DE102020127777A1

DE102020127777A1 - Vorrichtung zur Kommunikation zwischen einer Steuerung und einem Feldgerät

Info

Publication number: DE102020127777A1
Application number: DE102020127777.6A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Klimmek; Felix Schulte
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2022-04-28
Also published as: US20220131360A1; US11728637B2

Abstract

Eine Vorrichtung (100), vorzugsweise ein Steckmodul (100), zur Kommunikation zwischen einer Steuerung (300) und einem Feldgerät (400) ist beschrieben. Die Vorrichtung (100) umfasst Kontakte (102), wobei eine erste Teilmenge (102A) der Kontakte (102) mit der Steuerung (300) und eine zweite Teilmenge (102B) der Kontakte (102) mit dem Feldgerät (400) elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sind. Die Vorrichtung (100) umfasst ferner eine Schaltung (104), deren Eingang (104A) mit der ersten Teilmenge (102A) der Kontakte (102) und deren Ausgang (104B) mit der zweiten Teilmenge der Kontakte (102) elektrisch leitend verbunden sind. Die Schaltung (104) umfasst eine Spannungsbegrenzungseinheit (106B), die dazu ausgebildet ist, eine Spannung am Ausgang (104B) zu begrenzen, und eine Strombegrenzungseinheit (108), die dazu ausgebildet ist, einen Strom zwischen dem Eingang (104A) und dem Ausgang (104B) zu begrenzen und bei Ansprechen der Spannungsbegrenzungseinheit (106B) den Strom zu unterbrechen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kommunikation zwischen einer Steuerung und einem Feldgerät, insbesondere in einer explosionsgefährdeten Atmosphäre.
Die Prozessindustrie unterliegt aktuell einem starken Wandel. Bei Modernisierungsmaßnahmen an bestehenden Anlagen, beispielsweise zur Förderung oder Aufbereitung von Erdöl (einem sogenannten „brown field“) und/oder der schnelleren Errichtung von Neuanlagen (beispielsweise einem sogenannten „green field“) sind Zeitersparnis und damit deutliche Kostenreduktionen bei der Umsetzung gewünscht.
Hierbei sind Produkte für den Öl- und Gas-Markt nicht abschließende Beispiele für Vorrichtungen zur Kommunikation zwischen einer Steuerung und einem oder mehreren Feldgeräten. Für den breiten Einsatz solcher Vorrichtungen müssen diese schnell und einfach einsetzbar sein zur Verarbeitung von Signalen, beispielsweise von Mess- und Steuersignalen.
Das US-Patent US 9,971,727 B2 beschreibt ein universelles Eingabe- und Ausgabe-Interposersystem zum Verarbeiten eines Eingabe- oder Ausgabe-Signals (IO-Signals), das zwischen einem Feldgerät und einer Steuerung übertragen wird.
Für eine breite Berücksichtigung und Anwendung solcher Vorrichtungen, beispielsweise im Bereich der Detail-Planung und Kontrolle, des Beschaffungswesens und der Ausführung der Bau- und Montagearbeiten (dem sogenannten „Engineering-Procurement-Construction“, kurz EPC) oder beim Betrieb von Prozessanlagen (beispielsweise durch einen sogenannten „Main Automation Contractor“, kurz MAC) ist eine schnelle und einfache Integration eines offenen Systems gewünscht.
Beispielsweise kann die Steuerung universelle Eingabe- und Ausgabe-Schnittstellen bereitstellen, die programmbasiert zu elementaren Funktionen konfigurierbar sind, beispielsweise als digitaler Ausgang, digitaler Eingang, analoger Ausgang oder analoger Eingang.
Jedoch muss oftmals sichergestellt sein, dass in einem steuerseitigen oder feldseitigen Fehlerfall keine Wärme- oder Zündquelle im Feld entsteht, die zu Bränden oder Explosionen führen könnte. Herkömmlicherweise wird dazu mittels eines entsprechend gewählten Widerstands der dem Feldgerät bereitgestellte Strom begrenzt. Diese herkömmliche resistive Strombegrenzung führt jedoch zu permanenten Verlustleistungen in einem Schaltschrank. Die herkömmliche Strombegrenzung ist somit nicht energieeffizient oder kann einer kompakten Bauform der Vorrichtung entgegenstehen.
Ferner können die Verlustleistungen der herkömmlichen Strombegrenzungen, insbesondere im Fehlerfall, zu einer Erwärmung führen, sodass die herkömmliche Strombegrenzung selbst eine Gefahrenquelle für Bränden oder Explosionen ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Kommunikation zwischen einer Steuerung und einem Feldgerät bereitzustellen, die energieeffizienter ist und/oder einen Betrieb in einer explosionsgefährdeten Atmosphäre absichert.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Ein Aspekt betrifft eine Vorrichtung, vorzugsweise ein Steckmodul, zur Kommunikation zwischen einer Steuerung und einem Feldgerät. Die Vorrichtung, vorzugsweise das Steckmodul umfasst Kontakte, wobei eine erste Teilmenge der Kontakte mit der Steuerung und eine zweite Teilmenge der Kontakte mit dem Feldgerät elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sind. Die Vorrichtung, vorzugsweise das Steckmodul, umfasst ferner eine Schaltung, deren Eingang mit der ersten Teilmenge der Kontakte und deren Ausgang mit der zweiten Teilmenge der Kontakte elektrisch leitend verbunden sind. Die Schaltung umfasst eine Spannungsbegrenzungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine Spannung am Ausgang zu begrenzen, und eine Strombegrenzungseinheit, die dazu ausgebildet ist, einen Strom zwischen dem Eingang und dem Ausgang zu begrenzen und bei Ansprechen der Spannungsbegrenzungseinheit den Strom zu unterbrechen.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können aufgrund der Begrenzung des Stroms und der Spannung am Ausgang eine Zündschutzart erfüllen. Diese oder weitere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können eine Verlustleistung in der Vorrichtung mittels der Strombegrenzungseinheit reduzieren.
