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WO2015049261A1 - Funktionsbaustein für ein busfähiges aneinanderreihbares anschluss- und/oder funktionsmodul - Google Patents

Funktionsbaustein für ein busfähiges aneinanderreihbares anschluss- und/oder funktionsmodul Download PDF

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Publication number
WO2015049261A1
WO2015049261A1 PCT/EP2014/070999 EP2014070999W WO2015049261A1 WO 2015049261 A1 WO2015049261 A1 WO 2015049261A1 EP 2014070999 W EP2014070999 W EP 2014070999W WO 2015049261 A1 WO2015049261 A1 WO 2015049261A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
connection
circuit board
module
function module
function
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2014/070999
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gorm Rose
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Weidmueller Interface GmbH and Co KG
Original Assignee
Weidmueller Interface GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Weidmueller Interface GmbH and Co KG filed Critical Weidmueller Interface GmbH and Co KG
Publication of WO2015049261A1 publication Critical patent/WO2015049261A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1462—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack for programmable logic controllers [PLC] for automation or industrial process control
    • H05K7/1468—Mechanical features of input/output (I/O) modules
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1462—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack for programmable logic controllers [PLC] for automation or industrial process control
    • H05K7/1474—Mounting of modules, e.g. on a base or rail or wall

Definitions

  • the invention relates to a function module for insertion into or placement on a bus-capable, connectable connection and / or function module for controlling and / or monitoring technical processes, in particular in industrial automation equipment.
  • BACKGROUND OF THE INVENTION The invention further relates to an arrangement of a connection and / or function module and a function block.
  • control data and / or measured values are exchanged via a field bus between one or more central control computers, also referred to as master computers or programmable logic controllers (PLCs), and field devices.
  • PLCs programmable logic controllers
  • field bus coupler also called gateway
  • the connection and / or function modules mentioned above are used.
  • the modules are connected to the fieldbus via the mentioned fieldbus coupler.
  • connection and / or function modules are known, for example, from the publications EP 0 364 618 B1 and EP 2 589 276 A1.
  • connection and / or function modules are known, for example modules which provide digital and / or analog input and / or output channels, relay modules, counter modules, interface modules and so on.
  • the system of fieldbus couplers and connected bus-compatible connection and / or function modules is also referred to as a modular decentralized ("remote") I / O (input / output) system.
  • I / O input / output
  • signal quantities for example voltages, currents, frequencies, very different ranges of values are common within a system and can be processed in part by one and the same model.
  • EP 2 589 276 A1 discloses a connection and / or function module in which various connection and / or function modules are provided a terminal block can be used, which can then be placed as a connection level on the connection and / or function module, in particular can be swung.
  • the connection and / or function module can thus be adapted to different conductor diameters and / or connector standards, for example by using different connection modules.
  • connection modules it is also possible to use functional components which, for example, enable signal adaptation or signal processing or signal preprocessing on account of integrated electrical or electronic components.
  • the function blocks can have fixed connections, so that the function blocks in turn represent combined connection and function blocks. It is also conceivable to form the function blocks with a receptacle for a connection module, so that the function modules can be plugged, as it were, as an intermediate element between the connection and / or function module and the connection modules.
  • the connection modules offer a high level of flexibility in the use of a wide variety of conductor and / or connector technologies. In a comparable manner, the function blocks offer a great deal of flexibility with regard to the signals used and those supplied to the connection and / or function modules or output by the connection and / or function modules.
  • connection module and / or function module having to be preceded by a separate signal adaptation module, which occupies a mounting location in a control cabinet, in particular on a mounting rail. increases the installation effort for the control system and reduces the clarity of the wiring.
  • connection and / or function module it is therefore an object of the present invention to provide a flexible function module as possible for a connection and / or function module, by which the connection and / or function module can be adapted in a maximum flexible manner to the respective requirements. It is a further object to provide an arrangement of a connection and / or function module and such a function block.
  • a functional module according to the invention is suitable for insertion into or placement on a bus-capable, connectable connection and / or function module for controlling and / or monitoring technical processes, in particular in an industrial automation device, wherein the connection and / or function module is adapted for attachment to a mounting base is, preferably with latching means for latching onto a DIN rail, and at least one or more bus conductor contacts, as well as a printed circuit board with the at least one function module and / or at least one connection module are connectable.
  • the functional module is characterized in that it has at least one printed circuit board which provides one or more mounting options for installing custom or application-specific electrical and / or electronic components.
  • connection and / or function module individually to appropriate needs.
  • integration into the connection system of the connection and / or function module provides a reliable, reliable and space-saving design.
  • the printed circuit board function module at least partially formed as a hole grid board. Trained as a hole pattern printed circuit board allows the customer, in a particularly flexible manner application specific electrical or electronic components, eg. B. for signal matching, the connection and / or function module upstream.
  • application specific electrical or electronic components eg. B. for signal matching
  • the connection and / or function module upstream e.g. B.
  • tion divider can be realized with certain desired divider ratios and resistance values in order to adapt a signal to be measured to the measuring range of a digital or analog signal input of the connection and / or function module.
  • current measurements can be realized using soldered shunt resistors.
  • filters, such as high or low pass filters, or rectifiers for measuring AC voltages can be built in a simple manner.
  • the printed circuit board preferably provides soldering pads as contact surfaces for soldering the electrical and / or electronic components. As a result, a susceptible to interference and mechanically stable construction with reliable electrical contact is given.
