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Die Erfindung bezieht sich auf ein Kleinsteuergerät als Modul für den Anschluss an den Controller und/oder benachbarten Modulen in der Automationstechnik, wobei das Gerät von im wesentlichen quaderförmigen Aufbau ist und der Anschluss durch Zusammenstecken des Moduls mit dem Controller und/oder anderen Modul erfolgt, jedes Modul an einander gegenüberliegenden Flächen, einen als Male oder Female-Stecker ausgebildeten Datenbus aufweist, zwischen denen im Inneren eine Datenbusleitung verläuft sowie im zusammengesteckten Zustand eine lösbare mechanische Arretierung aufweist und deren zwischen den beiden Flächen und eingeschlossene Umfangsfläche mit einem elektrischen Ein- und Ausgang versehen ist, sowie das Modul mit einem aktiven Bauelement versehen ist, das mit Ein- oder Ausgang und/oder dem Datenbus in Verbindung steht, eine der Flächen des Moduls mehrere nach außen und in Richtung der Flächennormalen überstehende Rastbolzen und die gegenüberliegende Fläche des selben Moduls hierzu komplementäre Öffnungen aufweisen und ein Schieber vorhanden ist, der zwischen einer Befestigungs- und Löseposition verschiebbar geführt ist und in der Befestigungsposition teilweise über das Modul nach außen übersteht, derart dass bei dessen Betätigung der Schieber soweit verschiebbar ist, dass die Arretierung gelöst wird.
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Auf dem Gebiet der Automation werden durch Detektoren oder Sensoren erfasste Informationen entgegengenommen und unter Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden Daten Befehle ermittelt und ausgegeben, die als Stellgrößen an entsprechende Verbraucher wie z. B. Stellmotoren weiter gegeben werden, deren Aufgabe darin bestehen, in dem betrachteten Automationsprozess ausgehend von dem Istwert den Sollwert anzunähern. Diese Aufgabe der Entgegennahmen der Messgrößen und der Erzeugung der erforderlichen Stellgrößen erfolgt durch den Controller, der im Falle digitaler Signale als Rechner ausgestaltet ist. Das Interesse des Kunden seine Automation mit einem minimalen finanziellen Aufwand zu realisieren, führt dazu, dass die Controller im Hinblick auf ihren Aufbau und deren funktionellen Möglichkeiten einfach gehalten werden mit dem Ergebnis, dass nicht alle in der Praxis der konkreten Anwendungen gewünschten Funktionalitäten durch den Controller selbst erfüllt werden können. Abhilfe schaffen hier Kleinsteuergeräte, die modulartig dem Controller vorgeschaltet werden und die in der Lage sind, die eingehenden Signale teilweise direkt zu bearbeiten und/oder aufzugreifen und auch an den Controller weiterzugeben. Diese Module können dann die in einem bestimmten Anwendungsfall gestellten Anforderungen zum Teil erfüllen, sodass die gesamte aus Controller und Modulen bestehende Einheit im Hinblick auf die funktionellen Möglichkeiten hinaus gehend über die nur durch den Controller selbst vorgegebenen Möglichkeiten erweitert wird. Ein derartiges Modul ist dadurch charakterisiert, dass es zum einen die eingehenden Signale selbst bearbeitet und zum anderen über einen Datenbus die Daten an den Controller weiter gibt, wo unter Berücksichtigung aller vorliegenden Informationen ein Ausgabebefehl erzeugt wird, der über den Datenbus des Controllers abgegeben über verschiedene Module geschickt wird, die alle an demselben Datenbus liegen und jedes Modul in der Lage ist, die für sich selbst bestimmten Datenbefehle aus dem Datenfluss des Controllers auszufiltern und nach außen abzugeben. Ein Modul besitzt also in seiner Gesamtheit jeweils zwei Ein- und Ausgabestationen, von denen die eine Eingabestation die extern gemessenen Signale entgegennimmt und die zweite Eingabestation die Informationen des Controllers. Die Ausgabestation des Moduls ist zum einen das Einspeisen von Dateninformationen, die für den Controller bestimmt sind und zum anderen den Ausgabebefehl als Stillinformation an den externen Verbraucher. Alle Module sind zusammengesteckt und bilden einen einzigen zum Controller führenden Datenbus. Jedes Modul besitzt die Fähigkeit, aus dem Datenbus jene Informationen und Befehle, die nur für dieses Modul bestimmt sind, herauszufiltern.
