DE69110651T2

DE69110651T2 - Elektrisches Verkabelungssystem.

Info

Publication number: DE69110651T2
Application number: DE69110651T
Authority: DE
Inventors: Werner Pretoria Transvaal Bremer; Michael John Camille Observatory Johannesburg Transvaal Marsh
Original assignee: Council for Scientific and Industrial Research CSIR
Current assignee: Council for Scientific and Industrial Research CSIR
Priority date: 1991-01-04
Filing date: 1991-12-30
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 2011-12-31
Also published as: EP0493980A2; EP0493980A3; DE69110651D1; AU1000492A; US5376757A; CA2058680A1; ATE124178T1; AU642330B2; CA2058680C; EP0493980B1

Description

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Kabelbaumelement sowie ein elektrisches Kabelbaumsystem, das mehrere Kabelbaumelemente umfaßt.
In Risikoumgebungen wie z.B. Bergwerken sind zahlreiche Sensoren wie Gas- oder Rauchmelder sowie verschiedene Überwachungsvorrichtungen für komplexe, unter Tage eingesetzte Anlagen installiert. Aufgrund der großen Tiefe und beträchtlichen Ausdehnung vieler Bergwerke sind die Kosten der für derartige Sensoren und Überwachungseinrichtungen erforderlichen Verkabelung in einem elektrischen Kabelbaumsystem hoch. Wegen der rauhen Bedingungen in einer derartigen Umgebung z. B. wiederholter Steinschlag, hohe Temperaturen und Feuchtigkeit, die Anwesenheit von korrosiven Chemikalien und Schadensrisiken, etwa durch nachlässig gelenkte Grubenfahrzeuge, muß ein derartiges Kabelbaumsystem sehr robust ausgelegt sein. Dies erhöht zusätzlich die Kosten für die erforderliche Verkabelung. Außerdem schafft die Notwendigkeit, die Anordnung derartiger Kabelbaumsysteme zu erweitern und zu verändern, einen Bedarf für ein geeignetes Verfahren zur Erweiterung der Verkabelung. Dieses ist wiederum häufig nicht vereinbar mit der Forderung nach Robustheit.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein elektrisches Kabelbaumelement enthält erfindungsgemäß ein Kabel mit mindestens ersten und zweiten ununterbrochenen Adern, mindestens einer dritten Ader, die ein in Reihe geschaltetes Schaltelement enthält, mindestens ein Verbindungsmittel, dessen Kontakte jeweils an die ersten und zweiten Adern sowie an die betreffenden Pole des in der dritten Ader befindlichen Schaltelements angeschlossen sind, wobei das Verbindungsmittel für den direkten Anschluß eines elektrischen Schaltungsmoduls an die ersten und zweiten Adern und den selektiven Anschluß an die dritte Ader des Kabelbaumelements angepaßt ist sowie einen Stecker und eine zu diesem passende Buchse an den jeweiligen Enden des Kabels, um einen durchgehenden Anschluß einer Vielzahl von Kabelbaumelementen an mindestens einem Kabelbaumelement zu ermöglichen, das an eine Leitstelle angeschlossen ist, so daß die Leitstelle und das elektrische Schaltungsmodul direkt elektrisch über die ersten und zweiten Adern und selektiv elektrisch über die dritte Ader und das Schaltelement verbunden sind.
Die ersten und zweiten Adern können Stromversorgungsleitungen und die dritte Ader eine Signalleitung sein.
Im Kabelbaumelement können weitere Adern enthalten sein, und zwar sowohl nicht unterbrochene Adern als auch solche mit in Reihe geschalteten Schaltelementen.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auch auf ein elektrisches Kabelbaumsystem, bei dem eine Vielzahl von Kabelbaumelementen hintereinander miteinander verbunden sind.
Typischerweise wird das Kabelbaumsystem verwendet, um mehrere Sensoren oder Überwachungsvorrichtungen an eine zentrale Steuer- oder Überwachungsstation, beispielsweise in einem Bergwerk, anzuschließen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine schematische Darstellung, die ein Kabelbaumelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Figur 2 zeigt ein Kabelbaumsystem, das mehrere der in Figur 1 gezeigten Kabelbaumelemente enthält;
Figur 3 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Buchse des Kabelbaumelementes;
Figur 4 ist eine Seitenansicht der Buchse aus Figur 3;
Figur 5 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines Steckers des Kabelbaumelements;
Figur 6 ist eine Seitenansicht des Steckers aus Figur 5;
Figur 7 ist eine bildliche Darstellung, die zeigt, wie der Stecker aus Figur 5 und 6 in die Buchse gemäß Figur 3 und 4 paßt.

BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM

Das in Figur 1 schematisch dargestellte Kabelbaumelement enthält ein mehradriges, armiertes Kabel 10, welches vier elektrische Adern 12, 14, 16 und 18 umfaßt. Die Adern 12, 14 und 16 sind nicht unterbrochen, während die Ader 18 jeweils bei mehreren Verbindungsmitteln in Form von Buchsen 20 unterbrochen wird, die längs des Kabels angebracht sind. Die Ruhekontaktrelais 22 verbinden die Abschnitte des Leiters 18, so daß er selektiv geschlossen oder unterbrochen werden kann.
Eine typische Buchse ist in Figur 3 dargestellt. Wie zu sehen ist, umfaßt sie sechs röhrenförmige Steckerhülsen 24, die asymmetrisch in einem zylindrischen Gehäuse 26 angeordnet sind. Durch die Hohlzapfen 28 an jeder Steckerhülse 24 können Adern des Kabels 10 nach Bedarf daran angeschlossen werden. Das Kabel verläuft in das bzw. aus dem Gehäuse 26 über die entgegengesetzten Öffnungen 30 und 32. Sobald die Stecker 24 an die korrekten Leiter des Kabels 10 geschaltet sind, werden sie mit einer Vergußmasse im Gehäuse 26 fixiert, so daß ihre offenen Enden annähernd bündig mit der Oberkante des Gehäuses sind. Eine Lochscheibe 34 paßt über die Enden der Verbindungsglieder und gewährleistet deren ordnungsgemäße Ausrichtung.
In den Figuren 5 und 6 ist ein Stecker abgebildet, der zu der in Figuren 3 und 4 abgebildeten Buchse paßt. Der Stecker enthält ebenfalls ein zylindrisches Gehäuse 36, das mit einer unverlierbaren Gewindemuffe 38 und einer Dichtung 40 ausgestattet ist. Das Gewinde der Muffe 38 paßt zu einem Gewinde 42, das auf dem oberen Rand des Gehäuses 26 der Buchse ausgeformt ist, so daß das Gehäuse 36 des Steckers auf das Gehäuse 26 der Buchse geschraubt werden kann. Innerhalb des Gehäuses 36 des Steckers befinden sich mehrere Stifte 44, die mit den Verbindungsgliedern 24 der Buchse ausgerichtet sind und vom Gehäuse 36 aus nach außen weisen. Wenn daher die Gehäuse 36 und 26 des Steckers und der Buchse aneinander ausgerichtet sind und mittels Gewindemuffe 38 fest verbunden sind, passen die Stifte 44 des Stekkers jeweils in die Verbindungsstücke 24 der Buchse. Jeder Stift 44 weist einen Zapfen 46 für den Anschluß eines elektrischen Leiters auf; eine Abdeckplatte, die ähnlich der in der Buchse ausgestaltet ist, wird zur ordnungsgemäßen Ausrichtung der Stifte verwendet, die wiederum mit Epoxidharz oder dergleichen in ihre Stellung vergossen sind.
Die Stifte 44 weisen offene, röhrenförmige obere Enden auf, deren Form den Verbindungsstücken 24 der Buchse entspricht, so daß bei Bedarf zwei Stecker huckepack angeordnet werden können und eine Sensoreinrichtung auf einen Stecker sowie auf jede beliebige Buchse gesteckt werden kann. Statt eine Hilfsbuchse auf den Stecker zu setzen, kann die Endbuchse des Kabelbaumelements auch mit einem Hilfsstecker ausgerüstet sein.
