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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verarbeiten von zwischen einer Steuerung und einem oder mehreren Feldgeräten übertragenen Signalen.
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Steuerungen, insbesondere speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), sind gegebenenfalls über Logikeinheiten mit Signalverarbeitungsmodulen verbindbar, um verschiedenste Signalformen feldseitig zu erfassen oder auszugeben. Dies wird auch als Signalkonditionierung oder fachsprachlich allgemeiner als „marshalling“ bezeichnet. Das Dokument
US 9 971 727 B2 beschreibt ein Interposer-System zum Verarbeiten von Eingabe- und/oder Ausgabe-Signalen, die zwischen einem Feldgerät und einer Steuerung übertragen werden. Das System umfasst einen Träger, auf den die Signalverarbeitungsmodule mit einer Signalverarbeitungsschaltung gesteckt werden. Der Träger umfasst sowohl einen feldseitigen Anschluss als auch einen steuerungsseitigen Anschluss.
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Jedoch ist bei herkömmlichen Interposer-Systemen an jedem Steckplatz, in den ein Module einsteckbar ist, eine aufwendige Steckverbinderhälfte notwendig, welche die notwendige elektrische und mechanische Verbindung an der in Steckrichtung vorauslaufenden Kante des Moduls ermöglicht. Auch jedes Modul muss eine entsprechend aufwendige komplementäre Steckverbinderhälfte zur mechanischen und elektrischen Verbindung umfassen.
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Somit besteht vor dem Hintergrund des Stands der Technik die Aufgabe darin, eine Technik zur Signalverarbeitung zwischen Feldgeräten und mindestens einer Steuerung anzugeben, bei der Träger und Module einfacher herzustellen sind. Eine alternative oder spezifischere Aufgabe ist, dass die Module flacher bauen und auf dem Träger dichter anzuordnen sind.
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Die Aufgabe wird oder diese Aufgaben werden mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden unter teilweiser Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt umfasst eine Vorrichtung zum Verarbeiten von zwischen einer Steuerung und einem oder mehreren Feldgeräten übertragenen Signalen einen Träger und mindestens ein Modul.
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Der Träger umfasst eine Steuer-Schnittstelle, eine Feld-Schnittstelle und einen Steckplatz oder mehrere Steckplätze. Die Steuer-Schnittstelle ist zum Anschluss von einem oder mehreren elektrischen Leitungskanälen der Steuerung ausgebildet. Die Feld-Schnittstelle ist zum Anschluss von Ein- und/oder Ausgabe-Signalleitungen (EA-Signalleitungen, oder kurz: Signalleitungen) des einen Feldgeräts oder der mehreren Feldgeräte ausgebildet. Der eine Steckplatz oder die mehreren Steckplätze sind jeweils zur lösbaren mechanischen Verbindung eines Moduls in einer Steckrichtung und im mechanisch verbundenen Zustand zur elektrischen Verbindung des jeweiligen Moduls mit dem oder einem der Leitungskanäle und mit den EA-Signalleitungen des oder eines der Feldgeräte ausgebildet.
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Das mindestens eine Modul ist zur lösbaren mechanischen Verbindung mit dem Träger an dem Steckplatz oder einem der Steckplätze ausgebildet. Das mindestens eine Modul ist ferner dazu ausgebildet, im mechanisch verbundenen Zustand Signale vom elektrisch verbundenen Leitungskanal zu verarbeiten und an den elektrisch verbundenen EA-Signalleitungen auszugeben und/oder Signale von den elektrisch verbundenen EA-Signalleitungen zu verarbeiten und am elektrisch verbundenen Leitungskanal auszugeben. Der Steckplatz oder jeder Steckplatz ist jeweils dazu ausgebildet, das Modul an einer ersten Stelle des Moduls elektrisch zu verbinden und weist an oder bei der ersten Stelle einen mechanischen Freiheitsgrad quer zur Steckrichtung zwischen Modul und Träger auf. Die mechanische Verbindung des Steckplatzes legt den mechanischen Freiheitsgrad der ersten Stelle an einer von der ersten Stelle verschiedenen zweiten Stelle des Moduls fest.
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Bei Ausführungsbeispiele der Vorrichtung kann aufgrund der von der ersten Stelle zur elektrischen Verbindung verschiedenen zweiten Stelle zur Festlegung des mechanischen Freiheitsgrads die elektrische Verbindung an der ersten Stelle (beispielsweise gegenüber dem genannten Stand der Technik) vereinfacht aufgebaut sein. Beispielsweise können Ausführungsbeispiele des Trägers und/oder der Module auf eine Steckverbinderhälfte an der ersten Stelle verzichten und/oder kostengünstiger herstellbar sein. Alternativ oder ergänzend können Ausführungsbeispiele des Trägers und/oder der Module mehr Steckplätze aufweisen und/oder voneinander enger beabstandete Steckplätze aufweisen und/oder kompakter gebaut sein. Beispielsweise kann eine Dichte der Steckplätze am Träger erhöht sein (d.h. ein Abstand zwischen den Steckplätzen kann verkürzt sein) und/oder das mindestens eine Modul kann jeweils flacher bauen.
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Der Steckplatz des Trägers kann zur elektrischen Verbindung des jeweiligen Moduls elektrische Kontakte (vorzugsweise Federkontakte, beispielsweise Federklemmen) umfassen. Optional kann eine Positionierung und/oder eine Belegung dieser elektrischen Kontakte gemäß dem Dokument
US 9 971 727 B2 ausgebildet sein, wobei (beispielsweise abweichend vom genannten Stand der Technik) die elektrischen Kontakte den mechanischen Freiheitsgrad quer zur Steckrichtung aufweisen und/oder dazu ausgebildet sind, den mechanischen Freiheitsgrad quer zur Steckrichtung zu ermöglichen. Beispielsweise umfasst der Steckplatz oder jeder Steckplatz jeweils eine rahmenlose Reihe von Federkontakten (beispielsweise Federklemmen).
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Alternativ oder ergänzend kann das Modul oder jedes Modul an der ersten Stelle elektrische Leiterbahnen umfassen zur elektrischen Verbindung mit dem Leitungskanal und den EA-Signalleitungen des jeweiligen Moduls. Optional kann eine Positionierung und/oder eine Belegung dieser elektrischen Leiterbahnen gemäß dem Dokument
US 9 971 727 B2 ausgebildet sein, wobei (beispielsweise abweichend vom genannten Stand der Technik) die elektrischen Leiterbahnen den mechanischen Freiheitsgrad quer zur Steckrichtung aufweisen und/oder dazu ausgebildet sind, den mechanischen Freiheitsgrad quer zur Steckrichtung zu ermöglichen.
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Die EA-Signalleitungen können auch als Input- und/oder Output-Signalleitungen, als IO-Signalleitungen, oder kurz als Signalleitungen bezeichnet werden. Der mechanische Freiheitsgrad kann auch als kurz als Freiheitsgrad bezeichnet werden.
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Die Verarbeitung der Signale kann als Signalverarbeitung bezeichnet sein. Das oder die Module können jeweils zur Signalverarbeitung ausgebildet sein (auch bezeichnet als signalverarbeitende Module). Ausführungsbeispiele des oder der (vorzugsweise signalverarbeitenden) Module können zunächst an dem Steckplatz oder einem der Steckplätze des Trägers angeordnet oder anordenbar sein.
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Ausführungsbeispiele können einen Wechsel des Moduls oder einzelner Module am Träger ermöglichen, beispielsweise unabhängig voneinander und/oder im Betrieb der Steuerung, der Vorrichtung und/oder der anderen Module. Durch die mechanische Verbindung an der zweiten Stelle kann ein einzelnes Modul unabhängig von den anderen Modulen zuverlässig vom Steckplatz entnehmbar oder mechanisch lösbar sein, beispielsweise ohne ein benachbartes Modul versehentlich zu entnehmen oder mechanisch zu lösen.