  • installation locations with contact surfaces on the printed circuit board for soldering in the electrical and / or electronic components are present as installation possibilities.
  • the bays are prepared for soldering SMD (Surface Mounted Device) components.
  • the contact surfaces are connected to one another and / or to connections of the functional module by prefabricated conductor tracks.
  • basic circuits for signal processing are predetermined by the prefabricated tracks. In this way, standard circuits can be implemented in which the electrical properties z. B. customize the signal processing by selecting the components used. Even more complex circuits can be implemented in the function block in an application-specific manner.
  • this preassembled connection which is connected to the printed circuit board, has connections for connecting external conductors and / or plug connectors for connection to corresponding mating connectors.
  • the function module has a receiving shaft for receiving a connection module, in which case the connection module provides the connections and / or connectors for the external conductors or mating connectors.
  • the connection module provides the connections and / or connectors for the external conductors or mating connectors.
  • a printed circuit board edge connector for contacting contacts of the circuit board of the connection and / or function module may be provided.
  • other connectors or connection techniques for connecting the function module to the connection and / or function module are possible.
  • Fig. 1 a, 1 b a connection and / or function module according to the
  • connection and / or function module shows an arrangement of a connection and / or function module with a plurality of function blocks
  • Fig. 4 shows an embodiment of a function block.
  • FIGS. 1 a and 1 b show, in a simplified schematic and perspective illustration, a connection and / or function module 1 according to the prior art.
  • the connection and / or function module 1 shown can be placed on a mounting rail, in particular latched and can be stacked on the mounting rail, for example as part of a control system in industrial automation technology.
  • connection and / or function module 1 has a base plate support 2, which is provided with latching means 3 for latching onto a mounting rail, not shown here.
  • latching means 3 for latching onto a mounting rail, not shown here.
  • the invention is not limited to such a configuration of the connection and / or function module 1. It is also suitable for stackable connection and / or function modules 1, which can be mounted on a different mounting base than a mounting rail, such as a wall or the like.
  • the electronic unit 5 comprises a preferably inserted printed circuit board 6 (see Fig. 1 b) and on both sides of the Printed circuit board 6 arranged housing cover. It is also possible that the electronic unit 5 consists of a housing with integrated circuit board 6.
  • connection and / or functional unit 8 On the side parts 4 and the electronic unit 5, a connection and / or functional unit 8 is placed, which is pivotally connected in the illustrated example with one of the side parts 4 and can be fixed to the other side part 4.
  • the connection and / or functional unit 8 has a number of here four openings 9, are plugged into the terminal blocks 20, on the one hand, the printed circuit board 6 via the terminal contacts 7 ren- and on the other from the outside accessible connections 21 for connecting the Connection and / or functional module 1 with external conductors provides.
  • connection modules 20 which each provide four connection options in a row.
  • the connections 21 are in the present case designed in a direct plug-in technology (push-in) in which an electrical and mechanical connection of the conductor is made without tools, purely by inserting the conductor into a terminal region of the connection 21. It is understood that, depending on the configuration of the connection and / or function module 1 and the connection modules 20, the connections 21 can be provided not only in a single-row, but in a multi-row manner.
  • connection blocks may be formed with other than push-in connections, for example with insulation displacement connections (I DC - Insulation-Displacement Connector), tension spring connections or screw connections.
  • connection modules 20 offer great flexibility in the contacting of the connection and / or function module 1, since they can be provided in different configurations of the connections 21.
  • terminal blocks 20 may be provided with terminals 21 for different conductor diameters, or terminal blocks 20 having connectors of various kinds.
  • connection module 20 is reproduced by way of example above the connection and / or function unit 8.
  • the terminal block 20 has in the upper part of the externally accessible in the installed state of terminals 21 and at the bottom of a PCB edge connector 22 through which the terminal contacts 7 of the circuit board 6 of the connection and / or function module 1 (see Fig. 1 b). be contacted.
  • a functional module 30 according to the invention can be inserted into the openings 9 of the connection and / or functional unit 8 become.
  • the functional module 30 is shown in Fig. 2 with the side cover open to obtain insight into its internal structure.
  • the functional module 30 has connections 31 which, like the terminals 21 of the connection module 20, serve for connection to external conductors.
  • the terminals 31 may be analogous to the terminals 21 as shown here as a push-in connections. Alternatively, other types of conductor connectors and / or connectors may be provided as terminals 31.
  • the function module 30, like the connection module 20, likewise has a printed circuit board edge connector 31, which serves to make contact with the connection contacts 7 of the printed circuit board 6.
  • the functional module 30 is characterized in that between the printed circuit board edge connector 32 and the terminal contacts 31, a circuit board 33 is arranged, which provides the installation options for custom electronics or electrical components.
  • the printed circuit board 33 is designed as a so-called hole-pattern printed circuit board, which has a plurality of soldering pads 34 into which conventional electronic wires, which are provided with connection wires or also in SMD (Surface Mounted Device) construction. or electrical components, such as resistors, capacitors or transistors, can be used and soldered. With appropriate wire elements, the soldered electronics or electrical components can be connected to each other and to the terminals 31 and the board edge connector 32, respectively.
  • the printed circuit board 33 designed as a hole-pattern printed circuit board enables the customer to install application-specific electrical or electronic components for signal adaptation between the terminals 31 and the printed circuit board edge connector 32.