Dieselben oder weitere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können die Abwärme (beispielsweise im Normalbetrieb und/oder beim Ansprechen der Spannungsbegrenzungseinheit und/oder der Strombegrenzungseinheit) in der Vorrichtung reduzieren, beispielsweise zur Vermeidung einer Brandgefahr oder einer Explosionsgefahr aufgrund der Vorrichtung und/oder für eine dichtere Anordnung mehrerer Vorrichtungen (beispielsweise mehrerer Steckmodule auf einem Basismodul) und/oder für eine kompaktere Bauform der Vorrichtung.
Die Vorrichtung kann zum sekundären Explosionsschutz ausgebildet sein. Die Vorrichtung kann (beispielsweise nach Betriebssicherheitsverordnung, kurz: BetrSichV, und/oder Gefahrstoffverordnung, kurz: GefStoffV) zum Einsatz in einer Zone 2 oder einem Bereich ausgebildet sein, in dem im Normalbetrieb eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln normalerweise nicht auftritt, und wenn doch, dann nur selten und für kurze Zeit.
Die erste Teilmenge und die zweite Teilmenge können disjunkt sein.
Hierin kann eine elektrisch leitende Verbindung (beispielsweise Komponenten wie etwa Einheiten, die „elektrisch leitend verbunden“ sind) eine galvanische, induktive und/oder kapazitive Kopplung umfassen.
Der Strom zwischen dem Eingang und dem Ausgang kann dem Strom am Eingang und/oder am Ausgang entsprechen. Ferner können der Strom am Eingang und der Strom am Ausgang (beispielsweise im Wesentlichen) übereinstimmen.
Die Spannungsbegrenzungseinheit kann dazu ausgebildet sein, die Spannung am Ausgang auf einen Spannungsgrenzwert zu begrenzen, vorzugsweise mittels einer Z-Diode oder eines Varistors. Der Spannungsgrenzwert kann gleich oder größer als 28 V sein. Alternativ oder ergänzend kann der Spannungsgrenzwert gleich oder kleiner als 32 V sein. Die Spannungsbegrenzungseinheit kann ansprechen, wenn die Spannung am Ausgang den Spannungsgrenzwert überschreitet.
Die Strombegrenzungseinheit kann dazu ausgebildet sein, den Strom auf einen Stromgrenzwert zu begrenzen, vorzugsweise mittels eines Schaltelements. Das Schaltelement kann einen Schalttransistor, beispielsweise einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), umfassen.
Der Stromgrenzwert kann gleich oder größer als 150 mA oder 170 mA sein. Alternativ oder ergänzend kann der Stromgrenzwert gleich oder kleiner als 170 mA oder 200 mA sein. Die Strombegrenzungseinheit kann ansprechen, wenn der Strom den Stromgrenzwert überschreitet.
Die Strombegrenzungseinheit kann ein Schaltelement umfassen. Das Schaltelement kann einen Eingang, einen Ausgang und einen Signaleingang umfassen. Das Schaltelement kann dazu ausgebildet sein, in einem leitenden Schaltzustand den Eingang des Schaltelements und den Ausgang des Schaltelements elektrisch leitend zu verbinden und in einem den Strom unterbrechenden Schaltzustand den Eingang des Schaltelements und den Ausgang des Schaltelements elektrisch zu trennen (beispielsweise ohne eine galvanische Trennung). Die Strombegrenzungseinheit kann ferner dazu ausgebildet sein, am Signaleingang den Strom zu erfassen und abhängig vom erfassten Strom den Schaltzustand zu steuern (beispielsweise zu takten).
Die Strombegrenzungseinheit kann ferner einen Messwiderstand und/oder einen Erfassungswiderstand umfassen.
Der Eingang des Schaltelements kann (beispielsweise direkt) mit dem Eingang der Strombegrenzungseinheit elektrisch leitend verbunden sein. Der Ausgang des Schaltelements kann über den Messwiderstand mit dem Ausgang der Strombegrenzungseinheit elektrisch leitend verbunden sein. Der Signaleingang des Schaltelements (beispielsweise der Signaleingang zur Erfassung des Stroms) kann über den Erfassungswiderstand mit dem Ausgang der Strombegrenzungseinheit elektrisch leitend verbunden sein. Alternativ oder ergänzend kann der Ausgang des Schaltelements (beispielsweise direkt) mit dem Ausgang der Strombegrenzungseinheit elektrisch leitend verbunden sein. Der Eingang des Schaltelements kann über den Messwiderstand mit dem Eingang der Strombegrenzungseinheit elektrisch leitend verbunden sein. Der Signaleingang des Schaltelements (beispielsweise der Signaleingang zur Erfassung des Stroms) kann über den Erfassungswiderstand mit dem Eingang der Strombegrenzungseinheit elektrisch leitend verbunden sein.
Die Strombegrenzungseinheit und der Messwiderstand können in Reihe geschaltet sein (beispielsweise entlang einer Hauptrichtung des Stroms).
Der Erfassungswiderstand kann mehrfach größer als der Messwiderstand sein.
Der Messwiderstand kann einen elektrischen Widerstand zwischen 1 Ω (1 Ohm) und 2 Ω aufweisen. Der Messwiderstand kann beispielsweise 1,2 Ω betragen. Der Messwiderstand kann auch als Shunt-Widerstand oder Nebenschlusswiderstand bezeichnet werden.
Der Erfassungswiderstand kann einen elektrischen Widerstand aufweisen, der gleich oder größer als 1 kΩ (Kiloohm) oder 10 kΩ ist. Der Erfassungswiderstand kann auch als Fühlwiderstand oder Abgriffswiderstand bezeichnet werden.
Das Schaltelement kann (beispielsweise mittels eines Mikrocontrollers) getaktet sein, beispielsweise zwischen einem den Strom leitenden Schaltzustand und einem den Strom unterbrechenden Schaltzustand, vorzugsweise mittels Pulsweitenmodulation. Beispielsweise kann das Schaltelement gemäß der Pulsweitenmodulation wechselweise im den Strom leitenden Schaltzustand und im den Strom unterbrechenden Schaltzustand sein.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können aufgrund des getakteten Schaltzustands den Strom begrenzen, ohne das Schaltelement in einem dissipativen Bereich zu betreiben. Dadurch kann die Verlustleistung in der Vorrichtung mittels der Strombegrenzungseinheit reduzieren sein, beispielsweise gegenüber einer herkömmlichen resistiven Strombegrenzung.