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Da die Controller in den unterschiedlichsten Bereichen der Technik zur Durchführung von Automationen Einsatz finden, werden für jeden Fall der Anwendung eine Vielzahl von Modulen unterschiedlichen Aufbaus und Wirkungsweise dem Controller vorgeschaltet. Auch bei Umstellungen der Anlage auf abweichende Problemstellungen und/oder Erweiterung der Anlagen ist die Verwendung anderer oder zusätzlicher Module erforderlich.
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Solche Verbindungen zwischen Modulen werden z.B. in der Offenlegungsschrift
DE 101 17 758 A1 gelehrt, in dem eine Baugruppe aus mindestens zwei Baugruppen bestehendes Automatisierungsgerät beschrieben wird, wobei die Module mit einander gegenüberliegenden Außenflächen aneinandergesetzt werden und in den Außenflächen komplementäre Stecker zum Herstellen einer Datenverbindung vorhanden sind. Als wesentliches Merkmal ist dort einer der Stecker verschiebbar angebracht, sodass in einem nicht montierten Zustand nichts über die Außenseite des Baugruppengehäuses übersteht. Die mechanische Befestigung erfolgt dort allerdings ausschließlich über den Stecker und ist entsprechend nur sehr gering belastbar. Vor dem Zusammenstecken muss des Weiteren die korrekte Ausrichtung explizit sichergestellt werden.
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In der
DE 100 13 134 A1 werden Montagerahmen für elektronische Platinen mit Verrastungs- und Entriegelungsvorrichtung beschrieben, die zu Stapeln zusammensetzbar und leicht wieder lösbar sind. Die dortige Lehre hat für die Anwendung in der Automation jedoch die Nachteile, das die Fangbolzen seitlich angebracht und nicht in den Verriegelungsmechanismus integriert sind. Des weiteren handelt es sich nur um Montagerahmen und nicht um voll funktionale Kleinsteuergeräte, weswegen das Problem des sicheren und schnellen Herstellens einer Datensteckerverbindung zwischen benachbarten Modulen weder angesprochen noch gelöst wird.
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Eine in diese Richtung gehende Lehre wird in der Patentschrift
DE 197 48 530 C1 beschrieben und zwar in Form eines modular aufbaubaren Automatisierungsgeräts bei dem die einzelnen, miteinander verbindbaren Module auf Hutschienen aufreihbar sind und die Verbindung untereinander über als Kontaktstifte mit umgebendem Schutzkragen ausgebildete Stecker sowie einen, in einer ausführungsform der dortigen Erfindung entriegelbaren, Haken erfolgt. Nachteilig bei dieser Lösung ist die erfindungswesentliche Verwendung einer Hutschiene zur Positionierung sowie zum Tragen der Last, da deren Montage einen Zusatzaufwand darstellt. Darüber hinaus ist zumindest zur Demontage, insbesondere zur Entriegelung der Verbindung der Module mit der Hutschiene, ein Werkzeug zwingend erforderlich.
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Vor diesem Hintergrund besteht die zu lösende Aufgabe darin, die Verbindung der als Module ausgelegten Kleinsteuergeräte derart zu gestalten, dass deren mechanische Befestigung bei gleichzeitigem Herstellen einer Datenverbindung, sowie deren Lösen und Austauschen mit geringstem Aufwand erfolgen kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass eine der Flächen des Moduls mehrere nach außen und in Richtung der Flächennormalen überstehende Rastbolzen und die gegenüberliegende Fläche des selben Moduls hierzu komplementäre Öffnungen aufweisen und auf der Innenwand der die Öffnungen aufweisenden Fläche ein Schieber angebracht ist, der zwischen einer Befestigungs- und Löseposition verschiebbar geführt ist und in der Befestigungsposition in die Rastbolzen zur Arretierung eingreift, wobei der Schieber in der Befestigungsposition teilweise über das Modul nach außen übersteht, derart dass bei dessen Betätigung der Schieber soweit verschiebbar ist, dass die Arretierung gelöst wird.
