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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Versorgungsmodul für Servomotoren, eine Schaltschrankanordnung sowie ein elektrisches System.
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Stand der Technik
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Insbesondere bei der dezentralen Automatisierungstechnik kommen Servomotoren, beispielsweise Kompaktservomotoren, zum Einsatz, bei denen die Wechselrichter im Motor integriert sind und somit nicht mehr in einem Schaltschrank angeordnet werden müssen. Dies bietet den Vorteil, dass die Anzahl und Größe der in dem Schaltschrank anzuordnenden Elemente bzw. Module geringer wird und die Schaltschränke aus diesem Grund kleiner bauen können und weniger Verlustleistung/Wärme anfällt. Im wesentlichen ist nur mehr das Versorgungsmodul für die Kompaktservomotoren im Schaltschrank unterzubringen, das Funktionen zur Netzgleichrichtung sowie zur Energiespeicherung, insbesondere mittels eines Kondensators, beinhaltet. Darüber hinaus können Zusatzfunktionen wie z. B. ein Bremswiderstand, eine Netzrückspeisung, ein Netzfilter, Überwachungs- und Steuerungsfunktionen, eine Steuerspannungserzeugung usw. in einem Versorgungsmodul integriert sein.
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Es besteht die Notwendigkeit, das im Schaltschrank angeordnete Versorgungsmodul mit den extern angeordneten Servomotoren über Versorgungs- bzw. Verbindungsleitungen zu verbinden, ohne dabei die Schutzart des Schaltschranks zu beeinflussen. Dabei haben sich im wesentlichen zwei unterschiedliche Lösungen zur Schaltschrankdurchführung etabliert.
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Einerseits ist es bekannt, die Versorgungsleitung als durchgängiges Kabel durch eine abdichtbare Öffnung in den Schaltschrank einzuführen und darin mit dem Versorgungsmodul insbesondere mittels Klemmverbindungen zu verbinden.
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Daneben ist es bekannt, Durchführungselemente in die Schrankwand einzusetzen und schaltschrankinnenseitig mit dem Versorgungsmodul im wesentlichen wiederum über die genannten Klemmverbindungen zu verbinden, wobei die Versorgungsleitung schaltschrankaußenseitig mit dem Durchführungselement verbunden wird.
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Die erstgenannte Möglichkeit ist relativ aufwendig vorzusehen und birgt darüber hinaus die Gefahr einer Falschverkabelung. Der Kabelschirm sollte im Bereich des Schaltschrankdurchtritts geerdet werden, wozu das Kabel speziell ausgebildet sein muss. Der Vorteil dieser Lösung liegt jedoch in der Einsparung zusätzlicher Kabel- und Durchführungsverbindungen.
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Die zweitgenannte Möglichkeit ist anwendungs- und bedienungsfreundlicher, erfordert aber das Vorsehen von zusätzlichen Kabel- und Durchführungsverbindungen, was zu einer Kostenerhöhung führt.
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Darüber hinaus können in beiden Fällen keine einfach vorzufertigenden Versorgungsleitungen verwendet werden.
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Die
DE 198 26 453 C2 zeigt einen Durchführungsadapter für einen Schaltschrank, welcher auch elektrische Elemente zur Spannungsversorgung und Signalwandlung sowie Anzeige- und Trennelemente usw. umfassen kann. Desweiteren sind Verbindungsmechanismen beschrieben, welche durch die Schaltschrankwand hindurch verwendet werden können, ohne den Schutzgrand des Schaltschrankes zu verschlechtern.
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Die Druckschriften
US 5,051,868 sowie
DE 690 05 442 T2 betreffen Computergehäuse mit diversen Stecksystemen und Steckverbindern zur Verbesserung der Kabelführung innerhalb von Computergehäusen.
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Die
DE 198 16 170 A1 zeigt ein Steuerungsmodul zur Realisierung einer CNC mit Bereitstellung einer Versorgungsspannung für Feldgeräte, z. B. Sensoren, Aktoren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Versorgungsmodul bereitzustellen, welches sowohl als Austauschmodul in bestehenden Anlagen bei unveränderter Verkabelung als auch gleichzeitig für die Realisierung einer neuen Anlage ohne das Erfordernis von Spezialkabeln geeignet sein soll.
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Erfindungsgemäß werden ein Versorgungsmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Schaltschrankanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 sowie ein elektrisches System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 vorgeschlagen.
