DE4328813A1 - Automatisierungssystem - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Komponente für ein komponentenweise aufgebautes Automatisierungssystem nach der Gattung des Hauptan­ spruchs.

Ein bekanntes Automatisierungssystem (EP 236 711) dieser Art besteht aus einer Tragschiene, auf die einzelne Baugruppenträger aufschnappbar sind, mit denen wiederum einzelne Baugruppen verbunden sind. Zum Anschluß externer elektrischer Verbindungen an eine Bau­ gruppe dient ein mit dem Baugruppenträger verbundener Anschlußblock. Baugruppe und Baugruppenträger sind über einen mehrpoligen Steckver­ binder miteinander verbunden. Elektrische Verbindungen der Bau­ gruppenträger untereinander erfolgen über Cu-Schiebestücke bzw. Laschen. Modular aufgebaute Automatisierungssysteme dieser Art bieten eine große Flexibilität hinsichtlich ihrer Zusammenstellbar­ keit. Vor allem speicherprogrammierbare Steuerungen werden deshalb häufig in dieser Form angeboten.

Flexibilität und einfache Montierbarkeit sind auch bei Hochstrom­ systemen, insbesondere modular aufgebauten Umrichtern, wichtige An­ forderungen.

Solche letztgenannten Anordnungen müssen zudem eine gute Abführung der von den eingesetzten Leistungsbauelementen erzeugten Wärme ge­ währleisten. Üblicherweise geschieht dies mit Hilfe von Lüfterge­ bläsen, welche mit den Leistungsbauelementen verbundene Kühlflächen belüften. Das in EP 236 711 beschriebene Automatisierungssystem weist besondere erkennbare Anordnungen zur Kühlung nicht auf. Ein evtl. zu diesem Zweck erforderliches Lüftergebläse müßte deshalb innerhalb einer Baugruppe angeordnet werden. Eine interne Anordnung vor allem eines stärkeren Lüftergebläses ist jedoch unzweckmäßig, da zum einen der Motor eines Lüftergebläses eine zusätzliche Störungs­ quelle, auch bezüglich Verschmutzung für andere in der Baugruppe enthaltene Bauelemente darstellt, und da zum anderen ein Lüfterge­ bläse ein mechanisches und deshalb vergleichsweise reparaturan­ fälliges Bauelement ist. Im Falle eines mechanischen Schadens ist dann, wenn das Lüftergebläse innerhalb der Baugruppe angeordnet ist, stets die Baugruppe zu öffnen. Ein Tausch von evtl. notwendigen Lüfterfiltern ist nur nach Demontage möglich. Ein solches Öffnen einer Baugruppe kann aber je nach Beschaffenheit der Baugruppe sehr viel Zeit kosten, und birgt zudem die Gefahr einer Beschädigung anderer Bauelemente beim Öffnen der Baugruppe in sich.