Ein Tastgrad der Pulsweitenmodulation kann eine monoton fallende Funktion des Stroms (beispielsweise des momentanen Stroms im den Strom leitenden Schaltzustand) sein. Beispielsweise kann der Tastgrad umgekehrt proportional zu einer positiven Differenz zwischen dem Strom (beispielsweise dem momentanen Stroms im den Strom leitenden Schaltzustand) und dem Stromgrenzwert sein. Ist der Strom kleiner als der Stromgrenzwert kann der Tastgrad gleich Eins sein. Alternativ oder ergänzend kann der Tastgrad kann bei Erreichen und/oder Überschreiten des Spannungsgrenzwerts Null sein.
Der Tastgrad kann das Verhältnis der Dauer einer Einschaltphase des Schalttransistors zu einer Periodendauer der Pulsweitenmodulation sein. Die Periodendauer der Pulsweitenmodulation (d.h. die inverse Frequenz der Pulsweitenmodulation und/oder die Summe der Dauer der Einschaltphase und der Dauer einer Ausschaltphase des Schalttransistors) kann konstant sein. Beispielsweise kann die Frequenz der Pulsweitenmodulation größer als 1 kHz (Kilohertz) sein.
Die Spannungsbegrenzungseinheit und die Strombegrenzungseinheit und/oder die weitere Strombegrenzungseinheit können in Reihe geschaltet sind. Alternativ oder ergänzend kann die Strombegrenzungseinheit zwischen den Eingang und den Ausgang geschaltet sein. Die Spannungsbegrenzungseinheit kann zur Begrenzung der Spannung am Ausgang parallel zum Ausgang geschaltet ist.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können aufgrund der Parallelschaltung der Spannungsbegrenzungseinheit am Ausgang beim Ansprechen der Spannungsbegrenzungseinheit den Strom über die Spannungsbegrenzungseinheit ableiten. Aufgrund der Reihenschaltung der Spannungsbegrenzungseinheit und der Strombegrenzungseinheit kann die Strombegrenzungseinheit in Reaktion auf das Ansprechen der Spannungsbegrenzungseinheit (beispielsweise in Reaktion auf das Ableiten des Stroms) den Strom unterbrechen oder begrenzen.
Die Spannungsbegrenzungseinheit kann zur Begrenzung der Spannung am Ausgang dazu ausgebildet sein, beim Ansprechen den Ausgang kurzzuschließen. Die Strombegrenzungseinheit kann dazu ausgebildet sein, in Reaktion auf den Kurzschluss des Ausgangs den Strom zu unterbrechen oder zu begrenzen.
Die Kontakte können zur steckbaren elektrisch leitenden Verbindung mit einem Basismodul ausgebildet sein. Die erste Teilmenge der Kontakte kann über das Basismodul mit der Steuerung elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sein. Die zweite Teilmenge der Kontakte kann über das Basismodul mit dem Feldgerät elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sein.
Das Steckmodule oder das Basismodul kann, beispielsweise steuerseitig (zum Beispiel an der ersten Teilmenge der Kontakte oder an einem Anschluss zur Steuerung) oder feldseitig (zum Beispiel an einem Anschluss zum Feldgerät oder der zweiten Teilmenge der Kontakte) als Übergabeelement ausgebildet sein.
Die Vorrichtung kann eine Leiterplatte (kurz: Platine) umfassen, auf der die Schaltung angeordnet ist. Leiterbahnen auf der Platine können die Schaltung mit den Kontakten elektrisch leitend verbinden. Die Kontakte können an einer Kante der Platine freiliegende Enden der Leiterbahnen umfassen.
Die Vorrichtung kann ferner eine weitere Spannungsbegrenzungseinheit umfassen, die dazu ausgebildet ist, eine Spannung am Eingang zu begrenzen. Die weitere Spannungsbegrenzungseinheit kann dazu ausgebildet sein, die Spannung am Eingang auf einen weiteren Spannungsgrenzwert zu begrenzen, vorzugsweise mittels einer weiteren Z-Diode oder eines weiteren Varistors.
Der weitere Spannungsgrenzwert der Spannungsbegrenzungseinheit kann gleich oder größer als der weitere Spannungsgrenzwert der weiteren Spannungsbegrenzungseinheit sein.
Der Eingang oder die erste Teilmenge der Kontakte kann mindestens zwei Eingangspole umfassen. Der Ausgang oder die zweite Teilmenge der Kontakte kann mindestens zwei Ausgangspole umfassen. Einer der Eingangspole, vorzugsweise ein Pluspol oder eine Phase, kann mittels der Strombegrenzungseinheit wahlweise mit einem der Ausgangspole elektrisch leitend verbunden sein. Alternativ oder ergänzend kann ein anderer der Eingangspole, vorzugsweise ein Minuspol, ein Massepotential oder ein Erdungspotential, permanent mit einem anderen der Ausgangspole elektrisch leitend verbunden sein.
Die mindestens zwei Pole des Eingangs können Pole einer Spannungsversorgung umfassen. Alternativ oder ergänzend können die mindestens zwei Pole des Eingangs mit Allzweckeingabeanschlüssen und/oder Allzweckausgabeanschlüssen (fachsprachlich: general purpose input/output oder kurz: GPIO) der Steuerung elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sein.
Der Eingang oder die erste Teilmenge der Kontakte kann mindestens zwei Eingangspole umfassen. Einer der Eingangspole, vorzugsweise ein Pluspol oder eine Phase, kann mittels der weiteren Spannungsbegrenzungseinheit beim Ansprechen mit einem der Eingangspole, vorzugsweise einem Minuspol, einem Massepotential oder einem Erdungspotential, elektrisch leitend verbunden sein, Der Ausgang oder die zweite Teilmenge der Kontakte kann mindestens zwei Ausgangspole umfassen und einer der Ausgangspole, vorzugsweise ein Pluspol oder eine Phase, kann mittels der Spannungsbegrenzungseinheit beim Ansprechen mit einem der Ausgangspole, vorzugsweise einem Minuspol, einem Massepotential oder einem Erdungspotential, elektrisch leitend verbunden sein.