  • voltage dividers with certain desired divider ratios and resistance values can be realized in a simple manner in order to adapt a signal to be measured to the measuring range of a digital or analog signal input of the connection and / or function module 1.
  • current measurements can be realized using soldered shunt resistors.
  • filters, such as wise high or low pass filter, or rectifier for measuring AC voltages can be easily constructed.
  • connection and / or function module 1 shows a connection and / or function module 1 with three function blocks 30 used (left in the figure).
  • a functional module 30 is shown prior to insertion into the connection and / or function module 1.
  • the functional module 30 differs from that of FIG. 2 in that, instead of the contacts 31 permanently arranged on the functional module 30, the functional module 30 has a receiving shaft 31 'for a connection module 20.
  • the flexibility with regard to the connections 21 used which has already been described in connection with FIGS. 1 and 2, can also be used for the function module 30 in this way.
  • the functional module 30 of FIG. 3 is shown with an open side cover to give insight into the internal structure.
  • the function module 30 in turn has a printed circuit board edge connector 32 which contacts the printed circuit board 6 of the connection and / or function module 1 at the connection contacts 7.
  • a printed circuit board 33 is likewise arranged, which is electrically connected via corresponding contacts at the lower end to the printed circuit board edge connector 32.
  • connection contacts 36 are formed with the connection contacts 7 of the printed circuit board 6.
  • the connection contacts 36 are in connection with the printed circuit board edge connector 22 of the connection module 20.
  • a printed circuit board 33 is not a breadboard circuit board used, but a board that provides slots 35 as installation options for electronic components, here for SMD resistors 40.
  • the circuit board 33 allows in This embodiment, an application-specific equipment with electronic components, but a certain basic circuits for signal processing is given.
  • bays 35 for the SMD resistors 40 and / or other components can be provided with which a voltage divider and / or an RC filter can be realized, wherein the application-specific adaptation in the selection of the resistance values and / or capacitance values of the corresponding components lies.
  • amplifier circuits and / or active filter circuits using, for example, operational amplifiers, may be prefabricated in one area or on one side of the circuit board 33, whereas the components which influence the transmission characteristics of the amplifier and / or filter circuit, e.g. , B. form feedback and negative feedback branches for the amplifier circuit, be realized by soldering the application-specific matching resistors and / or capacitors.
  • connection module 20 can also be designed as a circuit board 33 with a breadboard circuit board.
  • the function module according to the invention can also be connected to the connection and / or function module 1 in a different way than via the printed circuit board edge connector 32 shown in these exemplary embodiments.
  • the function module can be provided with connection pins which are connected in connection contacts , For example, in Trimstecktechnik, a connection and / or function module are plugged.
  • connection pins which are connected in connection contacts , For example, in Trimstecktechnik, a connection and / or function module are plugged.
  • a non-electrical, but at least partially optical connection for signal transmission between the functional module and the connection and / or function module is conceivable.
  • the function block has been described above in connection with a connection and / or function module of a typical remote I / O system. However, it can also be used with a non-bus capable Terminal block be formed and then used in non-automated systems.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)

Abstract

Funktionsbaustein (30) zum Einsetzen in oder Aufsetzen auf ein busfähiges, aneinanderreihbares Anschluss- und/oder Funktionsmodul (1) zur Steuerung und/oder Überwachung technischer Prozesse, insbesondere in einer industriellen Automatisierungseinrichtung, wobei das Anschluss- und/oder Funktionsmodul (1) zur Befestigung an einer Montagebasis eingerichtet ist, vorzugsweise mit Rastmitteln (3) zum Aufrasten auf eine Tragschiene, und wenigstens einem oder mehreren Busleiterkontakten (10, 11) aufweist, sowie eine Leiterplatte (6) mit der mindestens ein Funktionsbaustein (30) und/oder mindestens ein Anschlussbaustein (20) verbindbar sind, wobei der Funktionsbaustein (30) mindestens eine Leiterplatte (33) aufweist, die eine oder mehrere Einbaumöglichkeiten zum Einbauen von kunden- und/oder anwendungsspezifischen elektrischen und/oder elektronischen Komponenten aufweist.

Description

Funktionsbaustein für ein busfähiges aneinanderreihbares
Anschluss- und/oder Funktionsmodul
Die Erfindung betrifft einen Funktionsbaustein zum Einsetzen in oder Aufsetzen auf ein busfähiges, aneinanderreihbares Anschluss- und/oder Funktionsmodul zur Steuerung und/oder Überwachung technischer Prozesse, insbesondere in industriellen Automatisierungseinrichtungen nachdem Oberbegriff von Anspruch 1 . Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung aus einem Anschluss- und/oder Funktionsmodul und einem Funktionsbaustein.
In industriellen Automatisierungseinrichtungen werden Steuerungsdaten und/oder Messwerte über einen Feldbus zwischen einem oder mehreren zentralen Steuerungsrechnern, auch Leitrechner oder speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) genannt, und Feldgeräten ausgetauscht. Häufig wird dabei nicht jedes einzelne Feldgerät unmittelbar an den Feldbus angeschlossen, sondern über einen sogenannten Feldbuskoppler, auch Gateway genannt, der eine Datenschnittstelle zwischen dem Feldbus einerseits und einem häufig proprietären Subbus andererseits darstellt. Zum Auslesen von Sensordaten oder Schaltinformationen einerseits und zum Ausgeben von Stellgrößen oder ähnlichen Ausgangsgrößen zur Steuerung einer automatisierten Anlage werden die eingangs genannten Anschluss- und/oder Funktionsmodule verwendet. Üblicherweise werden die Module über den genannten Feldbuskoppler an den Feldbus angeschlossen. Es ist jedoch auch eine unmittelbare Anbindung an einen Feldbus möglich.