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Das Kleinsteuergerät ist in seinem grundsätzlichen Aufbau quaderförmig ausgebildet und an zwei gegenüberliegenden Flächen mit einem Datenbusstecker versehen. In dieser Fläche sind nach außen überstehende Rastbolzen befestigt, die in Richtung der Flächennormalen ausgerichtet sind. Die gegenüberliegende Fläche desselben Moduls, die ebenfalls einen Datenbusstecker aufweist, besitzt Öffnungen, die komplementär zu den Rastbolzen bemessen sind. Mehrere Module dieses Aufbaues können dann rasch und problemlos dadurch verbunden werden, dass die Rastbolzen der einen Fläche in die Öffnungen der Fläche des benachbarten Moduls eingesetzt werden. Die Bewegungsrichtung dieses Zusammenschiebens stellt sicher, dass auch die Datenbusstecker zusammengefügt werden, sodass im Ergebnis die Verbindung zwischen den beiden Modulen - abgesehen von der flächigen Anlage - durch das Einfügen der Rastbolzen in die Öffnung und das Zusammenstecken des Datenbussteckers erfolgt. Es bleibt klarstellend festzuhalten, dass die sich auf der Umfangsfläche angeordneten elektrischen Ein- und Ausgänge durch das Zusammenstecken weiterhin frei zugänglich bleiben und deshalb das Zusammenfügen der Module hierauf ohne Auswirkungen bleibt. Die elektrischen Ein- und Ausgänge auf der quaderförmigen Umfangsfläche verlaufen im Hinblick auf ihre Einsteckrichtung senkrecht zu der durch die Datenbusstecker eines Moduls definierten Achse.
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Zur lösbaren Arretierung der Rastbolzen im eingeschobenen Zustand findet sich auf der Innenwand der mit den Öffnungen versehenen Fläche und damit im Inneren des Moduls ein Schieber, der über eine Führung in eine Befestigungs- und in eine Löseposition verbracht werden kann, wobei er in der Befestigungsposition in den Rastbolzen zu dessen Arretierung eingreift. Der Schieber verläuft nahezu vollständig im Inneren des Moduls und ist demzufolge von außen nicht ohne weiteres zugänglich. Es muss deshalb vorgesehen sein, dass der Schieber, sofern er sich in der Befestigungsposition befindet teilweise über das Gehäuse des Moduls soweit nach außen übersteht, dass eine Betätigung durch Druck auf den Schieber diesen soweit bewegt, dass die Arretierung gelöst wird. Der Überstand hat die Aufgabe, bei externer Betätigung durch Ausüben eines Druckes in Richtung der Bewegung des Schiebers diesen aus der Befestigungsposition in die Löseposition zu überführen und hierdurch die Rastbolzen freizugeben.
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Die Verwendung von Rastbolzen, die in üblicherweise als im wesentlichen zylindrischer Körper definiert werden, hat den entscheidenden Vorteil, dass beim Zusammenfügen eine Ausrichtung selbsttätig erfolgt.
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Das Zusammenfügen der einzelnen Module geschieht auf einfachste Weise dadurch, dass die korrespondierenden Flächen der benachbarten Module zusammengelegt und über einen Schieber lösbar gesichert werden.
