Anschlußmodul mit einer Piercing-Kontaktklemme

Die Erfindung betrifft ein Anschlußmodul mit einer Piercing-Kontaktklemme für ein isoliertes, mehradriges elektrisches Kabel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der EP 1 357 644 Al ist ein Anschlußmodul für eine Maschinensteuerung bekannt, bei der über Piercing-Kontakt- klemmen sowohl eine Busleitung als auch eine Energieleitung mit Anschlüssen kontaktiert werden, die zur Verbindung von Sensoren, Aktoren oder dgl . mit einer Maschinensteuerung vorgesehen sind.

Die Piercing Kontaktklemmen werden zusammen mit Flachkabeln - die auch als formkodierte Profilkabel ausgeführt sein können - eingesetzt, um die Busleitung und/oder die Energieleitung der Maschinensteuerung mit Aktoren (Magnetventile und dgl.) oder Sensoren zu verbinden. Die Flachkabel sind mechanisch hoch belastbar und widerstandsfähig gegen Schmutz, Säure, Lösungsmittel und dgl., was durch eine entsprechend widerstandsfähige Isolierung erzielt ist. Daher wird zur Kontaktierung die Piercing-Technik genutzt, bei der das Profilkabel auf Kontaktmesser aufgedrückt wird, welche die Isolierung durchschneiden und in die Kupferseele der Leitungsadern eindringen, um eine elektrische Verbindung herzustellen. Dabei muß dafür Sorge getragen werden, daß eine polrichtige Kontaktierung erfolgt, um die elektrische Funktionsfähigkeit der Anlage selbst sicherzustellen.

Aus der EP 1 355 378 Al ist eine Piercing-Kontaktklemme bekannt, bei der zwei ineinandergreifende Klemmenteile vorgesehen sind, wobei eines der Klemmenteile einen Anschluß zur Verbindung mit einem elektrischen Verbraucher aufweist. Die Aufnahme zum Einlegen des Kabels ist in Längsrichtung des Kabels auf einander gegenüberliegenden Enden offen, wobei ein Klemmenteil ein Set aus Kontaktpins aufweist, die jeweils in eine Ader des in die Aufnahme eingelegten Kabels einschneiden und den elektrischen Kontakt herstellen. Hierzu sind die Kontaktpins eines Sets quer zur Längsrichtung des Kabels mit einem dem Aderabstand des Flachkabels entsprechenden Abstand angeordnet.

Bei Maschinensteuerungen müssen je nach Ausführung unterschiedliche Sicherheitsstandards erfüllt werden, wobei auch vorgesehen sein kann, bestimmte Elemente und Baugruppen von Maschinen getrennt an eine VersorgungsSpannung anzuschließen, damit in einem Fehlerfall die Anlage nur teilweise spannungsfrei wird, wodurch ein Herunterfahren der Anlage auf einen definierten Betriebszustand möglich wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein an sich bekanntes Anschlußmodul mit einer Kontaktklemme derart zu gestalten, daß es sowohl bei gemeinsamer VersorgungsSpannung als auch bei getrennten Versorgungsspannungen eingesetzt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Wesentlich ist, daß in der Aufnahme ein zweites Set von Kontaktpins vorgesehen ist, das in Längsrichtung der Auf-

nähme mit Abstand zu dem ersten Set Kontaktpins liegt. Die Kontaktpins des zweiten Sets sind von den Kontaktpins des ersten Sets elektrisch vollständig getrennt, wobei die Kontaktpins des ersten Sets mit einem ersten Anschluß des Anschlußmoduls und die Kontaktpins des zweiten Sets mit einem zweiten Anschluß des Anschlußmoduls in Verbindung stehen. Ein erstes elektrisches Kabel einer ersten Versorgungs- spannung wird über das erste Ende in die Aufnahme eingelegt und ein zweites elektrisches Kabel über das zweite Ende in die Aufnahme geführt, wobei das erste Set Kontaktpins nur das erste elektrische Kabel und das zweite Set Kontaktpins nur das zweite elektrische Kabel kontaktiert. Werden über die beiden elektrischen Kabel getrennte Versorgungs- spannungen zugeführt, ist diese Trennung auch an den Anschlüssen vorhanden, so daß über die aktiven Anschlüsse elektrische Verbraucher mit getrennten Versorgungs- spannungen versorgt werden können.

Wird hingegen ein einziges elektrisches Kabel durch die Aufnahme durchgeschleift, so wird sowohl das erste Set wie auch das zweite Set Kontaktmesser in das gleiche Kabel elektrisch kontaktierend einschneiden, so daß alle aktiven Anschlüsse des Anschlußmoduls an der gleichen Versorgungs- spannung liegen.