Optional kann der Eingang ferner ein Steuersignal von der Steuerung umfassen. Die Schaltung kann ferner dazu ausgebildet sein, den Ausgang nach Maßgabe des Steuersignals wahlweise mit dem Eingang oder einer Spannungsversorgung elektrisch leitend zu verbinden. Die Schaltung kann ferner dazu ausgebildet sein, im unverbundenen Zustand (d.h., in dem den Strom unterbrechenden Schaltzustand) die Eingangspole (beispielsweise der Spannungsversorgung) vom Ausgang galvanisch zu trennen.
Der Ausgang der Strombegrenzungseinheit kann mit der Spannungsbegrenzungseinheit elektrisch leitend verbunden sein. Alternativ oder ergänzend kann ein Eingang der Strombegrenzungseinheit mit der weiteren Spannungsbegrenzungseinheit elektrisch leitend verbunden sein.
Die Schaltung kann ferner eine Kapazität umfassen, die parallel zur Strombegrenzungseinheit geschaltet ist. Die Kapazität kann dazu ausgebildet sein, ein Feldbussignal unabhängig von einem Schaltzustand der Strombegrenzungseinheit vom Eingang zum Ausgang zu übertragen. Das Feldbussignal kann ein Signal gemäß IEC 61158 oder Highway Addressable Remote Transducer (HART) umfassen.
Alternativ oder ergänzend kann die Kapazität dazu ausgebildet sein, ein Schalten des Schaltelements (beispielsweise des Schalttransistors) in der Strombegrenzungseinheit und/oder die Pulsweitenmodulation zu glätten. Der Schaltzustand der Strombegrenzungseinheit kann dem Schaltzustand des Schaltelements entsprechen.
Die Schaltung kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, ein Magnetventil als das Feldgerät anzusteuern.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein System umfassend die Vorrichtung (beispielsweise das Steckmodul) gemäß dem einen Aspekt und ein Basismodul. Das Basismodul kann zur steckbaren Aufnahme der Vorrichtung (beispielsweise des Steckmoduls) ausgebildet sein.
Das Basismodul kann (beispielsweise zu den Kontakten der Vorrichtung) komplementäre Kontakte zur steckbaren elektrisch leitenden Verbindung mit den Kontakten der Vorrichtung aufweisen. Eine erste Teilmenge der komplementären Kontakte kann jeweils die erste Teilmenge der Kontakte der aufgenommenen Vorrichtung kontaktieren. Eine zweite Teilmenge der komplementären Kontakte kann jeweils die zweite Teilmenge der Kontakte der aufgenommenen Vorrichtung kontaktieren. Das Basismodul kann einen steuerseitigen Anschluss aufweisen, der mit der ersten Teilmenge der komplementären Kontakte elektrisch leitend verbunden ist. Das Basismodul kann ferner einen feldseitigen Anschluss aufweisen, der mit der zweiten Teilmenge der komplementären Kontakte elektrisch leitend verbunden ist.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Kommunikation zwischen einer Steuerung und einem Feldgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Kommunikation zwischen einer Steuerung und einem Feldgerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Kommunikation zwischen einer Steuerung und einem Feldgerät gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
4 eine schematische Strom-Spannungs-Diagramm für den Ausgang der Schaltung der Vorrichtung; und
5 eine schematische Strom-Spannungs-Diagramm für das Schaltelement der Schaltung der Vorrichtung.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer allgemein mit Bezugszeichen 100 bezeichneten Vorrichtung zur Kommunikation zwischen einer Steuerung 300 und einem Feldgerät 400. Die Vorrichtung 100 kann als Steckmodul 100 zur elektrischen und mechanischen Verbindung mit einem Basismodul 200 ausgebildet sein.
Die Vorrichtung 100 umfasst Kontakte 102. Eine erste Teilmenge 102A der Kontakte 102 ist mit der Steuerung 300 elektrisch leitend verbunden oder verbindbar. Eine zweite Teilmenge 102B der Kontakte 102 ist mit dem Feldgerät 400 elektrisch leitend verbunden oder verbindbar.
Beispielsweise können die Kontakte 102 mittels einer Steckverbinderhälfte 103 realisiert sein.
Die Vorrichtung 100 umfasst ferner eine Schaltung 104. Ein Eingang 104A der Schaltung 104 ist mit der ersten Teilmenge 102A der Kontakte 102 elektrisch leitend verbunden. Ein Ausgang 104B der Schaltung 104 ist mit der zweiten Teilmenge der Kontakte 102 elektrisch leitend verbunden. Die Schaltung 104 umfasst eine Spannungsbegrenzungseinheit 106B, die dazu ausgebildet ist, eine Spannung am Ausgang 104B zu begrenzen, und eine Strombegrenzungseinheit 108, die dazu ausgebildet ist, einen Strom zwischen dem Eingang 104A und dem Ausgang 104B zu begrenzen und bei Ansprechen der Spannungsbegrenzungseinheit 106A oder 106B den Strom zu unterbrechen.
Während das in 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 über eine steckbare Verbindung 103 und 203 mit der Steuerung 300 und dem Feldgerät 400 verbindbar ist, kann in einer Variante jedes Ausführungsbeispiels die Steuerung 300 und das Feldgerät 400 direkt mit der Vorrichtung 100 (beispielsweise mittels entsprechender Anschlüsse 204 bzw. 206 der Vorrichtung 100) verbindbar sein.
Das Basismodul 200 ist zur steckbaren Aufnahme der Vorrichtung 100 (beispielsweise des Steckmoduls 100) ausgebildet. Das Basismodul 200 umfasst komplementäre Kontakte 202 zur steckbaren elektrisch leitenden Verbindung mit den Kontakten 102 der Vorrichtung 100. Beispielsweise können die Kontakte 202 mittels einer zur Steckverbinderhälfte 103 komplementären Steckverbinderhälfte 203 (beispielsweise einem zur den Kontakten passenden Steckplatz) realisiert sein.
Beispielsweise erfolgt die elektrische und mechanische Ankopplung zwischen dem Steckmodul 100 und dem Basismodul 200 über eine bestehende Steckverbinderhälfte 103 im Sockel des Steckmoduls 100. Dieser Steckverbinderhälfte 103 bildet zusammen mit dem Gegenstück 203, d.h. der komplementären Steckverbinderhälfte 203, eine Schnittstelle 103, 203 zum Basismodul 200.