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Der Nachteil der bisher beschriebenen Ausführungsformen besteht darin, dass sowohl beim Zusammenfügen der Module zum Zwecke der Arretierung als auch zum Lösen derselben eine Betätigung des Schiebers von außen erfolgen muss. Hier eine weitere Vereinfachung zu erreichen besteht in der Ausgestaltung, den Schieber durch eine entsprechende angebrachte Druckfeder in Richtung der Befestigungsposition zu verschieben bzw. dort kräftemäßig zu fixieren. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass das Verbinden benachbarter Module einzig durch Zusammenpressen der korrespondierenden Flächen erfolgen kann, da mit Erreichung der Endposition der federbelastete Schieber automatisch in die Arretierungsposition übergeht. Einzig beim Trennen muss neben den Auseinanderziehen der Module und in dieser Arbeitsphase ein Druck von außen auf den Schieber ausgeübt werden, um ihn in die Löseposition zu überführen.
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Als weiterer Vorteil ist zu nennen, dass durch die vollautomatische Verriegelung ausgeschlossen ist, dass eine oder mehrere Verriegelungspunkte, die der manuellen Betätigung bedürfen, übersehen werden und somit die mechanische aber auch elektronische Kontaktsicherheit wesentlich verbessert wird.
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Zur konkreten Realisierung der Arretierung weisen die Rastbolzen in Richtung auf den Schieber zu orientierte Nuten auf, die so dimensioniert sind, dass die Kanten des Schiebers eingreifen können. In der Befestigungsposition greift der Rand des Schiebers mehr oder weniger tief in die Nuten ein und bildet auf diese Weise, also dann wenn sich der Schieber in dieser Befestigungsposition befindet, durch Hinterschneiden eine Arretierung.
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In der praktischen Anwendung ist es von nicht unerheblicher Bedeutung, dass die Befestigungen der benachbarten Module zum einen deshalb, als in der Regel eine größere Anzahl an Modulen sich in Richtung des Datenmoduls anschließen und zu einer kräftemäßigen Belastung führen, aber auch durch das notwendige Belegen der elektrischen Ein- und Ausgänge auf der Umfangsfläche zu einer mechanischen Belastung führen. Um die Abstützung benachbarter Module optimal zu gestalten, sind die gegenüberliegenden Flächen der benachbarten Module derart geformt, dass eine flächige Anlage verwirklicht wird, sodass der zu übertragende Kraftfluss breitflächig und folglich ohne Belastungsspitzen übertragen werden kann.
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Eine weitere Maßnahme, die die Verbesserung der Kraftübertragung aber auch zum ausgerichteten Zusammenstecken der benachbarten Module führt, besteht darin, mindestens zwei Rastbolzen vorzuschlagen. Würde nur ein einziger Rastbolzen vorgesehen sein, wäre die erfindungsgemäße Funktion gesichert, sie hätte aber entscheidenden Nachteil, dass vor jedem Zusammenstecken eine präzise Ausrichtung relativ zueinander erfolgen müsste. Je größer die Anforderungen an die Robustheit der Verbindung der Module während der Konstruktionsphase sind, umso höher wird die Anzahl der vorgesehenen Rastbolzen sein.
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Erhebliche Einsparungen an Herstellungskosten aber auch Einfachheit in der Montage der Feder und Schieber lassen sich bei Einstückigkeit erreichen. Die Auswahl elastischer Materialien, die sich für die Herstellung von Schieber als auch Feder eignet, stellt kein Problem dar.
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Ein weiterer Schritt zur Vereinfachung der Herstellung stellt die Maßnahme dar, die Fläche mit den Rastbolzen einstückig und demzufolge in einem einzigen Arbeitsgang herzustellen.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, an den Rastbolzen im Bereich der der Fläche gegenüberliegenden umlaufenden Kante, also dort wo der Eingriff in die Öffnungen der benachbarten Fläche erfolgt, eine Fase anzuformen. Durch diese Maßnahme wird das Zusammenfügen durch Einstecken des Rastbolzens in die Öffnungen wesentlich erleichtert. Die Fasen bilden eine das Einschieben des Rastbolzens vereinfachende und als Gleitfläche wirkende Schräge.