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Ein erfindungsgemäßes Versorgungsmodul für Servomotoren weist wenigstens einen Ausgang, mit dem wenigstens ein Servomotor verbindbar ist, und Befestigungsmittel zum Anordnen des Versorgungsmoduls innerhalb eines Schaltschranks auf. Wenigstens ein erster Ausgang ist als erste Komponente eines wenigstens zwei Komponenten umfassenden Verbindungssystems ausgebildet, bei dem es sich insbesondere um ein elektrisches oder optisches Verbindungssystem handeln kann. Die Befestigungsmittel sind derart zum Anordnen des Versorgungsmoduls an einer Öffnung des Schaltschranks bzw. einer Öffnung in einer Schaltschrankwand ausgebildet, dass die erste Komponente des Verbindungssystems mit einer zweiten Komponente des Verbindungssystems durch die Öffnung hindurch beaufschlagbar ist. Die Beaufschlagung mit der zweiten Komponente bzw. Verbindungsherstellung erfolgt somit von außerhalb des Schaltschranks. Die Befestigungsmittel können insbesondere als Schraub-, Steck- oder Schnappverbindung, beispielsweise für eine Hutschienenmontage, ausgebildet sein. Geeignete Servomotoren zum Anschluss an ein erfindungsgemäßes Versorgungsmodul sind insbesondere Kompaktservomotoren oder Servomotoren mit motornahen Umrichtern bzw. Wechselrichtern. Bei dem beanspruchten Versorgungsmodul kann es sich sowohl um ein Versorgungsmodul mit interner Spannungs- und Signalerzeugung als auch um einen zwischenschaltbares Modul handeln, das Spannungen und Signale eines anderen Versorgungsmoduls bzw. Netzgleichrichters für die Servomotoren weitergibt und bspw. eine Einkopplung von (seriellen) Steuersignalen ermöglicht.
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Der erste Ausgang ist als Stecker oder Buchse eines Steckverbindungssystems ausgebildet. Dementsprechend wäre dann die zweite Komponente als Buchse bzw. Stecker ausgebildet und an der anzuschließenden Verbindungsleitung angebracht. Bei einem Steckverbindungssystem handelt es sich um ein einfach handhabbares System. Es existiert bereits eine Vielzahl an unterschiedlichen Steckverbindungssystemen für unterschiedliche Einsatzzwecke, so dass auf diese Weise ein geeignetes, insbesondere standardisiertes System ausgewählt werden kann. Durch die Verwendung eines geeigneten Steckverbindungssystems kann beispielsweise eine EMV-gerechte Anbindung eines Kabelschirms an die Schaltschrankwand erreicht werden, wobei zusätzlich die EMV-gerechte Erdung über die Befestigungsmittel erfolgen kann.
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An dem wenigstens einen Ausgang sind Versorgungs-, Überwachungs- und/oder Steuersignale ausgebbar bzw. empfangbar. Auf diese Weise ist es möglich, dass das Versorgungsmodul auch Überwachungs- und Steuerungsfunktionen für einen oder mehrere angeschlossene Servomotoren bereitstellt. Insbesondere kann über die Verbindungsleitung eine serielle Kommunikation zwischen einer Maschinensteuerung und den Antrieben geführt werden.
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Das Versorgungsmodul weist wenigstens einen zweiten Ausgang auf, der bei der Anordnungen des Versorgungsmoduls an einer Öffnung des Schaltschranks innerhalb des Schaltschranks beaufschlagbar ist. Der wenigstens eine zweite Ausgang ist funktionsgleich zu dem wenigstens einen ersten Ausgang. Der wenigstens eine zweite Ausgang kann insbesondere verwendet werden, wenn bei der Anordnung eines erfindungsgemäßen Versorgungsmoduls in einem Schaltschrank weiterhin eine der beispielsweise in der Beschreibungseinleitung genannten Kabeldurchführungsmöglichkeiten verwendet werden soll. Der wenigstens eine zweite Ausgang befindet sich demnach nach der Anordnung schaltschrankinnenseitig. Er bietet überdies die vorteilhafte Möglichkeit, bei einem vorhandenen elektrischen System beispielsweise zunächst das Versorgungsmodul ersetzen zu können und die übrigen vorhandenen Elemente, insbesondere die Verbindungsleitung, beizubehalten.