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Durch den Wechsel einzelner Module kann ein Defekt der Signalverarbeitung behoben werden oder eine Anpassung der Signalverarbeitung ermöglicht sein, beispielsweise ohne einen Anschluss zur elektrischen Verbindung mit dem oder den Feldgeräten (d.h. die Feld-Schnittstellen zum Anschluss der EA-Signalleitungen der Feldgeräte) und/oder einen Anschluss zur elektrischen Verbindung mit der Steuerung (d.h. die Steuer-Schnittstelle zum Anschluss der Leitungskanäle) zu trennen.
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Beispielsweise kann das Modul zur Entnahme vom Steckplatz (vorzugsweise direkt) mechanisch lösbar und/oder entriegelbar und/oder entnehmbar sein, beispielsweise an der zweiten Stelle und/oder an einem der ersten Stelle gegenüberliegenden Ende des Moduls und/oder zwischen der zweiten Stelle und dem Ende. Alternativ oder ergänzend kann die mechanische Verbindung zwischen Steckplatz und Modul an der zweiten Stelle dazu ausgebildet sein, den mechanischen Freiheitsgrad quer zur Steckrichtung festzulegen, vorzugsweise während die elektrische Verbindung des Moduls an der ersten Stelle gelöst wird. Dadurch kann eine fehlerhafte oder schädigende elektrische Verbindung oder ein Kurzschluss während der Entnahme verhinderbar sein.
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Ein Anschließen oder elektrisches Verbinden des Moduls bei der mechanischen Verbindung oder dem Einstecken des Moduls und/oder ein Trennen der elektrischen Verbindung des Moduls beim Lösen der mechanischen Verbindung des Moduls kann ein Anschließen bzw. Trennen der Signalleitungen (beispielsweise zwischen dem Steckplatz und der ersten Stelle) für das jeweilige Modul und/oder ein Anschließen bzw. Trennen des Leitungskanals oder der Leitungskanäle (beispielsweise zwischen Steckplatz und der ersten Stelle) für das jeweilige Modul umfassen.
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Die Module können dazu ausgebildet sein, im mechanisch verbundenen Zustand über den jeweiligen Leitungskanal einen (vorzugsweise bidirektionalen) Kommunikationskanal mit der Steuerung aufzubauen.
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Die Steuerung kann eine (beispielsweise industrielle) Prozesssteuerung sein. Der Träger kann auch als Trägerboard oder Interposer bezeichnet werden. Die Feldgeräte können Sensoren und/oder Aktoren umfassen.
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Ausführungsbeispiele können eine einfache Adaption des Moduls oder eines der Module auf dem Träger ermöglichen. Alternativ oder ergänzend kann ein variabler Anschluss des jeweiligen Feldgeräts an einem beliebigen Leitungskanal der Steuerung ermöglicht sein. Beispielsweise kann durch den Wechsel eines einzelnen Moduls die jeweilige Signalverarbeitung eine für das betreffende Feldgerät spezifische Funktion und/oder Signalform umfassen.
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Jede hierin genannte Schnittstelle kann mittels einer Klemme oder einer Steckverbinderhälfte realisiert sein, beispielsweise einer Buchse, eines Steckers oder einer hermaphroditischen Steckverbinderhälfte. Beispielsweise kann die Feld-Schnittstelle einen Steckeranschluss und/oder einen Klemmenanschluss umfassen.
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Eine Belegung der Feld-Schnittstelle und/oder der elektrischen Verbindung zwischen Steckplatz des Trägers und erster Stelle des Moduls kann Kontakte umfassen, die mit EA-Signalleitungen verbunden oder verbindbar sind, beispielsweise für einen Temperaturfühler (beispielsweise einen Widerstandsfühler bzw. fachsprachlich „Resistance Temperature Detector“ oder „RTD“; und/oder einen Leiter mit positivem Temperaturkoeffizient bzw. fachsprachlich „PTC“; und/oder einen Leiter mit negativem Temperaturkoeffizient bzw. fachsprachlich „NTC“); einen digitalen oder binären Ausgang (beispielsweise für Logikpegel, vorzugsweise gemäß „Transistor-Transistor-Logik“ oder TTL); und/oder einen digitalen oder binären Eingang (beispielsweise für Logikpegel, vorzugsweise gemäß „Transistor-Transistor-Logik“ oder TTL); und/oder eine Gleichspannungsversorgung und/oder ein elektrisches Massepotential (beispielsweise eine Funktionserdung oder eine Schutzerdung).
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Die erste Stelle des Moduls kann von der zweiten Stelle des Moduls beabstandet sein. Die erste und/oder die zweite Stelle können Stellen einer Leiterplatine des Moduls sein oder Stellen eines Modulgehäuses, beispielsweise in dem das Modul oder eine Signalverarbeitungseinheit angeordnet ist. Soweit hierin auf die erste oder zweite Stelle im Zusammenhang mit dem Träger, beispielsweise dem Steckplatz, Bezug genommen ist, kann damit eine mit der ersten bzw. zweiten Stelle (vorzugsweise im mechanisch verbundenen Zustand) korrespondierende Stelle am Träger, beispielsweise am Steckplatz, offenbart oder bestimmt sein.
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Eine erste Kante des Moduls oder des Modulgehäuses, vorzugsweise eine in der Steckrichtung vorauseilende Kante des Moduls oder des Modulgehäuses, kann die erste Stelle des Moduls umfassen. Die erste Kante des Moduls oder des Modulgehäuses kann quer, vorzugsweise senkrecht, zur Steckrichtung und/oder parallel zur Richtung des mechanischen Freiheitsgrads sein.
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Eine zweite Kante des Moduls oder des Modulgehäuses, die von der ersten Kante verschieden sein kann, kann die zweite Stelle des Moduls umfassen. Die zweite Kante des Moduls kann parallel zur Steckrichtung und/oder quer, vorzugsweise senkrecht, zur Richtung des mechanischen Freiheitsgrads sein.
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Die erste Stelle des Moduls kann (beispielsweise nicht-isolierte oder freiliegende) Leiterbahnen umfassen. Die Leiterbahnen können zur Übertragung der Signale vom oder an den elektrisch verbundenen Leitungskanal oder die elektrisch verbundenen Leitungskanäle angeordnet und/oder ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend können die Leiterbahnen zur Übertragung der Signale von den oder an die elektrisch verbundenen EA-Signalleitungen angeordnet und/oder ausgebildet sein.
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Der Steckplatz oder der jeder Steckplatz kann jeweils zur elektrischen Verbindung Federkontakte umfassen. Die Federkontakte können in einer Reihe parallel zur Richtung des Freiheitsgrads angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend können die Federkontakte zweiseitige Federkontakte oder Tulpenkontakte zur Kontaktierung der Leiterbahnen und/oder Federkontakte zur Übertragung der Signale vom oder an den elektrisch verbundenen Leitungskanal und/oder Federkontakte zur Übertragung der Signale von den oder an die elektrisch verbundenen EA-Signalleitungen.
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Die zweiseitigen Federkontakte oder Tulpenkontakte können in Flucht zum Freiheitsgrad stehen. Alternativ oder ergänzend können die zweiseitigen Federkontakte oder Tulpenkontakte in Richtung des Freiheitsgrads offen sein.
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An der ersten Stelle des Moduls können Kontaktfedern am Modul auskragen oder herausragen, beispielsweise in der Steckrichtung. Die Kontaktfedern können angeordnet und/oder ausgebildet sein zur elektrischen Verbindung des jeweiligen Leitungskanals, beispielsweise zum Kontaktieren von Kontakten seitens des Trägers, an denen der jeweilige Leitungskanal anliegt. Alternativ oder ergänzend können die Kontaktfedern zur elektrischen Verbindung der jeweiligen EA-Signalleitungen ausgebildet sein.