Ein anderes, auf Leistungsanwendungen ausgelegtes modulares Auto­ matisierungssystem ist aus dem Prospekt SD 24, 1991 der Firma SIEMENS bekannt. Die darin beschriebenen Komponenten setzen sich jeweils aus einem Rückwandmodul und einem zugeordneten Funktions­ modul zusammen. Rückwand- und Funktionsmodul wirken über mehrere, über die gesamte Kontaktfläche verteilte Steckverbindungen elektrisch zusammen. Je nach Funktion des Funktionsmoduls ergibt sich ein anderes Steckverbindungsbild. Die Rückwandmodule sind untereinander elektrisch fest verdrahtet. Auch bei diesem System erfolgt eine Wärmeabfuhr nur durch Kühlung innerhalb eines Funktionsmoduls.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb, den Aufbau der Komponenten eines komponentenweise aufgebauten Automatisierungs­ systems dahin zu verbessern, daß bei Beibehaltung einer großen Flexibilität hinsichtlich der Konfiguration des Systems die Zugäng­ lichkeit einer Belüftungseinrichtung verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Komponente mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Bei erfindungsgemäßen Komponenten sind Lüftergebläse als Bestandteile eines Tragelementes ausgeführt, mit welchem eine Funktionsgruppe trennbar verbunden ist. Das Lüfterge­ bläse ist dadurch ohne Öffnen des Funktionsmoduls zugänglich, so daß z. B. ein Austausch des Lüftergebläses oder eines zugeordneten Filters einfach und schnell erfolgen kann. Erfindungsgemäß aufge­ baute Komponenten weisen auch hinsichtlich ihrer Handhabung eine hohe Flexibilität auf. Tragelemente können ohne Ausbau von Nachbar­ komponenten ausgetauscht werden, jedem Tragelement kann ein be­ liebiges, wahlweise zu kühlendes oder nicht zu belüftendes Funktionsmodul zugeordnet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Zweckmäßig ist der dem Tragelement zugewandte hintere Teil eines Funktionsmodules nach Art eines Lüftungsschachtes ausgeführt, durch welchen die von dem dem Tragelement zugeordneten Lüftergebläse aus­ geworfene Luft hindurchtreten kann. Innerhalb des Schachtes sind zu kühlende Leistungsbauelemente des betreffenden Funktionsmodules an­ geordnet, in einem einfachen Fall z. B. Kühlrippen.

Eine besonders gute Zugänglichkeit des Lüftergebläses wird erreicht, in dem dieses in einem schachtartigen Leerraum zwischen Tragelement und einem vorspringend angeordneten Anschlußblock angeordnet ist.

Vorteilhaft erfolgt die Stromversorgung des Lüftergebläses über den Anschlußblock von dem aufgesteckten Funktionsmodul aus. Auf diese Weise kann durch Weglassen oder Anbringen der die Lüfterge­ bläse-Stromversorgung herstellenden elektrischen Verbindung je nach Aufgabe und Beschaffenheit des Funktionsmodules, daß Lüftergebläse genutzt werden oder nicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Tragelement einen Durchbruch zur Aufnahme eines Kühlkörpers auf. Dadurch ist wahlweise die Verwendung eines als Cold-Module ausgeführten Funktionsmodules möglich, welches über durch den Durchbruch heraus­ ragende Kühlrippen gekühlt wird.

Zweckmäßig werden alle elektrischen Verbindungen zwischen Trag­ element und Funktionsmodul über einen einzigen Anschlußblock herge­ stellt. Sinnvoll ist es, über diesen nur hochstromführende elektri­ schen Verbindungen herzustellen.

Ein Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Komponente wird nach­ folgend in der Beschreibung und anhand einer Zeichnung näher er­ läutert.

Zeichnung

Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der vorge­ schlagenen Komponente, Fig. 2 eine schematisierte Seitenansicht einer vorgeschlagenen Komponente, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Anschlußblockes.

Beschreibung

Hauptbestandteile der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Komponente sind einerseits ein Tragelement 10 und andererseits ein Funktionsmodul 11. Das Tragelement 10 ist mittels geeigneter Be­ festigungen, im Beispiel der Fig. 1 mit zwei Schrauben 18, an einer raumfesten Trägervorrichtung, z. B. in einem Schaltschrank, be­ festigt. Komponenten von Automatisierungssystemen besitzen über­ wiegend die Form eines langgezogenen Quaders mit rechteckigem Grund­ riß. Bevorzugt sind sie, wie in Fig. 1 angedeutet, vertikal entlang der langen Achse eines Grundriß-Rechtecks angeordnet. Typischerweise besteht ein Automatisierungssystem aus mehreren Komponenten mit entsprechend mehreren, nicht dargestellten, Tragelementen 10, welche unmittelbar nebeneinander angeordnet werden. Mit dem Tragelement 10 über geeignete Halterungen 19 verbunden ist ein Anschlußblock 12 zur Herstellung von elektrischen Verbindungen mit dem Funktionsmodul 11. Um das Zusammenfügen von Tragelement 10 und Funktionsmodul 11 zu erleichtern, und um das Funktionselement 11 im eingebauten Zustand zusätzlich zu stützen, befindet sich der Anschlußblock 12 vorzugs­ weise im unteren Bereich des Tragelements 10. Er ist, wie in Fig. 1 gezeigt, gegenüber der Grundfläche des Tragelements 10 vorspringend angeordnet, so daß zwischen Tragelement 10 und Rückseite des An­ schlußblocks 12 ein Leerraum 13 entsteht. Um den Anschlußblock 12 wie in Fig. 1 gezeigt vorspringend anordnen zu können, weist das Tragelement 10 geeignete Halterungen 19 auf. In einfacher Weise handelt es sich dabei um zwei an den Seiten des Tragelements 10 angebrachte, gegenüberliegende Befestigungsbleche, zwischen deren offenen Vorderkanten der Anschlußblock 12 angeordnet wird. Mittels Schrauben, von der Seite einsteckbaren Bolzen oder anderen ge­ eigneten Verbindungsmitteln wird er befestigt.