Derartige Anschluss- und/oder Funktionsmodule sind beispielsweise aus den Druckschriften EP 0 364 618 B1 und EP 2 589 276 A1 bekannt. Bezüglich ihrer Funktionalität sind verschiedenste Anschluss- und/oder Funktionsmodule be- kannt, beispielsweise Module, die digitale und/oder analoge Ein- und/oder Ausgabekanäle bereitstellen, Relaisbausteine, Zählerbausteine, Interface-Module und so weiter. Zusammenfassend wird das System aus Feldbuskopplern und angeschlossenen busfähigen Anschluss- und/oder Funktionsmodulen auch als modulares dezentrales („Remote") l/O(lnput/Output)-System bezeichnet. Beim Aufbau eines industriellen Automatisierungssystems werden häufig unterschiedlichste Leiter mit ggf. unterschiedlichen Anschlussquerschnitten und/oder vormontierten Steckverbindern verwendet. Auch im Hinblick auf Signalgrößen, beispielsweise Spannungen, Ströme, Frequenzen, sind unter- schiedlichste Wertebereiche innerhalb eines Systems gebräuchlich und sind teilweise von ein und demselben Modell zu verarbeiten.
Um eine hohe Flexibilität hinsichtlich anzuschließender Leiter mit oder ohne Steckverbinder und auch hinsichtlich der eingesetzten Signalgrößen zu ermög- liehen, ist aus der Druckschrift EP 2 589 276 A1 ein Anschluss- und/oder Funktionsmodul bekannt, bei dem verschiedene Anschluss- und/oder Funktionsbausteine in eine Anschlussleiste eingesetzt werden können, die dann als Anschlussebene auf das Anschluss- und/oder Funktionsmodul aufgesetzt, insbesondere aufgeschwenkt werden kann. Das Anschluss- und/oder Funktionsmo- dul kann so beispielsweise durch den Einsatz unterschiedlicher Anschlussmodule an unterschiedliche Leiterdurchmesser und/oder Steckernormen ange- passt werden.
Anstelle der Anschlussbausteine können auch Funktionsbausteine eingesetzt werden, die aufgrund von integrierten elektrischen oder elektronischen Komponenten beispielsweise eine Signalanpassung oder Signalverarbeitung bzw. Signalvorverarbeitung ermöglichen. Die Funktionsbausteine können über feste Anschlüsse verfügen, so dass die Funktionsbausteine ihrerseits kombinierte Anschluss- und Funktionsbausteine darstellen. Es ist auch denkbar, die Funkti- onsbausteine mit einer Aufnahmemöglichkeit für einen Anschlussbaustein auszubilden, so dass die Funktionsbausteine gewissermaßen als ein Zwischenelement zwischen das Anschluss- und/oder Funktionsmodul und den Anschlussbausteinen steckbar sind. Die Anschlussbausteine bieten eine hohe Flexibilität bei der Nutzung verschiedenster Leiter- und/oder Steckverbinder- techniken. In vergleichbarer Art bieten die Funktionsbausteine eine große Flexibilität hinsichtlich der verwendeten und den Anschluss- und/oder Funktionsmodulen zugeführten oder von den Anschluss- und/oder Funktionsmodulen ausgegebenen Signalen. Dennoch können von den Funktionsbausteinen nicht alle erdenklichen und in der Praxis vorkommenden Signalverarbeitungsprozesse abgedeckt werden. In der Praxis führt dieses dazu, dass dem Anschluss- und/oder Funktionsmodul ein separates Signalanpassungsmodul vorgeschaltet werden muss, was Ein- bauplatz in einem Schaltschrank, insbesondere auf einer Tragschiene belegt, den Installationsaufwand bei der Steuerungsanlage erhöht und die Übersichtlichkeit der Verdrahtung verringert.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen möglichst flexiblen Funktionsbaustein für ein Anschluss- und/oder Funktionsmodul zu schaffen, durch den das Anschluss- und/oder Funktionsmodul in maximal flexibler Art und Weise an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden kann. Es ist eine weitere Aufgabe, eine Anordnung aus einem Anschluss- und/oder Funktionsmodul und einem derartigen Funktionsbaustein zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Funktionsbaustein und eine Anordnung aus einem Anschluss- und/oder Funktionsmodul und einem Funktionsbaustein mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Ein erfindungsgemäßer Funktionsbaustein ist zum Einsetzen in oder Aufsetzen auf ein busfähiges, aneinanderreihbares Anschluss- und/oder Funktionsmodul zur Steuerung und/oder Überwachung technischer Prozesse, insbesondere in einer industriellen Automatisierungseinrichtung geeignet, wobei das Anschluss- und/oder Funktionsmodul zur Befestigung an einer Montagebasis eingerichtet ist, vorzugsweise mit Rastmitteln zum Aufrasten auf eine Tragschiene, und wenigstens einem oder mehreren Busleiterkontakten aufweist, sowie eine Leiterplatte mit der mindestens ein Funktionsbaustein und/oder mindestens ein Anschlussbaustein verbindbar sind. Der Funktionsbaustein zeichnet sich dadurch aus, dass er mindestens eine Leiterplatte aufweist, die eine oder mehrere Ein- baumöglichkeiten zum Einbauen von künden- bzw. anwendungsspezifischen elektrischen und/oder elektronischen Komponenten bereitstellt.