Eine erste Teilmenge 202A der komplementären Kontakte 202 kann jeweils die erste Teilmenge 102A der Kontakte der aufgenommenen Vorrichtung 100 kontaktieren. Eine zweite Teilmenge 202B der komplementären Kontakte 202 kann jeweils die zweite Teilmenge 102B der Kontakte 102 der aufgenommenen Vorrichtung 100 kontaktieren. Das Basismodul 200 umfasst einen steuerseitigen Anschluss 204, der mit der ersten Teilmenge 202A der komplementären Kontakte 202 elektrisch leitend verbunden ist. Das Basismodul 200 umfasst ferner einen feldseitigen Anschluss 206, der mit der zweiten Teilmenge 202B der komplementären Kontakte 202 elektrisch leitend verbunden ist.
Jedes hierin beschriebene Ausführungsbeispiel kann dazu ausgebildet sein, die Direktive der Europäischen Union (EU) zum Explosionsschutz (französisch: ATmospheres Explosibles, kurz: ATEX) erfüllen. Die ATEX umfasst zwei Richtlinien, nämlich die ATEX-Produktrichtlinie 2014/34/EU und die ATEX-Betriebsrichtlinie 1999/92/EG. Alternativ oder ergänzend kann jedes hierin beschriebene Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet sein, Bestimmungen der IECEx zu erfüllen. Die IECEx ist ein nicht-staatliches System, das unter der Schirmherrschaft der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (englisch: International Electrotechnical Commission, kurz: IEC) steht.
Jedes hierin beschriebene Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 kann als nicht zündfähiges (fachsprachlich: „Non-Incendive“) Steckmodul realisierbar sein, beispielsweise gemäß ATEX und/oder IECEx in Europa und/oder gemäß einer sogenannten Zündschutzart „Non-Incendive“ in den USA. Die Nicht-Zündfähigkeit ist eine häufige Anforderung der Prozessindustrie.
Die Nicht-Zündfähigkeit kann aufgrund der Strom- und Spannungsbegrenzung erfüllt sein, ohne dass eine resistive Strom- und Spannungsbegrenzung zum Einsatz kommt. Dadurch können Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100 vermeiden, dass deren Komponenten bei maximaler Belastung einer hohen Verlustleistung ausgesetzt sind. Insbesondere kann ein Brand eines Übergabeelements in Schaltschränken vermieden werden.
Die Schaltung 104 kann ferner zur Signalverarbeitung ausgebildet sein. Die Schaltung 104 kann beispielsweise eine Signalverarbeitungsschaltung (fachsprachlich „Signal Processing Circuit“, kurz SPC) umfassen. Ein Funktionsumfang zur Signalverarbeitung des am Eingang 104A von der Steuerung 300 erhaltenen Signals zur feldseitigen Ausgabe am Ausgang 104B (oder der umgekehrten Signalrichtung) kann eine beliebige Vielfalt umfassen. Ohne Beschränkung bezüglich weiterer Funktionen der Signalverarbeitung geht die vorliegende Beschreibung auf Funktionen für nicht-zündfähige Anwendungsfälle ein.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100 bieten die Möglichkeit, die Verlustleistung bisheriger nicht-zündfähige Schaltungen, insbesondere bisheriger resistiver Schaltungen, auf einem möglichst niedrigen Niveau zu bringen und damit die notwendige Zündschutzart zu gewährleisten.
Der oben genannte SPC 104 des Steckmoduls 100 umfasst hierzu eine Schaltkreis 106A, 106B und 108, der den Strom des Feldgeräts 400 als Verbraucher und die Spannung auf dem geforderten Schutzniveau hält. Beispielsweise kann diese Schaltung 104 zur Ansteuerung eines Magnetventils ausgebildet sein, optional ergänzt um eine galvanische Trennung zwischen Eingang 104A und Ausgang 104B.
Ziel ist es, mit der nachfolgenden Schaltung die aktuell vorhandenen Probleme anderer am Markt verfügbarer Produkte zu minimieren. Aktuell werden die genannten Schaltkreise für „Non-Incendive“-Produkte hauptsächlich auf einer resistiven Basis aufgebaut. Dies bedeutet immer die Herausforderung, dass im Fehlerfall (oder hoher Dauerbelastung) eine Verlustleistung von beispielsweise 5 W an einem Widerstand abfallen kann. Dies summiert sich in einer Anlage entsprechend der benötigten Kanäle (beispielsweise der Steuerung 300) auf. In Einzelfällen kann diese Verlustleistung zu abgebrannten Schaltungen in Schaltschränken führen.
Die Schaltung 104 in den Ausführungsbeispielen der Vorrichtung 100 kann dazu ausgebildet sein, dass Ströme kleiner als der Stromgrenzwert von beispielsweise 170 mA zum Feldgerät 400 als Verbraucher fließen können. Alle Ströme größer als der Stromgrenzwert werden auf den Stromgrenzwert begrenzt. An den Komponenten stellt sich auf Basis des Spannungsfalls über die Strombegrenzungseinheit 108 (beispielsweise als elektronische Regelung) eine deutlich geringere Verlustleistung ein.
Diese geringere Verlustleistung ermöglicht, eine kompaktere und den Bedingungen entsprechende Bauform der Vorrichtung 100, welche beispielsweise in einem Gehäuse 101 des Steckmoduls 100 gut Platz findet. Die vorzugsweise schmale Bauform ist kompakt und modular (beispielsweise austauschbar). Die Ausführungsbeispiele können mit Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), einem Prozessleitsystem oder einem verteilten Steuersystem (fachsprachlich „Distributed Control System“, kurz DCS) als Steuerung 300 kompatibel sein. Ferner können Ausführungsbeispiele mit Universellen Eingabe- und Ausgabe-Systemen (fachsprachlich „Universal I/O System“) kompatibel sein, bei denen der Eingang 104A mit einer programmbasiert konfigurierbaren Schnittstelle der Steuerung 300 verbunden oder verbindbar ist.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung 100 zur Kommunikation zwischen der Steuerung 300 und dem Feldgerät 400 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel kann für sich oder als Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels realisierbar sein.