In den aus den Halterungen 19, der Oberseite des Tragelementes 10, sowie der Rückseite des Anschlußblockes 12 gebildeten Leerraum 13 ist ein herausnehmbares Lüfterelement 14 mit einem Lüftergebläse angeordnet. Geeignete Vorrichtungen zur Befestigung des Lüfterele­ mentes 14 sind nicht dargestellt, sie sind in der Fachwelt bekannt.

Zur Herstellung der elektrischen Verbindungen zwischen Tragelement 10 und Funktionsmodul 11 dient der Anschlußblock 12. Er ist in ge­ eigneter Weise mit den Halterungen 19 verbunden, z. B. mit Schrauben oder Bolzen 20. Seine Seitenkontur kann wie in Fig. 2 angedeutet, treppenartig sein, wodurch eine Selbstfindung der Kontakte 22 bis 24 mit den Buchsen 22′ bis 24′ verbessert wird, welche an der dem auf­ zusetzenden Funktionsmodul 11 zugewandten Vorderseite des Anschluß­ blockes 12 angeordnet sind.

Eine mögliche Buchsenanordnung auf der Oberseite des Anschlußblockes 12 ist für das Beispiel eines Antriebsumrichtersystems in Fig. 3 gezeigt. Ein erstes Paar Buchsen 23′ dient zur Stromversorgung für das Lüftergebläse 14. Das darunter angeordnete Buchsenpaar 22′ dient zum Anschluß des Funktionsmoduls 11, hier ein Umrichtermodul, an einen Gleichspannungszwischenkreis. Zum Weiterschleifen der Zwischenkreisspannung zu benachbarten Komponenten dienen die Buchsen 28. Über die darunter angeordneten Buchsen 24′ ist ein anzutreiben­ der Motor oder bei Ein-/Rückspeiseeinheiten das Netz mit dem Funktionsmodul 11 verbunden. Externe Steuerleitungen können über die darunter angeordneten Kontakte 25′ zugeführt werden. Die Anordnung der Buchsen gemäß Fig. 3 und die Zuordnung der über sie über­ tragenen elektrischen Signale sind nur beispielhaft. Als grundsätz­ lich sinnvoll erwiesen hat es sich aber, wie in Fig. 3 dargestellt, die Kontakte so anzuordnen, daß ein falsches Einstecken eines Funktionsmoduls 11 nicht möglich ist. Im Beispiel Fig. 3 wird dies durch die diagonale Plazierung der Kontakte 22′ bewirkt. Ferner hat es sich als sinnvoll erwiesen, für Hochstromverbindungen Messer­ kontakte zu verwenden wie in Fig. 3 dargestellt.

Über ein Kabel 26 sind dem Anschlußblock 12 externe elektrische Ver­ bindungen, z. B. die von einem Motor, zugeführt. Das Kabel 26 tritt zweckmäßig an der Rückseite, wie in Fig. 3 dargestellt, oder an seiner Unterseite in den Anschlußblock 12 ein. Die Verbindung von Kabel 26 und Anschlußblock 12 kann als Steckerverbindung - nicht dargestellt - oder als nicht trennbare, feste Verbindung ausgebildet sein.