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Der jeweilige Steckplatz kann zur elektrischen Verbindung (beispielsweise mit dem Modul) kreisrunde Löcher oder Langlöcher umfassen. Beispielsweise können die kreisrunden Löcher oder die Langlöcher in einer Reihe parallel zur Richtung des mechanischen Freiheitsgrads angeordnete sein. Alternativ oder ergänzend können die Langlöcher parallel zur Richtung des mechanischen Freiheitsgrads ausgerichtete sein.
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Jedes der kreisrunden Löcher oder jedes der Langlöcher kann eine am Rand des kreisrunden Lochs bzw. des Langlochs umlaufende Kontaktfläche zur Kontaktierung der Kontaktfedern aufweisen.
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An der ersten Stelle kann mindestens eine Elektrode am Modul dazu angeordnet sein, im mechanisch verbundenen Zustand mit einer Funktionserdung des Trägers kapazitiv zu koppeln. Beispielsweise können mindestens zwei Elektroden zur Funktionserdung jeweils einer steuerungsseitigen Schnittstelle und einer feldseitigen Schnittstelle des Moduls an der ersten Stelle angeordnet sein.
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Der jeweilige Steckplatz kann mindestens eine geerdete Elektrode umfassen. Die geerdete Elektrode kann dazu angeordnet sein, im mechanisch verbundenen Zustand kapazitiv mit dem Modul zu koppeln. Mindestens zwei geerdete Elektroden können parallel zur oder entlang der Richtung des Freiheitsgrads angeordnet sein.
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Beispielsweise sind mindestens zwei Elektroden am Modul und mindestens zwei Elektroden am Steckplatz zur paarweisen kapazitiven Kopplung im mechanisch verbundenen Zustand angeordnet. Ein erstes Paar mit einer ersten Elektrode des Moduls und einer ersten Elektrode des Steckplatzes erreicht eine Erdung auf der Steuerungsseite. Ein zweites Paar mit einer zweiten Elektrode des Moduls und einer zweiten Elektrode des Steckplatzes erreicht eine Erdung auf der Feldseite.
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Das Modul kann Elektroden zur kapazitiven Kopplung mit den geerdeten Elektroden am Steckplatz umfassen. Die Elektroden zur kapazitiven Kopplung am Modul können eine isolierende Schicht (beispielsweise eine Lackschicht) aufweisen. Alternativ oder ergänzend können die Elektroden zur kapazitiven Kopplung am Modul jeweils ein Ende einer (mittels der Schicht isolierten und/oder freiliegenden) Leiterbahn oder eine Kontaktfläche sein. Die Elektroden zur (beispielsweise kapazitiven oder galvanischen, d.h. direkten) Kopplung am Steckplatz können Tulpenkontakte oder Kontaktflächen umfassen.
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Eine Spannungsfestigkeit der kapazitiven Kopplung kann durch eine Durchschlagfestigkeit (bspw. gem. Normenreihe IEC 60243) der kapazitiven Kopplung bestimmt sein. Insbesondere kann die Spannungsfestigkeit durch mindestens einen der folgenden Parameter bestimmt sein: Lackschichtdicke (beispielsweise der Lackschicht am Ende der Leiterbahn), eine ElektronenAustrittsarbeit eines Lackmaterials (beispielsweise der Lackschicht am Ende der Leiterbahn) und eine chemische Bindungsenergie des Lackmaterials (beispielsweise der Lackschicht am Ende der Leiterbahn). Die kapazitive Kopplung mittels eines zweiseitige Federkontakts kann einer Parallel-Schaltung zweier unterschiedlicher Kapazitäten entsprechen, wodurch sich die Kapazitäten jeder Seite addieren.
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Das Modul kann eine Signalverarbeitungseinheit umfassen. Die Signalverarbeitungseinheit kann dazu ausgebildet sein, die Signale vom elektrisch verbundenen Leitungskanal zu verarbeiten und an den elektrisch verbundenen EA-Signalleitungen auszugeben und/oder die Signale von den elektrisch verbundenen EA-Signalleitungen zu verarbeiten und am elektrisch verbundenen Leitungskanal auszugeben. Das Modul kann ferner eine die Signalverarbeitungseinheit tragende Leiterplatte (auch: Platine) mit einer Vielzahl die Signalverarbeitungseinheit kontaktierenden Leiterbahnen umfassen. Die erste Stelle kann eine erste Kante (beispielsweise die in der Steckrichtung vorauslaufende Kante) der Platine umfassen, an der die Leiterbahnen enden.
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Die Steuer-Schnittstelle des Trägers kann eine Steckverbinderhälfte, vorzugsweise eine Buchse oder einen Stecker, umfassen, die zum Anschluss des oder der elektrischen Leitungskanäle der Steuerung ausgebildet ist. Alle Leitungskanäle können mittels einer einzigen Steckverbinderhälfte des Trägers und/oder auf dem Träger anschließbar sein. Die Steckverbinderhälfte kann zur Steckverbindung mit einer komplementären Steckverbinderhälfte ausgebildet sein. Die komplementäre Steckverbinderhälfte kann mindestens zwei Leitungskanäle mechanisch zusammenhängend umfassen.
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Der Träger kann dazu ausgebildet sein, an verschiedenen Steckplätzen verschiedene Leitungskanäle der Steuerung durchzuleiten. Die Durchleitung der Leitungskanäle kann eine 1-zu-1-Verbindung von der Steuer-Schnittstelle oder der Steuerung zum Steckplatz oder Modul sein. Der Träger kann dazu ausgebildet sein, an jedem der Steckplätze jeweils einen der Leitungskanäle der Steuer-Schnittstelle durchzuleiten. Der Träger kann dazu ausgebildet sein, jeweils genau einen von mindestens zwei elektrischen Leitungskanäle eineindeutig an jeweils einem der Steckplätze durchzuleiten.
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Alternativ oder ergänzend kann die Feld-Schnittstelle eine Steckverbinderhälfte, vorzugsweise eine Buchse oder einen Stecker, umfassen zum Anschluss der Signalleitungen des oder der Feldgeräte.
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Der Träger kann dazu ausgebildet sein, an verschiedenen Steckplätzen verschiedene Signalleitungen der Feldgeräte durchzuleiten. Die Durchleitung der Signalleitungen kann eine 1-zu-1-Verbindung von der Feld-Schnittstelle oder den Feldgeräten zum Steckplatz oder Modul sein. Der Träger kann dazu ausgebildet sein, an jedem der Steckplätze jeweils eine Signalleitung der Steuerung durchzuleiten. Der Träger kann dazu ausgebildet sein, jeweils genau eine von mindestens zwei Signalleitungen eineindeutig an jeweils einem der Steckplätze durchzuleiten.
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Die Steuerung kann eine (beispielsweise industrielle) Prozesssteuerung sein. Der Träger kann auch als Trägerboard oder Interposer bezeichnet werden. Die Feldgeräte können Sensoren und/oder Aktoren umfassen.
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Jede hierin genannte (beispielsweise Feld- und/oder Steuer-) Schnittstelle kann mittels einer oder mehreren Klemmen oder einer oder mehreren Steckverbinderhälften realisiert sein, beispielsweise einer Buchse, eines Steckers oder einer hermaphroditischen Steckverbinderhälfte.
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Der Träger kann ein gemeinsamer Träger (beispielsweise mit einer einstückigen Platine) für mindestens zwei Steckplätze sein. Der Träger kann eine Rückverdrahtung (fachsprachlich auch: Backplane) zur Durchleitung des mindestens einen der Leitungskanäle und/oder der Signalleitungen an das jeweilige Modul aufweisen. Beispielsweise kann der jeweilige Federkontakt oder die jeweilige umlaufende Kontaktfläche (der kreisrunden Löcher oder der Langlöcher) mit der Rückverdrahtung elektrisch leitend verbunden sein.