Dem Anwender wird so die Möglichkeit gegeben, die Funktionalität des Anschluss- und/oder Funktionsmoduls individuell an entsprechende Bedürfnisse anzupassen. Trotz dieser individuellen Anpassung ist durch die Integration in das Anschlusssystem des Anschluss- und/oder Funktionsmoduls ein betriebssicherer, zuverlässiger und platzsparender Aufbau gegeben.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Leiterplatte Funktionsbaustein zu- mindest bereichsweise als eine Lochrasterleiterplatte ausgebildet. Die als Lochrasterleiterplatte ausgebildete Leiterplatte ermöglicht es dem Kunden, in besonders flexibler Weise anwendungsspezifisch Elektrik- oder Elektronik- Komponenten, z. B. zur Signalanpassung, dem Anschluss- und/oder Funktionsmodul vorzuschalten. Beispielsweise können so auf einfache Weise Span- nungsteiler mit bestimmten gewünschten Teilerverhältnissen und Widerstandswerten realisiert werden, um ein zu messendes Signal an den Messbereich eines digitalen oder analogen Signaleingangs des Anschluss- und/oder Funktionsmoduls anzupassen. Ebenso können Strommessungen mithilfe von eingelöteten Shunt-Widerständen realisiert werden. Auch Filter, wie beispielsweise Hoch- oder Tiefpassfilter, oder Gleichrichter zur Messung von Wechselspannungen können auf einfache Weise aufgebaut werden.
Bevorzugt stellt die Leiterplatte Lötaugen als Kontaktflächen zum Einlöten der elektrischen und/oder elektronischen Komponenten bereit. Dadurch ist ein stö- runanfälliger und mechanisch stabiler Aufbau mit zuverlässiger elektrischer Kontaktierung gegeben.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Funktionsbausteins sind als Einbaumöglichkeiten Einbauplätze mit Kontaktflächen auf der Leiterplatte zum Einlöten der elektrischen und/oder elektronischen Komponenten vorhanden. Bevorzugt sind die Einbauplätze zum Einlöten von SMD (Surface Mounted De- vice)-Bauteilen vorbereitet. Wiederum ist ein störunanfälliger und mechanisch stabiler Aufbau mit zuverlässiger elektrischer Kontaktierung gegeben, der zu- dem eine hohe Packungsdichte aufweisen kann.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Funktionsbausteins ist zumindest ein Teil der Kontaktflächen untereinander und/oder mit Anschlüssen des Funktionsbausteins durch vorgefertigte Leiterbahnen verbunden. Bevor- zugt sind durch die vorgefertigten Leiterbahnen Grundschaltungen zur Signalverarbeitung vorgegeben. Auf diese Weise können Standardschaltungen umgesetzt werden, bei denen sich die elektrischen Eigenschaften z. B. der Signalverarbeitung individuell durch die Auswahl der verwendeten Komponenten anpassen lassen. Es lassen sich auch komplexere Schaltungen anwendungsspe- zifisch im Funktionsbaustein umsetzen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Funktionsbausteins weist dieser vormontierte und mit der Leiterplatte verbundene Anschlüsse zum Anschluss externer Leiter und/oder Steckverbinder zur Verbindung mit entspre- chenden Gegensteckverbindern auf. Alternativ weist der Funktionsbaustein einen Aufnahmeschacht zur Aufnahme eines Anschlussbausteins auf, wobei in dem Fall der Anschlussbaustein die Anschlüsse und/oder Steckverbinder für die externen Leiter oder Gegensteckverbinder bereitstellt. In beiden Fällen kann an der den Anschlüssen gegenüberliegenden Seite des Funktionsbau- Steins ein Leiterplattenrandverbinder zur Kontaktierung von Kontakten der Leiterplatte des Anschluss- und/oder Funktionsmoduls vorgesehen sein. Alternativ sind andere Verbinder oder Verbindungstechniken zur Verbindung des Funktionsbausteins mit dem Anschluss- und/oder Funktionsmodul möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 a, 1 b ein Anschluss- und/oder Funktionsmodul gemäß dem
Stand der Technik;
Fig. 2 ein im Zusammenhang mit dem Anschluss- und/oder
Funktionsmodul der Fig. 1 verwendbarer Funktionsbaustein;
Fig. 3 eine Anordnung aus einem Anschluss- und/oder Funktionsmodul mit mehreren Funktionsbausteinen; und
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Funktionsbausteins.
In den Figuren 1 a und 1 b ist in einer vereinfachten schematischen und perspektivischen Darstellung ein Anschluss- und/oder Funktionsmodul 1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Das gezeigte Anschluss- und/oder Funktionsmodul 1 ist auf eine Tragschiene aufsetzbar, insbesondere aufrastbar und auf der Tragschiene aneinanderreihbar, beispielsweise als Teil eines Steuerungssystems in der industriellen Automatisierungstechnik.
Das Anschluss- und/oder Funktionsmodul 1 weist einen Basisklemmenträger 2 auf, der mit Rastmitteln 3 zum Aufrasten auf eine hier nicht dargestellte Tragschiene versehen ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Ausgestaltung des Anschluss- und/oder Funktionsmodul 1 beschränkt. Sie eignet sich weiter auch für aneinanderreihbare Anschluss- und/oder Funktionsmodule 1 , die auf einer anderen Montagebasis als einer Tragschiene, beispielsweise einer Wand oder dergleichen, montierbar sind.
