die Primärwicklung
der Stromwandleranordnung ist Bestandteil des Modulträgers und
an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen. Die mindestens eine
Sekundärwicklung
ist Bestandteil der steckbaren Baugruppe.
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Die
steckbare Baugruppe umfasst eine elektrische Schaltung zur Adaption
eines Feldgerätestromkreises
an die Stromkreise zentraler Einrichtungen.
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Auf
diese Weise wird nach dem für
sich bekannten Transformatorprinzip elektrische Energie von dem
aus der Wechselspannungsquelle gespeisten Primärstromkreis in den vom Feldgerät belasteten
Sekundärstromkreis übertragen.
Dabei ist der Sekundärstromkreis
galvanisch vom Primärstromkreis
getrennt.
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Die
induktive Energieauskopplung geschieht sowohl beim Hinzufügen als
auch beim Entfernen eines Feldgeräts ohne dediziertes Abschalten
desselben funkenfrei. Damit ist eine fundamentale Forderung für die Zulassung
der erfindungsgemäßen Einrichtung
in explosionsgefährdeten
Anlagen erfüllt.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand
eines Ausführungsbeospiels
näher erläutert. Die
dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:
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1 eine
teilweise geschnittene Prinzipdarstellung einer Einrichtung zur
potentialfreien Energieversorgung von steckbaren Baugruppen
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2 eine
Ausführungsform
modulträgerseitiger
Magnetkerne
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3 eine
anternative Ausführungsform
mit gemeinsamen modulträgerseitigem
Magnetkern
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4 eine
Prinzipschaltung einer Einrichtung zur Energieversorgung einer
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In 1 ist
eine Einrichtung zur potentialfreien Energieversorgung von steckbaren
Baugruppen teilweise geschnitten dargestellt. Ein Modulträger 10 ist
mit mindestens einem Steckplatz zur Aufnahme einer steckbaren Baugruppe 40 ausgestattet.
Jeder Steckplatz ist mit Mitteln zur elektrischen Kontaktierung 17 und
nicht dargestellten Mitteln zur mechanischen Arretierung der steckbaren
Baugruppe 40 ausgerüstet.
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Die
Steckkontakte 17 sind mit einer zentralen Einrichtung 50 und
einem Feldgerät 60 verbunden. Die
steckbare Baugruppe 40 umfasst eine elektrische Schaltung 41 zur
Adaption eines Feldgerätestromkreises
an die Stromkreise zentraler Einrichtungen 50.
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Mindestens
ein Steckplatz des Modulträgers 10 ist
mit einer Stromwandleranordnung 30 mit einer Primärwicklung 31 und
mindestens einer Sekundärwicklung 32 ausgestattet,
wobei der Magnetkern der Stromwandleranordnung 30 auf den
Modulträger 10 und
die steckbare Baugruppe 40 aufgeteilt ist. Die Primärwicklung
der Stromwandleranordnung 30 ist Bestandteil des Modulträgers 10.
Die mindestens eine Sekundärwicklung 32 ist
Bestandteil der steckbaren Baugruppe 40.
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Der Übersichtlichkeit
halber sind die 1 bis 4 mit einem
Luftspalt zwischen dem Modulträger 10 und
den steckbaren Baugruppe 40 dargestellt. Während des
bestimmungsgemäßen Gebrauchs
der Einrichtung stoßen
die Stirnflächen
der Magnetkerne der Stromwandleranordnungen 30 aufeinander.
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In
einer ersten Ausführungsform
ist gemäß der entlang
der Schnittlinie AA' in 1 geschnittenen
Darstellung in 2 modulträgerseitig für jeden Steckplatz für eine steckbare
Baugruppe 40 eine Stromwandleranordnung 30 unabhängig von
weiteren Stromwandleranordnungen 30 vorgesehen. Dabei umfasst
die Primärwicklung 31 alle
Stromwandleranordnungen 30 des Modulträgers 10.
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In
einer alternativen Ausführungsform
sind gemäß der entlang
der Schnittlinie AA' in 1 geschnittenen
Darstellung in 3 die Stromwandleranordnungen 30 modulträgerseitig
für eine
Mehrzahl von Steckplätzen
zu einer Baueinheit vereinigt.
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In 4 ist
eine Schaltung zur Energieversorgung prinzipiell dargestellt. Die
Primärwicklung 31 umfasst
eine Mehrzahl von Windungen. In einer ersten Ausführungsform
sind diese Windungen durch die Adern 11 bis 1n eines
mehradrigen Kabels gebildet. Die Adern 11 bis 1n des
mehradrigen Kabels sind in Reihe geschaltet. Dabei ist jeweils ein
Adernanfang mit einem Adernende einer anderen Ader verbunden. Die
freien Aderenden 11a und 1na sind an eine Wechselspannungsquelle 20 angeschlossen.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann vorgesehen sein, dass die Windungen der Primärwicklung 31 durch
Leiterbahnen auf einer Rückverdrahtungsleiterplatte
gebildet sind.
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In
bevorzugter Ausführungsform
ist die Wechselspannungsquelle 20 durch einen direkten Anschluss
an das Wechselspannung führende
Versorgungsnetz zur Energieversorgung von Motoren, Pumpen, Beleuchtungsanlagen
und dergleichen gebildet. In einer alternativen Ausführungsform
kann ein untersetzender Transformator vorgesehen sein, dessen Primärwicklung
an das Wechselspannung führende Versorgungsnetz
angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung mit den freien Aderenden 11a und 1na verbunden
sind. Vorteilhafterweise wird das mehradrige Kabel 10 dadurch
mit Niederspannung beaufschlagt. Dementsprechend sinken die Anforderungen
an den Berührungsschutz
für das
mehradrige Kabel 10. Das mehradrige Kabel 10 kommt
mit einer geringeren Isolation aus und ist flexibler in der Anlage
verlegbar.
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Darüber hinaus
kommt das mehradrige Kabel 10 bei niedriger Speisespannung
und bei gleichem Adernwiderstand mit einer geringeren Adernanzahl
aus.
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Dabei
kann kann vorgesehen sein, dass die freien Aderenden 11a und 1na über eine
Sicherung 16 an eine Wechselspannungsquelle 20 angeschlossen
sind. Vorteilhafterweise ist somit jede Speiseeinrichtung zur Energieversorgung
von Feldgeräten
jeweils separat abgesichert. Dadurch wird erreicht, dass Störungen in
einer Speiseeinrichtung auf diese gestörte Speiseeinrichtung begrenzt
bleiben und Störungen
benachbarter Speiseeinrichtungen vermieden werden.
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Darüber hinaus
kann vorgesehen sein, dass die freien Aderenden 11a und 1na über einen
Widerstand 15 an eine Wechselspannungsquelle 20 angeschlossen
sind. Vorteilhafterweise wird dadurch in Abhängigkeit vom Adernwiderstand
des Kabels 10 und der Spannung der Wechselspannungsquelle 20 der
Stromfluss durch die Adern 11 bis 1n des mehradrigen
Kabels 10 wirksam begrenzt.
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- 10
- Modulträger
- 11
bis 1n
- Adern
- 11a
bis 1 na
- Aderanfang
- 11e
bis 1 ne
- Aderende
- 15
- Widerstand
- 16
- Sicherung
- 17
- Steckkontakt
- 20
- Wechselspannungsquelle
- 30
- Stromwandleranordnung
- 31
- Primärwicklung
- 32
- Sekundärwicklung
- 40
- Baugruppe
- 41
- Schaltung
- 50
- zentrale
Einrichtung
- 60
- Feldgerät