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Das oder jedes Moduls kann jeweils an der ersten Stelle eine oder mehrere Leiterbahnen zur elektrischen Verbindung mit den Signalleitungen des jeweiligen Feldgeräts und/oder eine oder mehrere Leiterbahnen zur elektrischen Verbindung mit dem oder einem der Leitungskanäle umfassen.
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Die Vorrichtung kann ferner die Signalleitungen des oder der mehreren Feldgeräte umfassen. Die Signalleitungen können eine (vorzugsweise mechanisch zusammenhängende) Steckverbinderhälfte umfassen. Die Steckverbinderhälfte der Signalleitungen kann lösbar verbunden oder verbindbar sein mit der Feld-Schnittstelle des Trägers zum Anschluss der Signalleitungen und/oder zur Durchleitung der jeweiligen mindestens einen Signalleitung des jeweiligen Feldgeräts an das jeweilige Modul über die elektrische Verbindung zwischen dem jeweiligen Steckplatz und der ersten Stelle des jeweiligen Moduls.
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Vorzugsweise kann der Steckplatz des Trägers eine mechanische Schnittstelle zur mechanischen Verbindung, beispielsweise Verriegelung, mit dem jeweiligen Modul an der zweiten Stelle umfassen. Alternativ oder ergänzend kann jedes Modul oder ein Modulgehäuse des jeweiligen Moduls eine mechanische Schnittstelle zur mechanischen Verbindung, beispielsweise Verriegelung, mit dem Träger an der zweiten Stelle des jeweiligen Moduls umfassen.
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Der Träger kann dazu ausgebildet sein, an verschiedenen Steckplätzen verschiedene Leitungskanäle der Steuerung durchzuleiten. Die Durchleitung der Leitungskanäle kann eine 1-zu-1-Verbindung von der Steuerung über die Steuer-Schnittstelle und den jeweiligen Steckplatz zum Modul sein. Die Durchleitung kann eine Rückverdrahtung oder sogenannte „Backplane“ auf dem Träger umfassen.
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Der Träger kann mehrere Steckplätze umfassen. Der Träger kann dazu ausgebildet sein, an jedem der Steckplätze jeweils einen der Leitungskanäle der Steuerung durchzuleiten. Die Steuer-Schnittstelle des Trägers kann zum Anschluss mehrerer Leitungskanäle der Steuerung ausgebildet sein. Der Träger kann dazu ausgebildet sein, jeweils genau einen der mindestens zwei elektrischen Leitungskanäle eineindeutig an jeweils einem der Steckplätze durchzuleiten.
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Der Träger kann dazu ausgebildet sein, die Leitungskanäle ohne eine eigene Signalverarbeitung und/oder mit einem linearen Signalgang an das jeweilige Modul durchzuleiten über die elektrische Verbindung zwischen Steckplatz und erster Stelle des Moduls. Der Träger kann dazu ausgebildet sein, die Leitungskanäle ohne eigene und/oder ohne nichtlineare Signalverarbeitung oder ohne eine Datenverarbeitung dem Modul oder den einzelnen Modulen bereitstellen über die elektrische Verbindung zwischen dem jeweiligen Steckplatz und der ersten Stelle des jeweiligen Moduls.
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Die zum jeweiligen Modul durchgeleiteten Leitungskanäle können eine (vorzugsweise serielle und/oder digitale) Kommunikation zwischen der Steuerung und dem Modul umfassen. Der Träger kann dazu ausgebildet sein, die Kommunikation ohne eigene Signalverarbeitung und/oder eigene Datenverarbeitung an die einzelnen Module durchzuleiten.
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Das Modul kann oder die Module können jeweils dazu ausgebildet sein, mit mindestens einem der Feldgeräte mittels der Signalleitungen in Signalleitungsverbindung zu stehen. Jedes Feldgerät kann über separate Signalleitungen mit einem zugeordneten Modul in Signalleitungsverbindung stehen. Die Signalleitungsverbindung kann Eingabesignal vom jeweiligen Feldgerät und/oder Ausgabesignale an das jeweilige Feldgerät umfassen. Die Signalleitung kann eine Verdrahtung (beispielsweise Leiterbahnen) von der elektrischen Verbindung am jeweiligen Steckplatz zur Feld-Schnittstelle umfassen.
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Die Sensoren können Messsignale, Analysesignale und/oder Alarmsignale mittels der Signalleitung an das jeweilige Modul ausgeben. Das jeweilige Modul kann die (beispielsweise gemessenen) Signale erfassen und als Daten über den betreffenden Leitungskanal an die Steuerung ausgeben.
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Alternativ oder ergänzend können die Aktoren Schalter und/oder Stellglieder umfassen. Das jeweilige Modul kann von der Steuerung über den durchgeleiteten Leitungskanal Steuersignale empfangen und entsprechende (beispielsweise Aktor-spezifische) Steuersignale über die EA-Signalleitungen an den Aktor ausgeben. Beispielsweise können die Module aufgrund der Signale der Feldgeräte Messdaten über die betreffenden Leitungskanäle an die Steuerung senden, vorzugsweise fortlaufend (beispielsweise periodisch oder in bestimmten Zeitintervallen) oder ereignisgetrieben (beispielsweise in Reaktion auf eine Abfrageanweisung der Steuerung). Alternativ oder ergänzend können die Module Steuerungsdaten für die jeweiligen Aktoren über die jeweiligen Leitungskanäle empfangen. Vorzugsweise tauschen die Module die erfassten Signale nicht unmittelbar untereinander aus, sondern senden diese an die Steuerung, beispielsweise zum Austausch der erfassten Signale auf einer Anwendungsebene oder Prozessebene der Steuerung.
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Jede hierin genannte elektrische Verbindung kann eine elektrisch leitende Verbindung, vorzugsweise eine Galvanische oder Ohm'sche Verbindung sein.
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Der Träger kann mindestens zwei Steckplätze umfassen. Die mindestens zwei Steckplätze des Trägers können dazu ausgebildet sein, mindestens zwei Module unabhängig voneinander mit dem Träger mechanisch zu verbinden und/oder zu lösen. Das Modul oder eines oder jedes der Module kann in einen jeden der Steckplätze des Trägers einsteckbar sein, beispielsweise an einem jeden der Steckplätze mit dem Träger mechanisch und elektrisch verbindbar sein.
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Die Module können in ihrem jeweiligen Steckplatz einzeln zugänglich, einzeln verbindbar (beispielsweise einzeln einsteckbar und/oder einzeln verriegelbar) und/oder einzeln lösbar sein. Beispielsweise kann jeder Steckplatz in räumlicher Zuordnung zur zweiten Stelle des jeweiligen Moduls einen (vorzugsweise eigenständigen) Verriegelungsmechanismus und/oder eine (vorzugsweise eigenständige) Längsführung zur lösbaren mechanischen Verbindung mit einem der Module umfassen. Alternativ oder ergänzend können die mindestens zwei Module aneinandergrenzend und/oder in benachbarte Steckplätze des Moduls einsteckbar sein. Beispielsweise können mindestens zwei Module gleichzeitig (d.h. en bloc) in ihre jeweiligen Steckplätze einsteckbar sein.
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Das Modul oder zumindest eines oder jedes der Module kann eine Signalverarbeitungseinheit umfassen, die dazu ausgebildet ist, die Signale zu erfassen (auch: zu empfangen), zu verarbeiten und/oder auszugeben (auch: zu senden).