Auf dem Basisklemmenträger 2 sind Seitenteile 4 angeordnet, zwischen denen eine Elektronikeinheit 5 angeordnet ist. Die Elektronikeinheit 5 umfasst eine bevorzugt eingeschobene Leiterplatte 6 (vgl. Fig. 1 b) und zu beiden Seiten der Leiterplatte 6 angeordnete Gehäusedeckel. Es ist auch möglich, dass die Elektronikeinheit 5 aus einem Gehäuse mit integrierter Leiterplatte 6 besteht.
Auf die Seitenteile 4 und die Elektronikeinheit 5 ist eine Anschluss- und/oder Funktionseinheit 8 aufgesetzt, die in dem dargestellten Beispiel schwenkbar mit einem der Seitenteile 4 verbunden ist und an dem anderen Seitenteil 4 festgelegt werden kann. Die Anschluss- und/oder Funktionseinheit 8 weist eine Anzahl von hier vier Öffnungen 9 auf, in die Anschlussbausteine 20 eingesteckt sind, die zum einen die Leiterplatte 6 über die Anschlusskontakte 7 kontaktie- ren und zum anderen von au ßen zugängliche Anschlüsse 21 zur Verbindung des Anschluss- und/oder Funktionsmoduls 1 mit externen Leitern bereitstellt.
Im dargestellten Beispiel sind vier identische Anschlussbausteine 20 vorgesehen, die in einer Reihe je vier Anschlussmöglichkeiten bereitstellen. Die An- Schlüsse 21 sind vorliegend in Direktstecktechnik (Push-In) ausgeführt, bei denen eine elektrische und mechanische Verbindung des Leiters werkzeugfrei, rein durch Einstecken des Leiters in einen Klemmstellenbereich des Anschlusses 21 hergestellt wird. Es versteht sich, dass je nach Ausgestaltung des Anschluss- und/oder Funktionsmoduls 1 und der Anschlussbausteine 20 die An- Schlüsse 21 nicht nur einreihig, sondern mehrreihig vorgesehen sein können. Auch können Anschlussbausteine mit anderen als Push-In-Anschlüssen ausgebildet sein, beispielsweise mit Schneidklemm-Anschlüssen (I DC - Insulation- Displacement Connector), Zugfederanschlüssen oder Schraubanschlüssen. Die Anschlussmodule 20 bieten eine große Flexibilität in der Kontaktierung des Anschluss- und/oder Funktionsmoduls 1 , da sie in unterschiedlicher Ausgestaltung der Anschlüsse 21 bereitgestellt werden können. Beispielsweise können Anschlussbausteine 20 mit Anschlüssen 21 für verschiedene Leiterdurchmesser vorgesehen sein, oder auch Anschlussbausteine 20, die Steckverbinder verschiedenster Art aufweisen.
Fig. 2 zeigt die Anschluss- und/oder Funktionseinheit 8 eines Anschluss- und/oder Funktionsmoduls 1 ohne eingesetzte Anschlussbausteine. Ein Anschlussbaustein 20 ist beispielhaft oberhalb der Anschluss- und/oder Funkti- onseinheit 8 wiedergegeben. Der Anschlussbaustein 20 weist im oberen Bereich die im eingesetzten Zustand von au ßen zugänglichen Anschlüsse 21 auf und im unteren Bereich einen Leiterplattenrandverbinder 22, über den die Anschlusskontakte 7 der Leiterplatte 6 des Anschluss- und/oder Funktionsmoduls 1 (vgl. Fig. 1 b) kontaktiert werden. Um eine größere Flexibilität nicht nur hinsichtlich der unterschiedlichen Anschlussarten zu erzielen, sondern auch hinsichtlich der Signale, die von dem Anschluss- und/oder Funktionsmodul 1 verarbeitet werden, kann in die Öffnungen 9 der Anschluss- und/oder Funktionseinheit 8 ein erfindungsgemäßer Funktionsbaustein 30 eingesetzt werden. Der Funktionsbaustein 30 ist in Fig. 2 mit geöffnetem Seitendeckel dargestellt, um Einblick in seinen inneren Aufbau zu erhalten.
Der Funktionsbaustein 30 weist im oberen Bereich Anschlüsse 31 auf, die ähn- lieh wie die Anschlüsse 21 des Anschlussmoduls 20 der Verbindung mit externen Leitern dienen. Die Anschlüsse 31 können analog zu den Anschlüssen 21 wie hier dargestellt als Push-In-Anschlüsse ausgebildet sein. Alternativ können andere Arten von Leiterverbindern und/oder Steckverbindern als Anschlüsse 31 vorgesehen sein. Im unteren Bereich weist der Funktionsbaustein 30 wie der Anschlussbaustein 20 ebenfalls einen Leiterplattenrandverbinder 31 auf, der der Kontaktierung der Anschlusskontakte 7 der Leiterplatte 6 dient.