Die Strombegrenzungseinheit 108 umfasst ein Schaltelement 120. Das Schaltelement 120 umfasst einen Eingang 126, einen Ausgang 128 und einen Signaleingang 130. Das Schaltelement 120 ist dazu ausgebildet, in einem leitenden Schaltzustand den Eingang 126 des Schaltelements 120 und den Ausgang 128 des Schaltelements 120 elektrisch leitend zu verbinden und in einem den Strom unterbrechenden Schaltzustand den Eingang 126 des Schaltelements 120 und den Ausgang 128 des Schaltelements 120 elektrisch zu trennen. Die Strombegrenzungseinheit 108 kann ferner dazu ausgebildet sein, am Signaleingang 130 den Strom als Spannungssignal zu erfassen und abhängig vom erfassten Strom den Schaltzustand zu steuern.
Die Strombegrenzungseinheit 108 umfasst ferner einen Messwiderstand 122 und einen Erfassungswiderstand 124. Der Eingang 126 des Schaltelements 120 ist mit dem Eingang 116A der Strombegrenzungseinheit 108 elektrisch leitend verbunden. Der Ausgang 128 des Schaltelements 120 ist über den Messwiderstand 122 mit dem Ausgang 116B der Strombegrenzungseinheit 108 elektrisch leitend verbunden. Der Signaleingang 130 des Schaltelements 120 zur Erfassung des Stroms ist über den Erfassungswiderstand 124 mit dem Ausgang 116B der Strombegrenzungseinheit 108 elektrisch leitend verbunden ist. Da die Widerstände 122 und 124 bezüglich dem Ausgang 116B parallel geschaltet sind, und am Erfassungswiderstand 124 (wegen des geringen Stromflusses durch den Erfassungswiderstand 124) keine wesentliche Spannung abfällt, liegt am Signaleingang 130 der vom Strom abhängige Spannungsabfall am Messwiderstand 122 an.
Jedes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 kann dahingehend ausgebildet sein, dass es entweder die Spannungsbegrenzungseinheit 106B oder die weitere Spannungsbegrenzungseinheit 106A oder beide umfasst.
Die weitere Spannungsbegrenzungseinheit 106A und die Spannungsbegrenzungseinheit 106B können eine erste Z-Diode D₁ und eine zweite Z-Diode D₂ umfassen, die den Strom (beispielsweise den Ausgangsstrom I_A) bei einer Eingangsspannung U_E bzw. einem Ausgangsspannung U_A größer als der Spannungsgrenzwert U_WP (z.B. 28 V) auf Null setzen. Optional können die Spannungsbegrenzungseinheiten 106A und 106B jeweils unterschiedliche Spannungsgrenzwerte aufweisen.
Die Schaltung 104 (die auch als Zündschutzschaltung bezeichnet werden kann) umfasst als Strombegrenzungseinheit 108 einen integrierter Schaltkreis (IC₁) mit einer elektronischen Regelung, die den Strom (beispielsweise den Ausgangsstrom I_A) bei einer Ausgangsspannung U_A, die kleiner als die Spannungsgrenze U_WP ist, auf I_WP (z.B. 170 mA bzw. 5 W/U_WP) begrenzt.
Die Strombegrenzungseinheit 108 umfasst einen Messwiderstand 122 (auch Ausgangswiderstand) R₂, über den der IC₁ 108 den begrenzten Strom I_A ausgibt. Der IC₁ 108 erfasst über einen Erfassungswiderstand (auch Abgriffswiderstand) R₁ die am Ausgangswiderstand R₂ abfallende Spannung als Maß für den Ausgangsstrom I_A.
Optional umfasst der IC₁ 108 einen TAB-Befestigungspunkt 132 zur Montage des rohen IC₁ 108 direkt auf der Leiterplatte 101 (kurz: Platine), d.h. zum sogenannten Tape-Automated Bonding (TAB). Vorzugsweise kann die Wärme der reduzierten Verlustleistung des IC₁ 108 über den TAB-Befestigungspunkt 132 an ein Kühlelement auf der Platine 101 abgegeben werden.
Optional umfasst die Schaltung 104 einen Kondensator C₁ 118. Dieser verbindet Eingang 104A und Ausgang 104B der Zündschutzschaltung. Über diesen kann ein Hochfrequenzanteil durch die Schaltung 104 unabhängig von der auf den Gleichstromanteil wirkenden Strombegrenzungseinheit 108 durchgeleitet werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung 100 zur Kommunikation zwischen der Steuerung 300 und dem Feldgerät 400 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, das mit dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 kombinierbar sein kann.
Um die Verlustleistung im IC₁ 108 zu minimieren, kann der Schalttransistor 134 im IC₁ 108 am Arbeitspunkt (U_WP, I_WP) durchsteuern. Das heißt zwischen dem Ausgangswiderstand R₂, der Eingangsspannung U_E und der Spannungsgrenze U_WP kann der Zusammenhang R₂ = (U_E-U_WP)/I_WP bestehen.
Die Strombegrenzungseinheit 108 kann einen (vorzugsweise ausgangsseitig invertierten) Differenzverstärker 136 umfassen, der am Eingang 130 den Strom als Spannungsabfall am Messwiderstand 122 über den Erfassungswiderstand 124 erfasst und den Schaltzustand des Schalttransistor 134 abhängig vom Strom steuert. Diese Steuerung kann ferner die Pulsweitenmodulation des Schaltzustands des Schaltelements 120 (beispielsweise des Schalttransistors 134) umfassen.
In 4 ist die herkömmliche resistive Begrenzung und elektronische Begrenzung eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 100 schematisch grafisch in einer Ausgangskennlinie dargestellt, damit die Unterschiede zwischen den der herkömmlichen resistiven Schaltungen und der Schaltung 104 ersichtlich ist.
Die gestrichelte Linie stellt das Verhalten einer resistiven Schaltung dar. Wobei die volle Linie die Ausgangskennlinie der Schaltung 104 (beispielsweise einer elektronischen Regelung) darstellt. Beide Schaltungen, sollen am Arbeitspunkt (Work Point, kurz WP) die notwendige Zündschutzart zur Verfügung stellen. Beispielsweise entspricht der WP dem Stromgrenzwert (beispielsweise 170 mA) und dem Spannungsgrenzwert (beispielsweise 28 V).