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Die Signalverarbeitungseinheit des jeweiligen Moduls kann mittels der elektrischen Verbindung zwischen dem jeweiligen Steckplatz des Trägers und der ersten Stelle des jeweiligen Moduls, und/oder mittels einer Durchleitung des jeweiligen Leitungskanals auf dem Träger zwischen der Steuer-Schnittstelle und dem jeweiligen Steckplatz an die Steuerung angeschlossen oder anschließbar sein. Alternativ oder ergänzend kann die Signalverarbeitungseinheit des jeweiligen Moduls mittels der elektrischen Verbindung zwischen dem jeweiligen Steckplatz des Trägers und der ersten Stelle des jeweiligen Moduls, und/oder mittels einer Durchleitung der jeweiligen Signalleitungen auf dem Träger zwischen der Feld-Schnittstelle und der elektrischen Verbindung am Steckplatz an das jeweilige Feldgerät angeschlossen oder anschließbar sein.
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Das Modul oder jedes Moduls, vorzugsweise die jeweilige Signalverarbeitungseinheit, kann dazu ausgebildet sein, Funktionen auf einer Feldebene, auf einer physikalischen Ebene und/oder auf der untersten Ebene in einem Protokollstapel oder hierarchischen Ebenenmodell (z.B. im OSI-Layer-Modell) eines Feldbusses (beispielsweise in der Automatisierung oder der Produktionstechnik) bereitzustellen. Alternativ oder ergänzend kann das Modul oder jedes Moduls, vorzugsweise die jeweilige Signalverarbeitungseinheit, einen Signalverstärker, einen Analog-Digital-Wandler, einen Digital-Analog-Wandler, eine galvanische Trennung (beispielsweise einen Optokoppler) und/oder ein Festkörperrelais (beispielsweise zum Schalten eines Stromkreises nach Maßgabe eines logischen Steuersignals von der Steuerung) umfassen.
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Das oder jedes Modul kann ein eigenes Modulgehäuse umfassen. Das Modulgehäuse kann aus einem dielektrischen Material, beispielsweise aus Kunststoff sein. Vorzugsweise kann in dem jeweiligen Modulgehäuse die jeweilige Signalverarbeitungseinheit angeordnet und/oder implementiert sein.
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Die Vorrichtung kann ferner ein Vorrichtungsgehäuse umfassen. Im Vorrichtungsgehäuse kann der Träger angeordnet. Im Träger kann das oder können die Module im mit dem Träger verbundenen Zustand angeordnet oder anordenbar sein.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Verarbeiten von zwischen einer Steuerung und mindestens einem Feldgerät übertragenen Signalen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Belegung einer Feld-Schnittstelle, die in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung realisierbar oder einsetzbar ist;
- 3 eine schematische Schnittansicht der elektrischen Verbindung zwischen Steckplatz und erster Stelle, die in einem dritten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung realisierbar oder einsetzbar ist;
- 4 eine schematische Schnittansicht der elektrischen Verbindung zwischen Steckplatz des Trägers und erster Stelle des Moduls, die in einem dritten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung realisierbar oder einsetzbar ist;
- 5 eine schematische Schnittansicht der Funktionserdung, die in einem fünften Ausführungsbeispiel der Vorrichtung realisierbar oder einsetzbar ist; und
- 6 ein schematisches Blockschaltbild eines sechsten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung.
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1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer allgemein mit Bezugszeichen 100 bezeichneten Vorrichtung zum Verarbeiten von zwischen einer Steuerung 150 und einem oder mehreren Feldgeräten 160 übertragenen Signalen.
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Die Vorrichtung 100 umfasst einen Träger 110 (beispielsweise eine Leiterplatte 111), der (bzw. die) eine Steuer-Schnittstelle 112, eine Feld-Schnittstelle 114 und einen oder mehrere Steckplätze 116 umfasst. Die Steuer-Schnittstelle 112 ist zum Anschluss 113 von einem oder mehreren elektrischen Leitungskanälen 118 der Steuerung 150 ausgebildet. Die Feld-Schnittstelle 114 ist zum Anschluss 115 von Ein- und/oder Ausgabe-Signalleitungen 120 (kurz: EA-Signalleitungen oder Signalleitungen) des einen oder der mehreren Feldgeräte 160 ausgebildet.
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Der eine Steckplatz 116 ist oder die mehreren Steckplätze 116 sind jeweils zur lösbaren mechanischen Verbindung eines Moduls 130 in einer Steckrichtung 102 ausgebildet. Der bzw. jeder Steckplatz 116 ist im mechanisch verbundenen Zustand (zwischen Steckplatz 116 und jeweiligem Modul 130) zur elektrischen Verbindung des jeweiligen Moduls 130 mit dem oder allen oder einem der Leitungskanäle 118 der Steuerung 150 und zur elektrischen Verbindung des jeweiligen Moduls 130 mit den EA-Signalleitungen 120 des oder eines der Feldgeräte 160 ausgebildet.
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Die Vorrichtung 100 umfasst ferner mindestens ein Modul 130, das zur lösbaren mechanischen Verbindung mit dem Träger 110 an dem oder (mindestens) einem der Steckplätze 116 des Trägers 110 ausgebildet ist. Das mindestens eine Modul 130 (beispielsweise eine Signalverarbeitungseinheit 140 des Moduls 130) ist dazu ausgebildet, im mechanisch verbundenen Zustand Signale vom (vorzugsweise über den Steckplatz 116 und die Steuer-Schnittstelle 112 elektrisch verbundenen) Leitungskanal 118 zu verarbeiten. Ferner ist das mindestens eine Modul 130 (beispielsweise die Signalverarbeitungseinheit 140 des Moduls 130) dazu ausgebildet, die verarbeiteten Signale an den (vorzugsweise über den Steckplatz 116 und die Feld-Schnittstelle 114 elektrisch verbundenen) EA-Signalleitungen 120 auszugeben. Alternativ oder ergänzend ist das mindestens eine Modul 130 (beispielsweise die Signalverarbeitungseinheit 140 oder eine weitere Signalverarbeitungseinheit des Moduls 130) dazu ausgebildet, Signale von den (vorzugsweise über den Steckplatz 116 und die Feld-Schnittstelle 114 elektrisch verbundenen) EA-Signalleitungen 120 zu verarbeiten. Ferner ist das mindestens eine Modul 130 (beispielsweise die Signalverarbeitungseinheit 140 oder die weitere Signalverarbeitungseinheit des Moduls 130) ferner dazu ausgebildet, am (vorzugsweise über den Steckplatz 116 und die Steuer-Schnittstelle 112 elektrisch verbundenen) Leitungskanal 118 die verarbeiteten Signale auszugeben.
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Der oder jeder Steckplatz 116 ist dazu ausgebildet das Modul 130 im mechanisch verbundenen Zustand an einer ersten Stelle 132 des Moduls 130 elektrisch zu verbinden (d.h. zu kontaktieren). Der oder jeder Steckplatz 116 weist an der ersten Stelle 132 einen mechanischen Freiheitsgrad 104 quer zur Steckrichtung 102 zwischen Modul 130 und Träger 110 auf. Die mechanische Verbindung des Steckplatzes 116 ist ferner dazu ausgebildet, den mechanischen Freiheitsgrad 104 der ersten Stelle 132 an einer von der ersten Stelle 132 verschiedenen und/oder beabstandeten zweiten Stelle 134 des Moduls 130 festzulegen.
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Die Festlegung des mechanischen Freiheitsgrads 104 ist allgemein mit Bezugszeichen 124 bezeichnet. Die Festlegung 124 kann beispielsweise mittels mindestens eines Lagers (vorzugsweise mindestens einer Führungsschiene) realisiert sein. Das Lager 124 kann ein Loslager oder Gleitlager bezüglich der Steckrichtung 102 sein, beispielsweise eine sich in die Steckrichtung 102 erstreckende Führungsschiene 124.