An seiner Oberseite weist das Tragelement 10 eine Vorrichtung 17 zur Befestigung des Funktionsmoduls 11 auf. Dies können z. B. an Nasen befestigte Bolzen oder, wie in Fig. 1, eine Achse sein, welche mit am Funktionsmodul 11 angeordneten kanalartigen Ausnehmungen so zusammenwirkt, daß das Funktionsmodul über die Befestigungsvor­ richtung 17, 17′ gegen das Tragelement 10 schwenkbar ist.

Abgestimmt auf den zwischen Tragelement 10 und Anschlußblock 12 bestehenden Leerraum 13 weist das Funktionsmodul 11 an seiner dem Tragelement 10 zugewandten Seite einen Lüftungsschacht 15 in Form eines kaminartigen Leerraums auf, welcher sich in eingebautem Zu­ stand genau über dem Leerraum 13 befindet. Seine horizontale Quer­ schnittsfläche stimmt im wesentlichen mit der des Leerraumes 13, bzw. mit der Fläche des darin angeordneten Lüfterelements 14 überein. Die vom Lüftergebläse ausgeworfene Luft tritt somit durch den modul­ seitigen Lüftungsschacht 15 ins Freie, wie durch die Pfeile in Fig. 1 angedeutet. In den Lüftungsschacht 15 ragen zu kühlende Bauele­ mente 16 aus dem funktionalen Teil des Moduls 11 herein. Dies können, wie in Fig. 1 angedeutet, z. B. Kühlrippen sein. Ebensogut kann es sich dabei aber auch um ausgelagert angeordnete Leistungs­ bauelemente oder dergleichen handeln.

Im unteren Bereich des Funktionsmoduls 11 befindet sich, ent­ sprechend der vorspringenden Lage des Anschlußblocks 12 zurück­ versetzt, ein Steckerblock 21 mit Steckkontakten 22 bis 24. Sie wirken in eingebautem Zustand mit den auf dem Anschlußblock 12 angeordneten Buchsen 22′ bis 24′ zusammen.

Das Funktionsmodul 11 ist insgesamt so geformt, daß es in einge­ bautem Zustand im wesentlichen paßgenau auf die aus Tragelement 10 und vorgelagertem Anschlußblock 12 gebildete L-förmige Kontur der Montagevorrichtung paßt. Für den Einbau wird das Funktionsmodul 11 zunächst mit der Befestigungsvorrichtung 17, 17′ am Tragelement 10 eingehängt und anschließend um den durch die Befestigungsvorrichtung 17, 17′ definierten Drehpunkt gegen das Tragelement 10 mit dem An­ schlußblock 12 geschwenkt, so daß die elektrischen Kontakte 22 bis 24 in die Buchsen 22′ bis 24′ auf dem Anschlußblock 12 greifen. Zweckmäßig ist es, die Verbindung zwischen Tragelement 10 und Funktionsmodul 11 durch wenigstens eine zusätzliche Befestigungs­ vorrichtung, z. B. eine Schraube 29, abzusichern.

Als sinnvoll erwiesen hat es sich, nur einen Anschlußblock 12 zur Herstellung von elektrischen Verbindungen zwischen Tragelement 10 und Funktionsmodul 11 vorzusehen, und über diesen im wesentlichen nur Hochstromverbindungen zu führen. Wegen der starken Störungsein­ flüsse der Hochstromverbindungen auf logische Signalleitungen empfiehlt es sich, letztere getrennt zu führen. In einfacher Weise kann dies z. B. mittels Flachbandkabeln 30 geschehen, die wie in Fig. 1 dargestellt an der Vorderseite eines Funktionsmoduls ein­ gesteckt werden.