Der Stromgrenzwert und der Spannungsgrenzwert können durch die von der Richtlinie für IECEx und ATEX oder eine Zündschutzarte für den Schutz in explosionsgefährdeten Bereichen (beispielsweise sogenannte Ex-Produkte) geforderten Werte definiert sein. Prinzipiell kann jedes Ausführungsbeispiel der Schaltung 104 für jeden vorgegebenen Stromgrenzwert und/oder Spannungsgrenzwert ausgebildet sein. Die hierin genannten Werte für Strom, Spannung und Leistung sind daher nur exemplarisch angenommen.
Indem durch Taktung des Schaltelements 120 (beispielsweise des Schalttransistors 134) der Strom I_A am Ausgang 104B auf den Stromgrenzwert I_WP begrenzt wird, kann verhindert werden, dass im Schaltelement 120 (beispielsweise im Schalttransistor 134) der Strombegrenzungseinheit 108 die Verlustleistung P_VERLUST = I_A(U_WP - U_A) anfällt.
4 zeigt die durch Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100 erreichbare Begrenzung die Spannung U_A am Ausgang 104B auf den Spannungsgrenzwert U_WP („Fall 1“) und des Stroms I_A am Ausgang 104B auf den Stromgrenzwert I_WP. Der „Fall 2“ zeigt (auch für eine Variante der Ausführungsbeispiele ohne die weitere, d.h. eingangsseitige, Spannungsbegrenzungseinheit 106A, beispielsweise ohne die Z-Diode D1), wie bei einer ausgangsseitigen Überspannung der Strom unterbrochen wird.
5 zeigt schematisch die am Schaltelement 134 (beispielsweise zwischen Source und Drain) anliegende Spannung U_T und den durch das Schaltelement 134 fließende Strom I_T. Im beispielhaften Fall eines n-Kanal-MOSFET als dem Schaltelement 134 kann I_DS=I_T und U_DS=U_T an der Source „S“ und der Drain „D“ sein.
Durch den Wechsel (beispielsweise die Taktung, vorzugsweise gemäß Pulsweitenmodulation) zwischen dem leitenden (d.h. geschlossenen) Schaltzustand 506 und dem den Strom unterbrechenden Schaltzustand 508 kann der Strom begrenzt werden und das Schaltelement 134 stets im schaltenden Bereich 502 betrieben werden. Eine große Verlustleistung im dissipativen Bereich 504 kann so vermieden werden.
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.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung, vorzugsweise Steckmodul
101: Platine der Vorrichtung
102: Kontakte der Vorrichtung, vorzugsweise Steckkontakte des Steckmoduls
102A: Erste Teilmenge der Kontakte
102B: Zweite Teilmenge der Kontakte
103: Steckverbinderhälfte
104: Schaltung der Vorrichtung
104A: Eingang der Schaltung
104B: Ausgang der Schaltung
106A: Weitere Spannungsbegrenzungseinheit
106B: Spannungsbegrenzungseinheit
108: Strombegrenzungseinheit
110A: Leiterbahnen zur ersten Teilmenge der Kontakte
110B: Leiterbahnen zur zweiten Teilmenge der Kontakte
112A: Eingangspole
112B: Ausgangspole
114: Permanent Verbindung
116A: Eingang der Strombegrenzungseinheit
116B: Ausgang der Strombegrenzungseinheit
118: Kapazität, vorzugsweise Kondensator
120: Schaltelement
122: Messwiderstand
124: Erfassungswiderstand
126: Eingang des Schaltelements
128: Ausgang des Schaltelements
130: Signaleingang des Schaltelements
132: Befestigungspunkt des Tape-Automated Bonding (TAB)
134: Schalttransistor, vorzugsweise MOSFET
200: Basismodul
202: Komplementäre Kontakte des Basismoduls
203: Komplementäre Steckverbinderhälfte
204: Steuerseitiger Anschluss
206: Feldseitiger Anschluss
502: Schaltenden Bereich
504: Dissipativer Bereich
506: Strom leitender Schaltzustand des Schaltelements
508: Strom unterbrechender Schaltzustand des Schaltelements

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9971727 B2 [0004]

Claims

Vorrichtung (100), vorzugsweise Steckmodul (100), zur Kommunikation zwischen einer Steuerung (300) und einem Feldgerät (400), umfassend: Kontakte (102), wobei eine erste Teilmenge (102A) der Kontakte (102) mit der Steuerung (300) und eine zweite Teilmenge (102B) der Kontakte (102) mit dem Feldgerät (400) elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sind; und eine Schaltung (104), deren Eingang (104A) mit der ersten Teilmenge (102A) der Kontakte (102) und deren Ausgang (104B) mit der zweiten Teilmenge der Kontakte (102) elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Schaltung (104) eine Spannungsbegrenzungseinheit (106B), die dazu ausgebildet ist, eine Spannung am Ausgang (104B) zu begrenzen, und eine Strombegrenzungseinheit (108), die dazu ausgebildet ist, einen Strom zwischen dem Eingang (104A) und dem Ausgang (104B) zu begrenzen und bei Ansprechen der Spannungsbegrenzungseinheit (106B) den Strom zu unterbrechen, umfasst.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Spannungsbegrenzungseinheit (106B) dazu ausgebildet ist, die Spannung am Ausgang (104B) auf einen Spannungsgrenzwert zu begrenzen, vorzugsweise mittels einer Z-Diode oder eines Varistors.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strombegrenzungseinheit (108) dazu ausgebildet ist, den Strom auf einen Stromgrenzwert zu begrenzen, vorzugsweise mittels eines Schaltelements (120).