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Die Festlegung 124 des mechanischen Freiheitsgrads an der ersten Stelle 132 kann eine Führungsschiene des Trägers 110 umfassen. Die Führungsschiene 124 kann sich entlang der Steckrichtung 102 erstrecken. Die Führungsschiene 124 kann eine in Richtung des Moduls 130 und/oder in der Querrichtung offene Nut (beispielsweise eine Rechtecknut) umfassen, in welcher das Modul (beispielsweise eine Leiterplatte des Moduls) in der Steckrichtung 102 längsbeweglich geführt ist. Der mechanische Freiheitsgrad der ersten Stelle 132 kann durch Anlage des Moduls 130 an einem Nutgrund der Nut in der Führungsschiene realisiert sein.
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Die Nut in der Führungsschiene 124 kann zwei parallele Nutflanken umfassen, zwischen denen das Modul (beispielsweise die Leiterplatte des Moduls) längsbeweglich geführt ist. Optional umfasst wenigstens eine Nutflanke oder beide Nutflanken der Nut in der Führungsschiene 124 eine Auskragung, welche eine Nutbreite der Nut verjüngt. Das Modul 130 kann an der zweiten Stelle 134 eine zur Auskragung komplementäre Ausnehmung aufweisen, beispielsweise eine weitere Nut in der Fläche des Moduls 130. Die Auskragung kann dazu ausgebildet sein, mit der Ausnehmung formschlüssig zusammenzuwirken zur Festlegung des mechanischen Freiheitsgrads.
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Während der Träger 110 im ersten Ausführungsbeispiel eine Führungsschiene 124 an der zweiten Stelle 134 umfasst, können in einer Variante jedes Ausführungsbeispiels an gegenüberliegenden Kanten des Moduls 130 jeweils eine zweite Stelle 134 zur Festlegung des mechanischen Freiheitgrads realisiert sein. Beispielsweise kann der Träger 110 zwei sich in die Steckrichtung 102 erstreckende Führungsschienen 124 umfassen, in denen das Modul 130 in der Steckrichtung längsbeweglich geführt ist.
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Alternativ oder ergänzend zur Führungsschiene oder als Ausführungsbeispiel der Führungsschiene kann ein Gehäuse des Trägers 110 an dem oder jedem Steckplatz 116 einen Schacht oder ein Fach umfassen, das dazu ausgebildet ist, eine einfachere oder geradlinige Zuführung des oder des jeweiligen Moduls 130 an den jeweiligen Steckplatz 116 des Trägers 110 zu ermöglichen.
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Der Träger 110 kann eine Rückverdrahtung (auch: Backplane) aufweisen zur Durchleitung zu jedem der Steckplätze 116 jeweils eines anderen oder mehrerer anderer Leitungskanäle 118 der Steuer-Schnittstelle 112.
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Einerseits die elektrische Verbindung und andererseits die mechanische Verbindung (zumindest hinsichtlich der Festlegung
124 des Freiheitsgrads
104) zwischen Steckplatz
116 des Trägers
110 und einerseits der ersten Stelle
132 bzw. andererseits der zweiten Stelle
134 des Moduls
130 sind räumlich getrennt. Dadurch kann auf mindestens eine der zwei im Stand der Technik gemäß Dokument
EP 1 573 034 B1 verwendeten Steckverbinderhälften verzichtet werden. Beispielsweise sind im Stand der Technik gemäß Dokument
EP 1 573 034 B1 die mechanische Verbindung und die elektrische Verbindung an derselben Stelle des Moduls realisiert. Durch die räumliche Trennung dieser Funktionen ist eine kostengünstigere und/oder kompaktere Bauform der Schnittstelle
116 im Vergleich zum Stand der Technik möglich.
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Vorzugsweise sind Leiterbahnen 136 oder andere Kontaktmittel zur elektrischen Verbindung an einer ersten Kante der ersten Stelle 132 des Moduls 130 angeordnet, welche den mechanischen Freiheitsgrad 104 aufweisen, beispielsweise für sich längsbeweglich wären. Die Festlegung 124 des mechanischen Freiheitsgrads 104 (beispielsweise in eine Ebene des Moduls 130 und senkrecht zur Steckrichtung 102) ist an einer von der ersten Kante oder ersten Stelle 132 verschiedenen zweiten Kante der zweiten Stelle 134 desselben Moduls 130. Beispielsweise sind die erste Kante und die zweite Kante bzw. die erste Stelle 132 und die zweite Stelle 134 gegenüberliegend am Modul 130. Alternativ oder ergänzend haben die erste Kante und die zweite Kante bzw. die erste Seite 132 und die zweite Seite 134 eine Ecke des Moduls 130 oder des Modulgehäuses gemeinsam, treffen sich an einer Ecke des Moduls 130 oder grenzen aneinander.
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Vorzugsweise umfasst der Steckplatz 116 mindestens einen ersten Anschlusskontakt 122.1, beispielsweise einen Federkontakt 122.1, für den Leitungskanal 118 und mindestens einen zweiten Anschlusskontakt 122.2, beispielsweise einen Federkontakt 122.2, für die EA-Signalleitungen 120. An der ersten Stelle 132 umfasst das Modul 130 als Gegenstück zu den Anschlusskontakten 122.1 und 122.2 (die kollektiv als Anschlusskontakte 122 bezeichnet werden) zur elektrischen Verbindung zwischen dem Steckplatz 116 und der ersten Stelle 132 (d.h. zur Kontaktierung) nur Leiterbahnen 136.1 bzw. 136.2 (die kollektiv als Leitbahnen 136 bezeichnet werden) für den jeweiligen Leitungskanal 118 bzw. die jeweiligen EA-Signalleitungen 120. Vorzugsweise ist an der ersten Stelle 132 des Moduls 130 über die Leitbahnen 136 hinaus kein Mittel zur elektrischen Verbindung (d.h. zur Kontaktierung) vorgesehen, beispielsweise kein Pad, keine Kontaktfläche oder Ähnliches, sondern nur Enden der Leiterbahnen 136.
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In jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 kann ein Anschluss an der Steuer-Schnittstelle 112 eineindeutig zur Durchleitung der Signale mit einem Anschlusskontakt 122.1 des Steckplatzes 116 elektrisch leitend verbunden sein. Optional ist ein Erdungsanschluss der Steuer-Schnittstelle 112 mit einer gesonderten Erdungselektrode 129.1 am Steckplatz 116 elektrisch leitend verbunden.
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Alternativ oder ergänzend kann in jedem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 ein Anschluss an der Feld-Schnittstelle 114 eineindeutig zur Durchleitung der Signale mit einem Anschlusskontakt 122.2 des Steckplatzes 116 elektrisch leitend verbunden sein. Optional ist ein Erdungsanschluss der Feld-Schnittstelle 114 mit einer gesonderten Erdungselektrode 129.2 am Steckplatz 116 elektrisch leitend verbunden.
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Ausführungsbeispiele der Vorrichtung
100 können andere Merkmale (beispielsweise einzelne Merkmale) eines im Dokument
EP 1 573 034 B1 beschrieben Ausführungsbeispiels, wie beispielsweise die Anzahl der Anschlusskontakte
122 oder die Belegung der Anschlusskontakte
122, gemäß dem Dokument
EP 1 573 034 B1 realisieren.
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Die Leitungskanäle 118 können steuerungsseitig einen Anschluss 119 für die Steuerung 150 umfassen. Die Signalleitungen 120 können feldseitig einen oder mehrere Anschlüsse 121 für die Feldgeräte 160 umfassen.
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2 zeigt eine schematische Belegung der Feld-Schnittstelle 114, die in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 realisierbar oder einsetzbar ist. Das zweite Ausführungsbeispiel kann eine Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels sein.