Ein Stecker gemäß Figuren 5 und 6 ist an einem Ende des Kabelbaumelements angeschlossen, während eine Buchse gemäß Figuren 3 und 4 an seinem anderen Ende angeschlossen ist, so daß mehrere Kabelbaumelemente hintereinander miteinander verbunden werden können und dadurch der Stromdurchgang von Ader zu Ader aufrechterhalten wird. Die asymmetrische Anordnung der Stifte und Verbindungsstücke der Stecker und Buchsen gewährleistet deren ordnungsgemäße Ausrichtung, wenn sie miteinander verbunden werden.
In einer typischen Ausführung der vorliegenden Erfindung dienen die Adern 12, 14 und 16 als Masse- und Stromversorgungsleitungen, die Strom an die Sensoren bzw. Überwachungsvorrichtungen legen, die in die Buchsen 20 längs des Kabelbaumsystems gesteckt sind. Die Ader 18 dient als Signalleitung und ermöglicht die Übertragung von Kommunikations- oder Steuersignalen entlang des Kabelbaums. Die Ader 18 wird durch die Reihenkontakte der Relais 22 gesteuert und ist normalerweise über die Ruhestromkontakte der Relais durchgeschaltet. Diese Kontakte können jedoch selektiv geöffnet werden, indem entsprechende Steuersignale über die Ader 18 an die in die jeweiligen Buchsen 20 eingesteckten Sensoreinrichtungen 48 gesendet werden. Die Sensoreinrichtungen 48 umfassen Schnittstellen-Schalttechnik, die auf die Steuersignale anspricht und die Relaiskontakte nach Bedarf öffnet oder schließt. Durch dieses Merkmal können die verschiedenen Sensoren mit individueller Kennung vom Zentralrechner oder der Überwachungsstation programmiert werden, indem die Sensoren isoliert und dann sequentiell wieder an das Netzwerk zwecks Programmierung angeschlossen werden.
Durch die Bereitstellung einer Reihe von Buchsen an jedes Kabelbaumelement kann das Kabelbaumsystem wie in Figur 2 gezeigt verzweigt werden, da zwei oder mehr weitere Kabelbaumelemente an jedes vorhandene Kabelbaumelement angeschlossen werden können.
Die beschriebenen Stecker und Buchsen sind aus widerstandsfähigem Kunststoff hergestellt, und das Vergießen der Stifte und Verbindungsglieder der Stecker und Buchsen sowie die Ausrüstung mit anschraubbaren Muffen und Dichtungen stellt robuste, wasserdichte Verbindungen zwischen Steckern und Buchsen sicher. Außerdem erhöht die Verwendung eines starken, armierten Kabels die Widerstandsfähigkeit des Kabelbaumsystems gegen Beschädigung. Die Erweiterung eines vorhandenen Kabelbaumsystems Iäßt sich einfach bewerkstelligen, indem dem vorhandenen System weitere Kabelbaumelemente hinzugefügt werden. Falls es erforderlich wird, ein zusätzliches Kabelbaumelement in eine bestimmte Buchse des Kabelbaumsystems zu stecken, kann der zuvor in der betreffenden Buchse steckende Sensor 48 einfach in die eingebaute Buchse des Steckers selbst eingesteckt werden, so daß für unterbrechungsfreien Betrieb gesorgt ist. Wenn der Kabelbaum auf diese Weise neu konfiguriert wird, kann der Zentralrechner oder die Überwachungsstation anschließend die Relais in jeder Buchse dazu nutzen, die Sensoren selektiv zu isolieren und so jeden einzelnen Sensor neu zu kennzeichnen.
Wenn eine Buchse nicht belegt ist, wird sie einfach mittels einer Schraubkappe 50 versiegelt, um Schmutz und Feuchtigkeit fernzuhalten.