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Vorteile der Erfindung
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann eine leichte Montierbarkeit sowohl des Versorgungsmoduls als auch der externen, vorzugsweise einzigen Verbindungsleitung erreicht werden. Es ist möglich, ein bekanntes bzw. standardisiertes Verbindungssystem vorzusehen, um Standardkabel verwenden zu können, wodurch die Montage und Wartbarkeit weiter verbessert wird. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist es nicht notwendig, innerhalb eines Schaltschranks zusätzliche Kabel- und/oder Durchführungsverbindungen vorzusehen. Dies führt zu einer beträchtlichen Kosteneinsparung durch eine Reduzierung insbesondere der Montagezeiten. Schließlich ist es zusätzlich möglich, auch nach einer erfolgten Montage jederzeit eine Trennung der Verbindung auf einfache Weise zu erreichen, was auch die spätere Wartung oder einen späteren Umbau deutlich erleichtert.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Es ist besonders vorteilhaft, wenn der erste Ausgang als erste Komponente eines zerstörungsfrei lösbaren Verbindungssystems ausgebildet ist. Das Verbindungssystem ist dann insbesondere mehrmals verbind- und lösbar, was eine besonders einfache Handhabbarkeit ermöglicht, da Verbindungen bei einer Wartung schnell gelöst und anschließend wiederhergestellt werden können. Es ist möglich, die Lösbarkeit bspw. mittels eines schaltschrankinnenseitig betätigbaren Mechanismus zu steuern, um ein versehentliches Lösen der Verbindung zu verhindern. Die Verbindungsleitung für die Servomotoren kann bei Auf- und Abbau der Maschine bzw. des Schaltschranks sowie im Servicefall in einfacher Weise und ohne die Gefahr von Fehl- bzw. Falschanschlüssen verbunden und gelöst werden.
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Eine erfindungsgemäße Schaltschrankanordnung weist einen Schaltschrank mit einer Öffnung und ein erfindungsgemäßes Versorgungsmodul auf. Das Versorgungsmodul ist derart an der Öffnung des Schaltschranks angeordnet, dass die erste Komponente des Verbindungssystems mit einer zweiten Komponente des Verbindungssystems durch die Öffnung hindurch beaufschlagbar ist. Die Beaufschlagung entspricht insbesondere einer Verbindungsherstellung von außerhalb des Schaltschranks.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Versorgungsmodul derart ausgestaltet, dass die elektrische Schutzart der Schaltschrankanordnung im wesentlichen der elektrischen Schutzart des Schaltschranks entspricht. Die Öffnung des Schaltschranks wird von dem Versorgungsmodul verschlossen, so dass die elektrische Schutzart der Schaltschrankanordnung im wesentlichen der elektrischen Schutzart des Schaltschranks ohne Öffnung entspricht. Die Anordnung erfolgt somit schutzarterhaltend bzw. schutzartwiederherstellend.
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Ein erfindungsgemäßes elektrisches System weist eine erfindungsgemäße Schaltschrankanordnung sowie wenigstens eine Verbindungsleitung insbesondere zu einem Servomotor auf, wobei die Verbindungsleitung eine zweite Komponente des Verbindungssystems aufweist. Die Verbindungsleitung kann insbesondere einen Stecker oder eine Buchse eines Steckverbindungssystems aufweisen.
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Das elektrische System weist vorteilhafterweise wenigstens einen mit der wenigstens einen Verbindungsleitung verbundenen Servomotor, insbesondere einen Kompaktservomotor oder einen Servomotor mit einem motornahen Umrichter bzw. Wechselrichter auf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Versorgungsmodul genau einen ersten Ausgang auf, der über eine Verbindungsleitung mit einem oder mehreren Servomotoren verbunden ist. Bei einer Verbindung mit mehreren Servomotoren kann die Verbindungsleitung von einem Servomotor zum nächsten Servomotor durchgeschleift werden. Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung kann eine Einsparung an Versorgungsmodulen bzw. Ausgängen und an Versorgungsleitungen erzielt werden.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf die Verwendung für Kompaktservomotoren oder Servomotoren mit motornahen Umrichtern bzw. Wechselrichtern beschränkt.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen elektrischen Systems mit einer erfindungsgemäßen Schaltschrankanordnung, einer angeschlossenen Verbindungsleitung und mehreren Kompaktservomotoren.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Systems schematisch dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Das elektrische System 100 weist eine Schaltschrankanordnung 200, die einen Schaltschrank 210 sowie eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Versorgungsmoduls 220 aufweist, sowie eine Verbindungsleitung 300 auf.