Das Anschlußmodul mit der erfindungsgemäßen Kontaktklemme ist somit - ohne daß der Benutzer am Anschlußmodul änderungen oder Einstellungen vornehmen müßte - sowohl für eine gemeinsame VersorgungsSpannung für alle Anschlüsse als auch für eine getrennte VersorgungsSpannung der getrennt vorgesehenen, vorzugsweise aktiven Anschlüsse einsetzbar. Darüber hinaus ist eine sichere Trennung zwischen

AS-Interface Anschluß (Busleitung) und Aktorik gegeben. Die Piercingkontaktplatte des erfindungsgemäßen Anschlußmoduls ist ohne weitere änderung einerseits im passiven Verteiler und andererseits im aktiven Anschlußmodul zu verwenden.

Die einander gegenüberliegenden Enden des ersten und des zweiten elektrischen Kabels sind vorteilhaft durch eine als Isolierteil ausgebildete Mitteldichtung elektrisch voneinander isoliert. Ein derartiges Isolierteil kann an einem oder auch an beiden Enden angeordnet sein und ist insbesondere als Isolierkappe, Isoliermuffe o. dgl . ausgebildet.

In Weiterbildung der Erfindung ist das Kabel ein zweiadriges Kabel und die Aufnahme quer zur Längsrichtung des Kabels breiter als das Kabel selbst ausgebildet, wobei einem Set drei quer zur Längsrichtung des Kabels nebeneinanderliegende Kontaktpins bzw. Kontaktmesser zugeordnet sind. Jedes Set weist einen mittleren Kontaktpin auf, der in einer sich in Längsrichtung des Kabels erstreckenden Ebene liegt, die die Aufnahme etwa symmetrisch teilt. Quer zur Längsrichtung des Kabels ist jeweils mit einem gleichen seitlichen Abstand ein weiterer Kontaktpin angeordnet, wobei die äußeren Kontaktpins vorzugsweise miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Wird nun das Kabel in der einen Lage an dem einen Seitenrand eingelegt, kontaktieren der mittlere Kontaktpin und ein äußerer Kontaktpin, während der dritte Kontaktpin blind liegt; in der anderen seitlich verschobenen Lage wird der vorher blinde Kontaktpin in das Kabel einstechen und zusammen mit dem mittigen Kontaktpin die elektrische Kontaktierung gewährleisten, während der andere, äußere Kontaktpin blind liegt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein nachfolgend im einzelnen beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Anschlußmodul mit einer Kontaktklemme und Anschlüssen für Sensoren, Aktoren oder dgl . elektrische Verbraucher,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Unterseite des oberen

Klemmenteils nach Fig. 1 mit in Aufnahmen vorgesehenen Kontaktpins in Piercing-Technik,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Unterseite des oberen Klemmenteils nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Teilschnitt durch das Anschlußmodul längs der Linie IV-IV in Fig. 1.

Das in Fig. 1 gezeigte Anschlußmodul 50 für eine Maschinensteuerung weist eine Kontaktklemme 1 (Fig. 4) und äußere Anschlüsse 2 bis 5 auf. Der Grundkörper der Kontaktklemme 1 besteht aus einem unteren Klemmenteil 6 und einem oberen Klemmenteil 7 (Fig. 4) , die durch geeignete Mittel, zweckmäßig durch lösbare Befestigungsschrauben 8, miteinander fest verbunden werden.

Das obere Klemmenteil 7 trägt auf seiner Oberseite die Anschlüsse 2 bis 5, die im gezeigten Ausführungsbeispiel bevorzugt als Anschlüsse in Form von Buchsen ausgebildet sind. In jede Buchse ist ein fünfpoliger Stecker einsteckbar, wobei die Steckerpins bzw. Buchsenpins als Eingang,

als Ausgang und zur Verbindung mit einer Spannungsquelle beschaltet sein können. Die Anschlüsse 2 bis 5 können konstruktiv auch anders gestaltet sein, z.B. als Stecker o. dgl .. Die Anschlüsse des oberen Klemtnenteils können alternativ durch Integration entsprechender Elektronik als aktive Anschlüsse ausgebildet sein oder - ohne Elektronik - als passive Anschlüsse vorgesehen werden.

Die Anschlüsse 2 bis 5 sind über eine entsprechende Be- schaltung mit Piercing-Kontakten auf der Unterseite des oberen Klemmenteils 7 verbunden; die Unterseite mit den Piercing-Kontakten ist in Fig. 2 dargestellt. Die Piercing- Kontakte dienen der Kontaktierung von Flachkabeln 9, die zwischen den Klemmenteilen 6 und 7 geklemmt gehalten sind, wobei die jeweiligen Sets 10, 20a, 20b der Piercing-Kon- takte des oberen Klemmenteils 7 in das entsprechende Flachkabel 9 eindringen und eine elektrische Kontaktierung mit den Adern 30a, 30b (Fig. 4) des jeweiligen Flachkabels 9 gewährleisten .