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Strombegrenzungseinheit (108) ein Schaltelement (120) umfasst, wobei das Schaltelement (120) einen Eingang (126), einen Ausgang (128) und einen Signaleingang (130) umfasst, wobei das Schaltelement (120) dazu ausgebildet ist, in einem leitenden Schaltzustand den Eingang (126) des Schaltelements (120) und den Ausgang (128) des Schaltelements (120) elektrisch leitend zu verbinden und in einem den Strom unterbrechenden Schaltzustand den Eingang (126) des Schaltelements (120) und den Ausgang (128) des Schaltelements (120) elektrisch zu trennen, wobei die Strombegrenzungseinheit (108) ferner dazu ausgebildet ist, am Signaleingang den Strom zu erfassen und abhängig vom erfassten Strom den Schaltzustand zu steuern.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei die Strombegrenzungseinheit (108) ferner einen Messwiderstand (122) und einen Erfassungswiderstand (124) umfasst, wobei der Eingang (126) des Schaltelements (120) mit dem Eingang (116A) der Strombegrenzungseinheit (108) elektrisch leitend verbunden ist, der Ausgang (128) des Schaltelements (120) über den Messwiderstand (122) mit dem Ausgang (116B) der Strombegrenzungseinheit (108) elektrisch leitend verbunden ist, und der Signaleingang (130) des Schaltelements (120) zur Erfassung des Stroms über den Erfassungswiderstand (124) mit dem Ausgang (116B) der Strombegrenzungseinheit (108) elektrisch leitend verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Schaltelement (120) getaktet ist zwischen einem den Strom leitenden Schaltzustand und einem den Strom unterbrechenden Schaltzustand, vorzugsweise mittels Pulsweitenmodulation.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 6, wobei ein Tastgrad der Pulsweitenmodulation eine monoton fallende Funktion des Stroms ist, vorzugsweise umgekehrt proportional zu einer positiven Differenz zwischen dem Strom und dem Stromgrenzwert, und/oder wobei der Tastgrad bei Erreichen und/oder Überschreiten des Spannungsgrenzwerts Null ist.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Spannungsbegrenzungseinheit (106B) und die Strombegrenzungseinheit (108) in Reihe geschaltet sind, und/oder die Strombegrenzungseinheit (108) zwischen den Eingang (104A) und den Ausgang (104B) geschaltet ist, und/oder wobei die Spannungsbegrenzungseinheit (106B) zur Begrenzung der Spannung am Ausgang (104B) parallel zum Ausgang (104B) geschaltet ist.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Spannungsbegrenzungseinheit (106B) zur Begrenzung der Spannung am Ausgang (104B) dazu ausgebildet ist, beim Ansprechen den Ausgang (104B) kurzzuschließen, und wobei die Strombegrenzungseinheit dazu ausgebildet ist, in Reaktion auf den Kurzschluss des Ausgangs (104B) den Strom zu unterbrechen.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, wobei die Kontakte (102) zur steckbaren elektrisch leitenden Verbindung mit einem Basismodul (200) ausgebildet sind, wobei die erste Teilmenge (102A) der Kontakte (102) über das Basismodul (200) mit der Steuerung (300) und die zweite Teilmenge (102B) der Kontakte (102) über das Basismodul (200) mit dem Feldgerät (300) elektrisch leitend verbunden oder verbindbar sind.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Vorrichtung (100) eine Platine (101) umfasst, auf der die Schaltung (104) angeordnet ist, und wobei Leiterbahnen (110A, 110B) auf der Platine (101) die Schaltung (104) mit den Kontakten (102) elektrisch leitend verbinden, optional wobei die Kontakte (102) an einer Kante der Platine (101) freiliegende Enden der Leiterbahnen (110A, 110B) umfassen.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner eine weitere Spannungsbegrenzungseinheit (106A) umfassend, die dazu ausgebildet ist, eine Spannung am Eingang (104A) zu begrenzen, optional wobei die weitere Spannungsbegrenzungseinheit (106A) dazu ausgebildet ist, die Spannung am Eingang (104A) auf einen weiteren Spannungsgrenzwert zu begrenzen, vorzugsweise mittels einer Z-Diode oder eines Varistors.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Eingang (104A) oder die erste Teilmenge (102A) der Kontakte (102) mindestens zwei Eingangspole (112A-1, 112A-2) umfasst und der Ausgang (104B) oder die zweite Teilmenge (102B) der Kontakte (102) mindestens zwei Ausgangspole (112B-1, 112B-2) umfasst, wobei einer der Eingangspole (112A-1), vorzugsweise ein Pluspol oder eine Phase, mittels der Strombegrenzungseinheit (108) wahlweise mit einem der Ausgangspole (112B-1) elektrisch leitend verbunden ist und/oder wobei einer der Eingangspole (112A-2), vorzugsweise ein Minuspol, ein Massepotential oder ein Erdungspotential, permanent (114) mit einem Ausgangspole (112B-2) elektrisch leitend verbunden ist.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Eingang (104A) oder die erste Teilmenge (102A) der Kontakte (102) mindestens zwei Eingangspole (112A-1, 112A-2) umfasst und einer der Eingangspole (112A-1), vorzugsweise ein Pluspol oder eine Phase, mittels der weiteren Spannungsbegrenzungseinheit (106A) beim Ansprechen mit einem der Eingangspole (112A-2), vorzugsweise einem Minuspol, einem Massepotential oder einem Erdungspotential, elektrisch leitend verbunden ist, und/oder wobei der Ausgang (104B) oder die zweite Teilmenge (102B) der Kontakte (102) mindestens zwei Ausgangspole (112B-1, 112B-2) umfasst und einer der Ausgangspole (112B-1), vorzugsweise ein Pluspol oder eine Phase, mittels der Spannungsbegrenzungseinheit (106B) beim Ansprechen mit einem der Ausgangspole (112B-2), vorzugsweise einem Minuspol, einem Massepotential oder einem Erdungspotential, elektrisch leitend verbunden ist.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei ein Ausgang (116B) der Strombegrenzungseinheit (108) mit der Spannungsbegrenzungseinheit (106B) elektrisch leitend verbunden ist und/oder wobei ein Eingang (116A) der Strombegrenzungseinheit (108) mit der weiteren Spannungsbegrenzungseinheit (106A) elektrisch leitend verbunden ist.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Schaltung (104) ferner eine Kapazität (118) umfasst, die parallel zur Strombegrenzungseinheit (108) geschaltet ist, optional wobei die Kapazität (118) dazu ausgebildet ist, ein Feldbussignal unabhängig von einem Schaltzustand der Strombegrenzungseinheit (108) vom Eingang (104A) zum Ausgang (104B) zu übertragen.