Claims

1. Ein elektrisches Kabelbaumelement, enthaltend ein Kabel (10), welches aufweist: mindestens erste und zweite ununterbrochene Adern (12, 14), mindestens eine dritte Ader (18) mit einem mit dieser in Reihe geschalteten Schaltelement (22), mindestens ein Verbindungsmittel (20), dessen Kontakte jeweils an die ersten und zweiten Adern (12, 14) sowie an die entsprechenden Pole des Schaltelements in der dritten Ader (18) angeschlossen sind, wobei das Verbindungsmittel (20) für den direkten Anschluß eines elektrischen Schaltungsmoduls (48) an die ersten und zweiten Adern (12, 14) und den selektiven Anschluß an die dritte Ader (18) des Kabelbaumelements angepaßt ist, sowie einen Stecker (36) und eine dazu passende Buchse (26) an den jeweiligen Enden des Kabels (10), so daß mehrere Kabelbaumelemente hintereinander an mindestens ein Kabelbaumelement, welches an eine Leitstelle angeschlossen ist, angeschlossen werden können, so daß die Zentralstelle und das elektrische Schaltungsmodul (48) direkt elektrisch über die ersten und zweiten Adern (12, 14) und selektiv elektrisch über die dritte Ader (18) und das Schaltelement (22) verbunden sind.

2. Elektrisches Kabelbaumelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweite Adern (12, 14) Stromversorgungsleitungen sind und die dritte Ader (18) eine Signalleitung ist.

3. Elektrisches Kabelbaumelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stecker (36) und die Buchse (26) zueinander passende Kontakte (44, 24) aufweisen, die asymmetrisch angeordnet sind, um deren falsche Ausrichtung zu verhindern.

4. Elektrisches Kabelbaumelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Stekker (36) und der Buchsen (26) eine Zusatzbuchse bzw. einen Zusatzstecker umfassen.

5. Elektrisches Kabelbaumelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stecker (36) eine zusätzliche Buchse umfaßt, die mit der Buchse (26) am anderen Ende des Kabelbaumelements kompatibel ist.

6. Elektrisches Kabelbaumelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Verbindungsmittel (20) mindestens eine Buchse (26) enthält, welche mit der Buchse (26) am Ende des Kabelbaumelements kompatibel ist, so daß der Stecker (36) eines Kabelbaumelements in ein beliebiges Verbindungsmittel eines anderen Kabelbaumelements gesteckt werden kann.

7. Elektrisches Kabelbaumelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Stecker, Buchsen und Verbindungsmittel ein Gehäuse (26, 36) enthält, das so angepaßt ist, daß es dicht mit dem Gehäuse eines komplementären Verbindungsmittels zusammenpaßt.

8. Elektrisches Kabelbaumelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zu jedem Verbindungsmittel (20) gehörende Schaltelement (22) ein Relais ist.

9. Elektrisches Kabelbaumelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (22) mittels eines elektrischen Schaltungsmoduls (48) steuerbar ist, das an das Verbindungsmittel angeschlossen ist.

10. Elektrisches Kabelbaumelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Schaltungsmodul (48) auf Steuersignale anspricht, die auf der dritten Ader von einer zentralen Regelstation aus übertragen werden, um die Relaiskontakte zu öffnen oder zu schließen.

11. Ein elektrisches Kabelbaumsystem, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vielzahl von miteinander verbundenen Kabelbaumelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfaßt.

12. Elektrisches Kabelbaumsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Steuerstelle umfaßt, die an mindestens eines der Kabelbaumelemente angeschlossen ist, wobei die Steuerstation eine Stromquelle umfaßt, die an die ersten und zweiten Adern (12, 14) angeschlossen werden kann, sowie eine Schnittstelle, die an die dritte Ader (18) zwecks Kommunikation mit den elektrischen Schaltungsmodulen (48) angeschlossen werden kann, welche an die jeweiligen Verbindungsmittel (20) des Kabelbaumelements angeschlossen sind.