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Die Feld-Schnittstelle 114 kann einen Anschluss 202 zur Erdung (kurz: Erdungsanschluss) umfassen, der vorzugsweise als Funktionserdung vom Modul 130 nutzbar ist. Alternativ oder ergänzend kann der Erdungsanschluss 202 ein Erdungspotential von der Steuerung 150 an die Feldgeräte 160 weiterleiten, oder umgekehrt. Beispielsweise ist der Anschluss 202 zur Erdung auf dem Träger 110 mit einem Erdungspotential und/oder einer Schutzerdung und/oder einem Masseanschluss des oder der Feldgeräte 160 verbunden.
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Alternativ oder ergänzend kann die Feld-Schnittstelle 114 einen Pluspol 204 einer Gleichspannungsversorgung des Feldgeräts 160 oder der Feldgeräte 160 umfassen. Beispielsweise können Masseanschluss 202 und Pluspol 204 das Feldgerät 160 mit elektrische Energie versorgen.
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Alternativ oder ergänzend kann die Feld-Schnittstelle 114 einen digitalen Eingang 206 und/oder einen digitaler Ausgang 208 umfassen. Alternativ oder ergänzend umfasst die Feld-Schnittstelle 114 einen analogen Eingang 210, beispielsweise zum Erfassen einer als Spannungssignal oder Impedanz anliegenden Signals eines Temperaturfühlers als Feldgerät 160.
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3 zeigt eine schematische Schnittansicht der elektrischen Verbindung zwischen Steckplatz 116 und erster Stelle 132, die in einem dritten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 realisierbar oder einsetzbar ist. Das dritte Ausführungsbeispiel kann eine Weiterbildung des ersten und/oder des zweiten Ausführungsbeispiels sein. Beispielsweise können mit gleichen Bezugszeichen versehene Merkmale eines der Ausführungsbeispiele das entsprechende Merkmal in einem anderen Ausführungsbeispiel ersetzen.
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Zumindest einzelne der oder alle Anschlusskontakte 122 des Steckplatzes 116 des Trägers 110 sind als zweiseitige Federkontakte, vorzugsweise Tulpenkontakte, ausgebildet. Der Tulpenkontakt 122 ist dazu ausgebildet, die Leiterbahn 136 oder eine der Leiterbahnen 136 des Moduls 130 an der ersten Stelle 132 zu kontaktieren, oder jeder der Tulpenkontakte 122 ist dazu ausgebildet, jeweils eine der Leiterbahnen 136 des Moduls 130 an der ersten Stelle 132 zu kontaktieren.
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Der Tulpenkontakt 122 umfasst zwei Federkontakte, die im mechanisch verbundenen Zustand zwischen Modul 130 und Steckplatz 116 an der ersten Stelle an gegenüberliegenden Seiten des Moduls 130 (beispielsweise an einer die Signalverarbeitungseinheit umfassenden Platine) anliegen. Die zwei Federkontakte eines Tulpenkontakts 122 sind jeweils federelastisch und im mechanisch verbundenen Zustand vorgespannt zur Anlage am Modul 130.
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Mindestens einer der zwei Federkontakte kontaktiert die jeweilige Leiterbahn 136 beispielsweise direkt, galvanisch oder Metall auf Metall.
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Die zwei Federkontakte des oder jedes Tulpenkontakts 122 sind entlang des Freiheitsgrads 104 (d.h., in der Querrichtung, die senkrecht zur Bildebene der 3 ist) ausgerichtet. Im Fall mehrerer Tulpenkontakte 122 können diese in Flucht stehen entlang des Freiheitsgrads 104 (d.h., in der Querrichtung).
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Dadurch ist eine senkrecht zur Ebene des Moduls 130 kompaktere elektrische Verbindung an der ersten Stelle 132 möglich. Alternativ oder ergänzend kann das Modul 130 an der ersten Stelle 132 flacher sein. Alternativ oder ergänzend können die Abstände zwischen den Steckplätzen 116 auf dem Träger 110 geringer sein.
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4 zeigt eine schematische Schnittansicht der elektrischen Verbindung zwischen Steckplatz 116 und erster Stelle 132, die in einem vierten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 realisierbar oder einsetzbar ist. Das vierte Ausführungsbeispiel kann eine Weiterbildung des ersten, zweiten und/oder des dritten Ausführungsbeispiels sein. Optional können mit gleichen Bezugszeichen versehene Merkmale eines der Ausführungsbeispiele das entsprechende Merkmal in einem anderen Ausführungsbeispiel ersetzen. Beispielsweise können Kontaktfedern 138 an der ersten Stelle 132 des Moduls 130 teilweise oder vollständig die Leiterbahnen 136 (beispielsweise die Leiterbahnen 136.1 und/oder 136.2) an der ersten Stelle 132 des Moduls 130 ersetzen. Die als Federkontakte 122 (beispielsweise Federkontakte für den Leitungskanal 122.1 und/oder Federkontakte 122.2 für die EA-Signalleitungen) beschriebenen Anschlusskontakte können teilweise oder vollständig als Kontaktflächen 128 an einem kreisrunden Loch oder einem Langloch 126 ausgebildet sein. Jede Kontaktfläche 128 kann an jeweils einem der kreisrunden Löcher oder der Langlöcher 126 umlaufend angeordnet sein.
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Zur elektrischen Verbindung zwischen Träger 110 und Modul 130 können an der ersten Stelle 132 des Moduls eine oder mehrere Kontaktfedern 138 angeordnet sein. Jede Kontaktfeder 138 ist dazu ausgebildet, (vorzugsweise im mechanisch verbundenen Zustand) in ein kreisrundes Loch oder ein Langloch 126 im Träger 110 zu greifen. Im mechanisch verbundenen Zustand liegt jede Kontaktfeder 138 am Rand 128 eines der Langlöcher 126 an zur elektrischen Verbindung, beispielsweise direkt, galvanisch oder Metall auf Metall.
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Das Langloch 126 oder die Langlöcher 126 können in Längsrichtung des Langlochs in den Träger gefräst sein. Das kreisrunde Loch oder die kreisrunden Löcher können in den Träger gebohrt sein. Vorzugsweise ist der Rand 128 jedes kreisrunden Lochs oder Langlochs als Kontaktflächen 128 metallisch beschichtet.
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In einem fünften Ausführungsbeispiel, beispielsweise gemäß 1 und/oder 5 und/oder 6, umfasst eine Führung einer Erdung (vorzugsweise einer Funktionserdung) oder einer Masse (vorzugsweise eines Bezugspotentials) eine kapazitive Kopplung 170 oder elektrisch leitende Verbindung (beispielsweise eine überwiegend Ohm'sche Kopplung) zwischen Träger 110 und Modul 130.
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Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird im Folgenden auf die Erdung Bezug genommen. Statt einer Erdung kann jedes andere Massepotential oder Bezugspotential geführt sein.
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Beispielsweise ist die Erdung vom Modul 130 (vorzugsweise einer IO-Karte) zum Träger 110 (vorzugsweise zum Trägerboard 111 des Trägers 110) geführt. Das Modul 130 kann eine empfindliche Elektronik (beispielsweise die Signalverarbeitungseinheit 140) umfassen, die in einem Kunststoffgehäuse angeordnet ist, vorzugsweise zum Schutz vor Umwelteinflüssen. Herkömmlicherweise hat das Kunststoffgehäuse den Nachteil, dass für die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) relevante Störungen (beispielsweise auf das Modul 130 einwirkende Störsignal und/oder vom Modul 130 ausgehende Störsignale) über einen Steckkontakt geführt werden müssen, da eine Ableitung über das Gehäuse nicht möglich ist.