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Die Arretierung selbst lässt sich dadurch erleichtern, dass entweder in der den Schieber aufnehmenden Nuten im Rastbolzen und/oder an der Stirnfläche des Schiebers und zwar dort, wo der Kontakt mit den Rastbolzen entsteht, jeweils Fasen angebracht sind, die das Einfädeln des Schiebers in die Nut erleichtern. Selbstverständlich können beide vorbeschriebenen Maßnahmen getrennt voneinander zur Anwendung kommen. Die Fase ist zudem so orientiert, dass sie eine Führung bildet, die die Herstellung des Eingriffes des Schiebers in die Nut erleichtert. Sollte also der Rastbolzen nicht vollständig bis in die Anschlagsposition verbracht sein, führen das Anbringen von Fasen an Rastbolzen und/oder dem Schieber dazu, dass die Befestigungsposition in der die Arretierung stattfindet, durch die Eigenschaften als Gleitfläche zu wirken, besonders leicht in der Handhabung erreicht werden kann.
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Eine weitere bevorzugte Maßnahme besteht darin, dass die Feder aus zwei oder mehr separaten Flügeln gebildet wird, die jeweils für sich in der Lage sind die Kraftwirkung im erfindungsgemäßen Sinne auf den Schieber zu entfalten. Dies hat den entscheidenden Vorteil, wenn einer der Flügel der Feder ausfallen sollte nach wie vor die Funktion der selbstständigen Verriegelung durch den Schieber sichergestellt bleibt.
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Der Anspruch dieser Patentanmeldung ist ausdrücklich auch darauf gerichtet, jene Vorrichtung zu beschreiben, die sich durch Zusammenfügen mehrerer Module ergeben.
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Aber auch jenes System, in dem einzelne und mehrere Module im zusammengesteckten Zustand an einem Controller angeschlossen sind. Dabei wird das dem Controller nächst liegende Modul in der üblichen Weise zur Herstellung des Datenbusses zusammengesteckt.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Beschreibungsteil entnehmen, dem anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert wird.
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Die 1 zeigt eine aus drei Modulen bestehende Einheit in Explosionsdarstellung, d. h. in der Phase des Zusammenbaus. Damit zeigt das mittlere Modul 1a hier an der Zahl vier Rastbolzen 2. Sie sind im Wesentlichen in Richtung der Ecken des quaderförmigen Aufbaues 3 ausgerichtet. Etwa in der Mitte zur linken Seite hin ist Male-Stecker 4 des Datenbusses wiedergegeben. Aufgrund des quaderförmigen Aufbaues 3 erkennt man die auf der Umfangsfläche nach vorne auf den Betrachter zu angeorderten elektrischen Ein- und Ausgänge 5. Schließlich erkennt man noch am oberen Ende das teilweise über den Aufbau 3 hinaus stehende Ende des Schiebers 6. Das linke Modul 1b ist gegenüber dem erstbeschriebenen mittleren Modul 1a umgeklappt. Es zeigt, wie bereits zu Modul 1a beschrieben, die elektrischen Ein- und Ausgänge 5 sowie den am oberen Ende mittig überstehenden Schieber 6. Des Weiteren ist als Gegenhalterung der Male-Stecker des Datenbusses 4 im mittleren Modul 1a passgenau in den Female-Stecker der Datenbusverbindung 4 in die Fläche 7 eingebracht. Zu diesem Zweck durchgreift der Male-Stecker des Datenbus 4 eine entsprechende Öffnung der Fläche 7. Zur Herstellung der Verbindung ist die Fläche 7 mit zu den Rastbolzen 2 korrespondierenden Öffnungen 8 versehen. Beim Aufsetzen der Fläche 7 des linken Moduls 1b auf das mittlere Modul 1a greifen die Rastbolzen 2 in die Öffnungen 8 passgenau ein und es kommt zudem zu der flächigen Anlage dieser beiden Module.