Umfaßt das Automatisierungssystem auch als Cold-Module ausgeführte Komponenten, dies sind Funktionsmodule, welche über dem Umgebungs­ raum ausgesetzte Kühlkörper gekühlt werden, weist das Tragelement 10 einen Durchbruch 16′ auf, durch den im eingesteckten Zustand der Kühlkörper 16 des Funktionsmoduls 11 hindurchtritt. Zweckmäßig sind in diesem Fall Funktionsmodul 11 und Tragelement 10 durch eine, nicht dargestellte, Dichtung thermisch, elektrisch und mechanisch gegeneinander isoliert. Da ein Cold Module über einen Lüftungs­ schacht 15 im allgemeinen nicht verfügt, kann das Lüfterelement 14 entfallen.

Die vorgeschlagenen Komponenten gestatten es in einfacher Weise, zunächst, wie gehabt, die Tragelemente 10 an einer vorgesehenen Stelle, z. B. in einem Schaltschrank, anzubringen, und sie soweit möglich fest zu verdrahten. Auf die fertig montierten Tragelemente 10 werden anschließend die Funktionsmodule aufgesteckt. Zweckmäßig erfolgt die Stromversorgung des Lüfterelementes 14 über die Funktionsmodule 11. Je nachdem, ob ein Funktionsmodul eine Kühlung mittels eines Lüftergebläses benötigt, verfügt es über Stroman­ schlüsse für das Lüfterelement 14. So ist etwa bei einer reinen Eingangs/Ausgangsbaugruppe eine zusätzliche Kühlung im allgemeinen gar nicht erforderlich, stets dagegen z. B. bei einem Rückspeise­ modul einer Umrichteranordnung.

Aufbauend auf dem Grundgedanken, ein Belüftungssystem 13, 14, 15 zwischen Tragelement 10 und Funktionsmodul 11 anzuordnen, bietet sich unter Beibehaltung des grundlegenden Prinzips eine Vielzahl weiterer Ausgestaltungen. Denkbar sind etwa eine spezielle Form­ gebung für den Lüftungsschacht 15, welche besonders günstige Strömungsverhältnisse liefert, oder eine speziell angepaßte Aus­ bildung des Lüftergebläses.

Claims (7)

1. Komponente für ein komponentenweise aufgebautes Automatisierungs­ system, bestehend aus einem Tragelement zur externen Verdrahtung, sowie einem mit diesem trennbar verbundenen Funktionsmodul, wobei zumindest ein Teil der elektrischen Verbindungen zwischen Funktions­ modul und Tragelement über einen an dem Tragelement befestigten An­ schlußblock hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der An­ schlußblock (12) vorspringend gegen das Tragelement (10) angeordnet ist, so daß zwischen Anschlußblock (12) und Tragelement (10) ein Leerraum (13) entsteht, in welchen ein Lüftergebläse (14) einsetzbar ist.

2. Komponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Tragelement (10) zugewandte Teil des Funktionsmoduls (11) einen als Lüftungsschacht ausgeführten Leerraum (15) aufweist, welcher so an­ geordnet ist, daß von dem Lüftergebläse (14) ausgeworfene Luft durch diesen hindurchgeführt wird.

3. Komponente nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lüftungsschacht (15) zu kühlende Bauelemente angeordnet sind.

4. Komponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsmodul (11) eine Ausnehmung aufweist, so daß es im wesent­ lichen paßgenau auf die aus Tragelement (10) und Anschlußblock (12) gebildete Tragvorrichtung aufsetzbar ist.

5. Komponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragelement (10) einen Durchbruch (16′) aufweist, durch welchen im eingesetzten Zustand der Kühlkörper (16) eines Funktionselementes (11) hindurchtritt.

6. Komponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über den Anschlußblock (12) alle zwischen Tragelement (10) und Funktionsmodul (11) herzustellende elektrischen Verbindungen hergestellt sind.

7. Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stromversorgung des Lüftergebläses (14) über das Funktionsmodul (11) erfolgt.