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Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel kann das Modul 130 (beispielsweise die die Signalverarbeitungseinheit tragende Leiterplatte des Moduls 130) am Träger 110 (beispielsweise an der Leiterplatte 111) anliegen oder aneinanderstoßen im mechanisch verbundenen Zustand, optional zur direkten Anlage der jeweiligen Erdungselektroden 129 und 139 (beispielsweise Kontaktflächen) am Steckplatz 116 des Trägers 110 bzw. am Modul 130, oder zur Ausbildung eines vorbestimmten Abstands zwischen den Erdungselektroden 129 und 139 (beispielsweise Kontaktflächen) am Steckplatz 116 des Trägers 110 bzw. am Modul 130 zur kapazitiven Kopplung 170.
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Durch den Abstand ist ein Übergang in Form eines Kondensators gebildet, d.h. die kapazitive Kopplung 170. Vorzugsweise ist eine kapazitive Kopplung 170 jeweils zwischen dem Modul 130 einerseits und der Steuerung 150 bzw. dem Feld oder Feldgerät 160 andererseits vorgesehen.
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6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines sechsten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 100. Koppelkapazitäten der kapazitiven Kopplung sind in 6 mit C1 und C2 bezüglich der Steuerung 150 bzw. dem Feld oder Feldgerät 160 bezeichnet.
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Bei steilflankigen Störungen oder Störungen mit einem Burst-Signal brauchen sich die Kontaktflächen 129 und 139 noch nicht einmal berühren, sondern es reicht die kapazitive Kopplung 170 zueinander.
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Alternativ oder ergänzend kann jedes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung eine Beschaltung zur Ableitung von EMV-Störungen umfassen. Die Beschaltung kann dazu ausgebildet sein, vom Feld oder Feldgerät 160 aus in das Modul 130 (beispielsweise die IO-Karte) eingekoppelte EMV-Störungen abzuleiten (kurz: Störungsableitung).
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Die Beschaltung kann zur Störungsableitung einen (vorzugsweise bezüglich des Trägers 110 internen) Widerstand 120' (R3) zwischen der elektrischen Verbindung am Steckplatz 116 und der Feld-Schnittstelle 114 und/oder einen (vorzugsweise bezüglich des Moduls 130 internen) Widerstand 130'.2 (R4) zwischen dem Anschluss 136.2 oder 138 und der Erdungselektrode 139.2 am Modul 130 umfassen. Mittels der Beschaltung kann eine vom Feld oder Feldgerät 160 eingekoppelte EMV-Störungen auf die Erdungselektrode 139.2 geführt werden zur Ableitung der Störung, beispielsweise über die kapazitive Kopplung 170 (d.h. im Fall der 6 den Kondensator C2) oder die direkte elektrisch leitende Verbindung, zur geerdeten Elektrode 129.2 des Trägers 110.
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Alternativ oder ergänzend kann die Beschaltung zur Störungsableitung einen (vorzugsweise bezüglich des Trägers 110 internen) Widerstand 118' (R1) zwischen der elektrischen Verbindung am Steckplatz 116 und der Steuer-Schnittstelle 112 und/oder einen (vorzugsweise bezüglich des Moduls 130 internen) Widerstand 130'.1 (R2) zwischen dem Anschluss 136.1 oder 138 und der Erdungselektrode 139.1 am Modul 130 umfassen. Mittels der Beschaltung kann eine von der Steuerung 150 eingekoppelte EMV-Störungen auf die Erdungselektrode 139.1 geführt werden zur Ableitung der Störung, beispielsweise über die kapazitive Kopplung 170 (d.h. im Fall der 6 den Kondensator C1) oder die direkte elektrisch leitende Verbindung, zur geerdeten Elektrode 129.1 des Trägers 110.
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Die eingekoppelte Störung wird von der geerdeten Elektrode 129.1 bzw. 192.2 dann nach Erde abgeführt.
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Alternativ kann die Vorrichtung 100 eine gemeinsame Beschaltung zur Ableitung von Störungen umfassen, die von der Steuerung 150 als auch vom Feld oder Feldgerät 160 einkoppeln.
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Obwohl die Erfindung in Bezug auf exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist für Fachkundige ersichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können. Ferner können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehre der Erfindung anzupassen. Folglich ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsbeispiele, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung
- 102
- Steckrichtung
- 104
- Freiheitsgrad in Querrichtung
- 110
- Träger
- 111
- Leiterplatte des Trägers, vorzugsweise mit Rückverdrahtung
- 112
- Steuer-Schnittstelle, vorzugsweise Anschlussklemme für Steuerung
- 113
- Trägerseitiger Anschluss der Leitungskanäle, vorzugsweise Anschlussklemme der Steuerung
- 114
- Feld-Schnittstelle, vorzugsweise Anschlussklemme für Feldgeräte
- 115
- Trägerseitiger Anschluss der EA-Signalleitungen, vorzugsweise Anschlussklemme des Felds oder Feldgeräts
- 116
- Steckplatz
- 118
- Leitungskanäle
- 118'
- Widerstand, vorzugsweise Leitungswiderstand R1 optional der Leitungskanäle
- 119
- Steuerungsseitiger Anschluss der Leitungskanäle
- 120
- EA-Signalleitungen, kurz: Signalleitungen
- 120'
- Widerstand, vorzugsweise Leitungswiderstand R3, optional der Signalleitungen
- 121
- Feldgerätseitiger Anschluss der EA-Signalleitungen
- 122
- Anschlusskontakt als Federkontakt des Steckplatzes des Trägers
- 122.1
- Federkontakte für Leitungskanal, auch: Eingangskontakt
- 122.2
- Federkontakte für EA-Signalleitungen, auch: Ausgangskontakt
- 124
- Festlegung des Freiheitsgrads, vorzugsweise Loslager, beispielsweise Führungsschiene
- 126
- Langloch im Träger
- 128
- Anschlusskontakt als Kontaktfläche am Langloch
- 129
- Erdungselektrode oder geerdete Elektrode am Träger, vorzugsweise Tulpenkontakt oder Kontaktfläche
- 129.1
- Erdungselektrode am Träger zur Funktionserdung der Steuerung
- 129.2
- Erdungselektrode am Träger zur Funktionserdung der Feldgeräte
- 130
- Modul, auch: EA-Karte oder IO-Card
- 130'.1
- Widerstand, vorzugsweise Ableitwiderstand R2
- 130'.2
- Widerstand, vorzugsweise Ableitwiderstand R4
- 132
- Erste Stelle des Moduls
- 134
- Zweite Stelle des Moduls
- 136
- Leiterbahnen des Moduls
- 136.1
- Leiterbahnen für Leitungskanal
- 136.2
- Leiterbahnen für EA-Signalleitungen
- 138
- Kontaktfedern des Moduls
- 139
- Elektrode am Modul zur Funktionserdung vorzugsweise Kontaktfläche
- 139.1
- Elektrode am Modul zur Funktionserdung der Steuerung
- 139.2
- Elektrode am Modul zur Funktionserdung der Feldgeräte
- 140
- Signalverarbeitungseinheit
- 142
- Gehäuse des Trägers
- 144
- Ausnehmung für Tragschiene, vorzugsweise mit Verriegelungsmechanik
- 146
- Entriegelung der Verriegelungsmechanik
- 150
- Steuerung
- 160
- Feldgerät
- 170
- Kapazitive Kopplung, beispielsweise Koppelkapazität C1 oder C2
- 202
- Funktionserde, Schutzerde und/oder Masseanschluss der Feldgeräte
- 204
- Pluspol einer Gleichspannungsversorgung der Feldgeräte
- 206
- Digitaler Eingang
- 208
- Digitaler Ausgang
- 210
- Analoger Eingang, vorzugsweise für Temperaturfühler
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 9971727 B2 [0002, 0011, 0012]
- EP 1573034 B1 [0077, 0082]