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Der rechte Teil der Explosionsdarstellung zeigt das die Fläche 7 sowie deren Randbereiche wiedergebende Gehäuseteil. An der Innenwand der Fläche 7 ist zur Verdeutlichung der Arretierung der Rastbolzen der Schieber 6 vollständig wiedergegeben. Er ist von H-förmiger Gestalt, steht nach oben zu mit einer Nase geringfügig über. Die Bewegung des Schiebers 6 erfolgt in Richtung dieser Nase und weist hierzu eine mittige Führung 9 auf, die nach Art einer Schiene die eindimensionale Bewegbarkeit des Schiebers sicherstellt. An dem der Nase gegenüberliegenden Ende befindet sich die aus zwei Flügel bestehende Feder 10. Als Druckfeder ausgebildet, wird der Schieber 6 nach oben zu gepresst und tritt nach außen zu über das Gehäuse hinaus und ist demzufolge betätigbar. Bei einem Druck auf diese Nase bewegt sich der Schieber 6 entlang der Führung 9 nach unten zu und führt zu einer Kompression der Feder 10. Hierdurch wird die Löseposition beschrieben. Wird hingegen der Schieber 6 freigegeben, bewegt er sich unter dem Einfluss der Kompressionskraft der Feder 10 in die Befestigungsposition.
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Die Verriegelung bzw. Arretierung erfolgt dadurch, dass an den Schieber 6 im gezeigten Beispiel vier Kanten 11 im Bereich der Öffnungen 8 angeformt sind, die in ihrer Form so dimensioniert sind, dass sie in der Befestigungsposition in die die Öffnung 8 durchgreifende und in der Darstellung 1c nicht gezeigte Rastbolzen eingreifen und dadurch sichern. Die Dimensionierung hat andererseits so zu erfolgen, dass der Schieber 6 in der Löseposition die Rastbolzen 2 freigibt, sodass eine Trennung der benachbarten Module möglich wird.
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In Darstellung des Moduls 1a erkennt man, dass zu diesem Zweck die Rastbolzen 2 von der Unterseite, d. h. mit Nuten versehen sind. Des Weiteren sind die Rastbolzen 2 mit einer umlaufenden Fase versehen, um das Einfädeln in die Öffnung 8 zu erleichtern.
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Der Zusammenbau benachbarter Module erfolgt dadurch, dass die Rastbolzen 2 des einen Moduls 1a in die in der Fläche 7 des benachbarten Moduls 8 passgenau eingebrachten Öffnungen angesteckt werden. Gleichzeitig wird die Steckverbindung der Leitung des Datenbusses 4 völlig selbsttätig hergestellt. Während des Durchgriffes der Rastbolzen 2 durch die Öffnung 8 wird der Schieber 6 entgegen der Kompressionsfeder 10 nach unten bewegt, wobei der Schieber 6 mit Erreichen der Befestigungsposition in die Rastbolzen eingreift. Dieser Arretiervorgang zur Erreichung der Befestigungsposition läuft selbsttätig, d. h. ohne äußere Einwirkung ab.
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Für das Öffnen der Verbindung wird der Schieber 6 über die nach außen überstehenden Fase wiederum entgegen der Kraft der Feder 10 bewegt und zwar so weit, dass der Hintergriff der Rastbolzen 2 beendet und damit die Verbindung zwischen den benachbarten Modulen gelöst werden. Demnach sind in der Löseposition simultan ein Bewegen des Schiebers 6 zum Lösen der Rastbolzen 2 und zum anderen ein Trennen der beiden benachbarten Module 1 durch ein Auseinanderziehen erforderlich.
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Bezugszeichenliste
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- 1a
- Modul mittleres
- 1b
- Modul linkes
- 2
- Rastbolzen
- 3
- Aufbau, quaderförmig
- 4
- Datenbus mit Male-Stecker
- 5
- elektrischer Ein-/ Ausgang
- 6
- Schieber
- 7
- Fläche
- 8
- Öffnung
- 9
- Führung des Schiebers
- 10
- Feder
- 11
- Kanten des Schiebers