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Das Versorgungsmodul 220 weist einen ersten Ausgang 221 auf, der als Buchse eines zerstörungsfrei lösbaren Steckverbindungssystems ausgebildet ist. Die Verbindungsleitung 300 weist den zugehörigen Stecker 301 auf, der als zweite Komponente des genannten Steckverbindungssystems ausgebildet ist. Das Versorgungsmodul 220 weist weiterhin Befestigungsmittel 222 auf, die zur Anordnung des Versorgungsmoduls 220 innerhalb des Schaltschranks 210 an einer Schaltschranköffnung 211 ausgebildet sind. Die Befestigungsmittel 222 sind als Schraubverbindung ausgebildet. Das Versorgungsmodul 220 weist weiterhin Anschlüsse 223 auf, die u. a. zur Aufnahme einer Versorgungsspannung ausgebildet sind. An den Anschlüssen 223 liegen ebenfalls üblicherweise Steuersignale einer übergeordneten Steuerung an. Weiterhin weisen die Anschlüsse 223 einen zweiten (internen) Ausgang 225 auf, der funktionell dem ersten (externen) Ausgang 221 entspricht und insbesondere den Betrieb von Servomotoren mit einer üblichen Kabeldurchführung ermöglicht.
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Ein übliches Versorgungsmodul weist weiterhin Funktionen zur Netzgleichrichtung sowie zur Energiespeicherung, insbesondere mittels eines Kondensators, und Zusatzfunktionen wie z. B. einen Bremswiderstand, eine Netzrückspeisung, einen Netzfilter, Überwachungs- und Steuerungsfunktionen, eine Steuerspannungserzeugung usw. auf.
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Das Versorgungsmodul 220 ist derart ausgestaltet, dass die elektrische Schutzart der Schaltschrankanordnung 200 im wesentlichen der elektrischen Schutzart des Schaltschranks 210 ohne Öffnung 211 entspricht. Zu diesem Zweck ist eine Abdichtung 224 zwischen Versorgungsmodul 220 und Schaltschrank 210 vorgesehen. Die Abdichtung bzw. 224 ist im gezeigten Beispiel Teil des Versorgungsmoduls, kann aber ebenso Teil des Schaltschranks oder ein separat vorzusehendes Teil sein.
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Die Verbindungsleitung 300 führt zu einem ersten Servomotor 400. Der Servomotor 400 wird von dem Versorgungsmodul 220 über die Verbindungsleitung 300 mit Versorgungs- und Steuersignalen versorgt. Weiterhin kann die Verbindungsleitung 300 dazu verwendet werden, den Servomotor 400, der als Kompaktservomotor ausgebildet ist, zu überwachen und zu diesem Zweck Überwachungssignale vom Kompaktservomotor 400 an das Versorgungsmodul 220 zu übermitteln.
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Gemäß der dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Systems weist das Versorgungsmodul genau einen ersten (externen) Ausgang 221 auf, der zur Versorgung und/oder Steuerung mehrerer Servomotoren geeignet ist. Zu diesem Zweck wird die Verbindungsleitung 300 vom ersten Servomotor 400 zu einem zweiten Servomotor 401, zu einem dritten Servomotor 402 usw. durchgeschleift. Dazu kann entweder, wie gezeigt, ein Servomotor 400, 401, 402 jeweils einen Anschluss für Ein- und Ausgang aufweisen, an denen je nach Ausgestaltung des elektrischen Systems je eine Leitung bzw. ein Kabel angeschlossen ist. Ebenso ist es möglich, eine durchgängige Verbindungsleitung mit mehreren Abgängen bzw. Anschlüssen vorzusehen, wenn ein Servomotor nur mit einem Eingangsanschluss ausgestattet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- elektrisches System
- 200
- Schaltschrankanordnung
- 210
- Schaltschrank
- 211
- Öffnung
- 220
- Versorgungsmodul
- 221
- erster Ausgang
- 222
- Befestigungsmittel
- 223
- Anschlüsse
- 224
- Abdichtung
- 225
- zweiter Ausgang
- 300
- Verbindungsleitung
- 301
- Stecker
- 400, 401, 402
- Kompaktservomotor