Der Funktionsbaustein 30 zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Leiterplattenrandverbinder 32 und den Anschlusskontakten 31 eine Leiterplatte 33 angeordnet ist, die die Einbaumöglichkeiten für kundenspezifische Elektronikoder Elektrik-Komponenten bereitstellt. In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Leiterplatte 33 als eine sogenannte Lochrasterleiterplatte ausgebildet, die eine Mehrzahl von Lötaugen 34 aufweist, in die konventionelle, mit Anschlussdrähten versehene, oder auch in SMD (Surface Mounted De- vice)-Bauweise ausgeführte Elektronik- oder Elektrik-Komponenten, beispielsweise Widerstände, Kondensatoren oder Transistoren, eingesetzt und festgelötet werden können. Mit entsprechenden Drahtelementen können die eingelöteten Elektronik- oder Elektrik-Komponenten miteinander und mit den Anschlüssen 31 bzw. dem Leiterplattenrandverbinder 32 verbunden werden.
Die als Lochrasterleiterplatte ausgebildete Leiterplatte 33 ermöglicht es dem Kunden, anwendungsspezifisch Elektrik- oder Elektronik-Komponenten zur Signalanpassung zwischen den Anschlüssen 31 und den Leiterplattenrandverbinder 32 einzubauen. Beispielsweise können so auf einfache Weise Span- nungsteiler mit bestimmten gewünschten Teilerverhältnissen und Widerstandswerten realisiert werden, um ein zu messendes Signal an den Messbereich eines digitalen oder analogen Signaleingangs des Anschluss- und/oder Funktionsmoduls 1 anzupassen. Ebenso können Strommessungen mithilfe von eingelöteten Shunt-Widerständen realisiert werden. Auch Filter, wie beispiels- weise Hoch- oder Tiefpassfilter, oder Gleichrichter zur Messung von Wechselspannungen können auf einfache Weise aufgebaut werden.
Dem Anwender wird die Möglichkeit gegeben, die Funktionalität des Anschluss- und/oder Funktionsmoduls 1 individuell an die entsprechenden Bedürfnisse anzupassen. Trotz dieser individuellen Anpassung ist durch die Integration in das Anschlusssystem des Anschluss- und/oder Funktionsmoduls 1 ein betriebssicherer, zuverlässiger und platzsparender Aufbau gegeben. Fig. 3 zeigt ein Anschluss- und/oder Funktionsmodul 1 mit drei eingesetzten Funktionsbausteinen 30 (links in der Abbildung). Bei der in der Figur rechten Öffnung 9 der Anschluss- und/oder Funktionseinheit 8 ist ein Funktionsmodul 30 vor dem Einstecken in das Anschluss- und/oder Funktionsmodul 1 dargestellt. Das Funktionsmodul 30 unterscheidet sich in diesem Ausführungsbei- spiel von dem der Fig. 2 darin, dass anstelle der fest am Funktionsmodul 30 angeordneten Kontakte 31 das Funktionsmodul 30 ein Aufnahmeschacht 31 ' für ein Anschlussmodul 20 aufweist. Die Flexibilität hinsichtlich der verwendeten Anschlüsse 21 , die bereits im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, kann auf diese Weise auch für den Funktionsbaustein 30 ge- nutzt werden.
In Fig. 4 ist das Funktionsmodul 30 der Fig. 3 mit einem geöffneten Seitendeckel dargestellt, um Einblick in den inneren Aufbau zu geben. Im unteren Bereich weist der Funktionsbaustein 30 wiederum einen Leiterplattenrandverbin- der 32 auf, die die Leiterplatte 6 des Anschluss- und/oder Funktionsmoduls 1 an den Anschlusskontakten 7 kontaktieren.
Im Funktionsbaustein 30 ist ebenfalls eine Leiterplatte 33 angeordnet, die über entsprechende Kontakte am unteren Ende mit dem Leiterplattenrandverbinder 32 elektrisch verbunden ist. Am oberen Rand der Leiterplatte 33 sind mit den Anschlusskontakten 7 der Leiterplatte 6 vergleichbare Anschlusskontakte 36 ausgebildet. Bei einem in den Aufnahmeschacht 31 ' eingesetzten Anschlussmodul 20 stehen die Anschlusskontakte 36 in Verbindung mit dem Leiterplattenrandverbinder 22 des Anschlussbausteins 20.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel des Funktionsbausteins 30 wird als Leiterplatte 33 keine Lochrasterleiterplatine verwendet, sondern eine Platine, die Einbauplätze 35 als Einbaumöglichkeiten für Elektronikkomponenten bereitstellt, hier für SMD-Widerstände 40. Die Leiterplatte 33 ermöglicht in diesem Ausführungsbeispiel eine anwendungsspezifische Bestückung mit Elektronikkomponenten, wobei jedoch eine bestimmte Grundschaltungen für die Signalverarbeitung vorgegeben ist. Beispielsweise können Einbauplätze 35 für die SM D-Widerstände 40 und/oder andere Komponenten vorgesehen sein, mit denen sich ein Spannungsteiler und/oder ein RC-Filter realisieren lässt, wobei die anwendungsspezifische Anpassung in der Auswahl der Widerstandswerte und/oder Kapazitätswerte der entsprechenden Komponenten liegt.
Auf diese Weise können Standardschaltungen umgesetzt werden, bei denen sich die elektrischen Eigenschaften z. B. der Signalverarbeitung individuell durch die Auswahl der verwendeten Komponenten anpassen lassen. Es lassen sich auch komplexere Schaltungen anwendungsspezifisch im Funktionsbaustein 30 umsetzen. Beispielsweise können Verstärkerschaltungen und/oder aktive Filterschaltungen, die zum Beispiel Operationsverstärker verwenden, vor- gefertigt in einem Bereich oder auf einer Seite der Leiterplatte 33 ausgebildet sein, wohingegen die Komponenten, die die Übertragungseigenschaften der Verstärker- und/oder Filterschaltung beeinflussen, die also z. B. Rück- und Gegenkopplungszweige für die Verstärkerschaltung bilden, durch Einlöten der anwendungsspezifisch passenden Widerstände und/oder Kondensatoren reali- siert werden.
Es versteht sich, dass das im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 wiedergegebene Grundprinzip, die Anschlüsse des Funktionsbausteins 30 über ein Anschlussbaustein 20 bereitzustellen, auch mit einer Lochrasterleiterplatte als Leiterplatte 33 ausgebildet sein kann.
Es wird weiter angemerkt, dass der erfindungsgemäße Funktionsbaustein auch auf andere Art mit dem Anschluss- und/oder Funktionsmodul 1 verbunden sein kann, als über den in diesen Ausführungsbeispielen dargestellten Leiterplatten- randverbinder 32. Beispielsweise kann der Funktionsbaustein mit Anschlussstiften versehen sein, die in Anschlusskontakte, beispielsweise in Direktstecktechnik, eines Anschluss- und/oder Funktionsmoduls gesteckt werden. Auch eine nicht elektrische, sondern zumindest teilweise optische Verbindung zur Signalübertragung zwischen dem Funktionsbaustein und dem Anschluss- und/oder Funktionsmodul ist denkbar.
Der Funktionsbaustein wurde vorstehend im Zusammenhang mit einem Anschluss- und/oder Funktionsmodul eines typischen Remote-I/O-Systems beschrieben. Er kann jedoch ebenso zur Verwendung mit einer nicht busfähigen Reihenklemme ausgebildet sein und dann auch bei nicht automatisierten Systemen eingesetzt werden.
Bezuqszeichenliste
1 Anschluss- und/oder Funktionsmodule
2 Basisklemmenträger
3 Rastmittel
4 Seitenteile
5 Elektronikgehäuse
6 Leiterplatte
7 Anschlusskontakt
8 Anschluss- und/oder Funktionseinheit
9 Öffnung
10,1 1 Bus-Kontaktelemente
20 Anschlussbaustein
21 Anschluss
22 Leiterplattenrandverbinder
30 Funktionsbaustein
31 Anschluss
31 ' Aufnahmeschacht
32 Leiterplattenrandverbinder
33 Leiterplatte
34 Lötauge
35 Einbaumöglichkeit (SMD-Einbauplatz) 36 Anschlusskontakt
40 S MD- Bauteil

Claims

Ansprüche
Funktionsbaustein (30) zum Einsetzen in oder Aufsetzen auf ein busfähiges, aneinanderreihbares Anschluss- und/oder Funktionsmodul (1 ) zur Steuerung und/oder Überwachung technischer Prozesse, insbesondere in einer industriellen Automatisierungseinrichtung, wobei das Anschluss und/oder Funktionsmodul (1 ) zur Befestigung an einer Montagebasis eingerichtet ist, vorzugsweise mit Rastmitteln (3) zum Aufrasten auf eine Tragschiene, und wenigstens einem oder mehreren Busleiterkontakten (10, 1 1 ) aufweist, sowie eine Leiterplatte (6) mit der mindestens ein Funktionsbaustein (30) und/oder mindestens ein Anschlussbaustein (20) verbindbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Funktionsbaustein (30) mindestens eine Leiterplatte (33) aufweist, die eine oder mehrere Einbaumöglichkeiten zum Einbauen von kunden- und/oder anwendungsspezifischen elektrischen und/oder elektronischen Komponenten aufweist.
Funktionsbaustein (30) nach Anspruch 1 , bei dem die Leiterplatte (33) zumindest bereichsweise als eine Lochrasterleiterplatte ausgebildet ist.
Funktionsbaustein (30) nach Anspruch 2, bei dem die Leiterplatte (33) Lötaugen (34) als Kontaktflächen zum Einlöten der elektrischen und/oder elektronischen Komponenten bereitstellt.
Funktionsbaustein (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als Einbaumöglichkeiten Einbauplätze (35) mit Kontaktflächen auf der Leiterplatte (33) zum Einlöten der elektrischen und/oder elektronischen Komponenten vorhanden sind.
Funktionsbaustein (30) nach Anspruch 4, bei dem die Einbauplätze (35) zum Einlöten von SM D-Bauteilen (40) vorbereitet sind.
Funktionsbaustein (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem zumindest ein Teil der Kontaktflächen untereinander und/oder mit Anschlüssen des Funktionsbausteins (30) durch vorgefertigte Leiterbahnen verbunden ist.
7. Funktionsbaustein (30) nach Anspruch 6, bei dem durch die vorgefertigten Leiterbahnen Grundschaltungen zur Signalverarbeitung vorgegeben sind.
8. Funktionsbaustein (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend vormontierte und mit der Leiterplatte (33) verbundene Anschlüsse (31 ) zum Anschluss externer Leiter und/oder Steckverbinder zur Verbindung mit entsprechenden Gegensteckverbindern.
9. Funktionsbaustein (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend einen Aufnahmeschacht (31 ') zur Aufnahme eines Anschlussbausteins (20), der Anschlüsse (21 ) und/oder Steckverbinder aufweist.
10. Funktionsbaustein (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend einen Leiterplattenrandverbinder (32) zur Kontaktierung von Kontakten (7) der Leiterplatte (6) des Anschluss- und/oder Funktionsmoduls (1 ).
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