Wie Fig. 1 zeigt, verlaufen durch die Kontaktklemme 1 zwei Flachkabel 9a, 9b, wobei das eine Flachkabel 9a bevorzugt als AS-Interface den Datenbus bildet und das andere Flachkabel 9b die Verbindung mit einer Versorgungsspannung für aktive Elemente herstellt. Beide Flachkabel 9a, 9b sind mit zwei Leitungsadern 30a, 30b (Fig. 4) ausgeführt. Das AS- Interface dient dazu, binäre Sensoren und Aktoren zu vernetzen und an eine höhere Steuerungsebene anzubinden.

Das untere Klemmenteil 6 weist jeweils eine Aufnahme 40 für das einzulegende Flachkabel 9a, 9b auf, wobei die Aufnahme 40 breiter als das Kabel selbst ausgebildet ist. Das

entsprechende Kabel 9a, 9b wird so in die Aufnahme 40 eingelegt, daß es an einem Seitenrand 41 (Fig. 4) bündig anliegt, wobei der Leerraum zwischen dem Flachkabel und dem anderen Seitenrand 42 durch ein Füllstück 43 ausgefüllt wird. Dies ist in Figur 4 am Beispiel des Energiekabels 9b gezeigt.

Das in der Aufnahme 40 liegende Flachkabel 9a bzw. 9b wird bei Aufsetzen des oberen Klemmenteils 7 von den Kontaktpins der Piercingkontaktplatte des jeweiligen Sets 10, 20a, 20b durchdrungen, wobei die als Kontaktmesser ausgebildeten Kontaktpins elektrisch kontaktierend in die jeweiligen Adern 30a, 30b der Kabel 9a, 9b einstechen.

Jedes Set 10, 20a, 20b der Kontaktpins ist im Grundaufbau gleich ausgebildet. Ein mittlerer Kontaktpin 11, IIa, IIb liegt in einer Ebene 21, die sich in Längsrichtung des Kabels 9 erstreckt und die Aufnahme 40 etwa symmetrisch teilt. Quer zur Längsrichtung des Kabels 9 liegt mit einem seitlichen Abstand z, der etwa dem Aderabstand a der Adern in dem Kabel entspricht, jeweils ein weiterer, äußerer Kontaktpin IIa, 12a, 13a und IIb, 12b, 13b. Die äußeren Kontaktpins 12, 13; 12a, 13a und 12b, 13b sind elektrisch leitend miteinander verbunden. Die äußeren Kontaktpins 12, 12a, 12b, und 13, 13a, 13b liegen in Längsrichtung des Kabels zum mittleren Kontaktpin 11, IIa, IIb versetzt. Vorteilhaft ist jeder Kontaktpin doppelt ausgeführt.

Liegt z. B. das Energiekabel 9b gemäß Fig. 4 bündig an der rechten Seitenwand 41, kontaktiert der mittlere Kontaktpin IIa und der seitliche Kontaktpin 13a die jeweilige Ader 30a bzw. 30b des Kabels 9b. Der Kontaktpin 12a greift in das

Füllstück 43. Liegt das Kabel 9b hingegen an der Seitenwand 42 an, kontaktieren die Kontaktpins IIa und 12a die jeweiligen Adern 30a und 30b, während der andere äußere Kontaktpin 13a blind in das Füllstück 43 eingreift. Auf diese Weise ist unabhängig von der ankommenden Lage des Flachkabels an dem Anschlußmodul 50 eine polrichtige Kontaktierung gewährleistet.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel läuft das Flachkabel 9a der Busleitung durch die an den gegenüberliegenden Enden offene Aufnahme, ist also durchgeschleift. In das Flachkabel 9a schneiden die Kontaktpins 11, 12, 13 des ersten Sets 10 ein, wobei die Kontaktpins 11, 12, 13 mit den Anschlüssen 2,3 verbunden sind. Diese Anschlüsse 2,3 dienen zur Verbindung mit Sensoren, welche über die Busleitung auch mit einer VersorgungsSpannung beaufschlagt sind. Die Stromaufnahme derartiger Sensoren liegt im Bereich von mA. In gleicher Weise kann auch das Energiekabel 9b durchgeschleift sein, so daß beide Sets 20a, 20b der Kontaktpins das gleiche Energiekabel 9b kontaktieren und den Buchsen 4 und 5 auf den entsprechenden Pins die über das Energiekabel 9b zur Verfügung gestellte gleiche VersorgungsSpannung zugeführt werden kann. Die VersorgungsSpannung kann z. B. 24V betragen; die zur Verfügung stehende Stromstärke liegt im Bereich von Ampere, z.B. 1,6 A. über diese aktiven Anschlüsse 4,5 werden Aktoren angesteuert, so z.B. Motoren, Magnetventile und. dgl .. _;

Nach der Erfindung sind zur Kontaktierung des Energiekabels 9b die beiden Sets 20a und 20b von Kontaktpins IIa, 12a, 13a bzw. IIb, 12b, 13b in Längsrichtung der Aufnahme 40 mit Abstand s vorgesehen, wobei die Kontaktpins IIa, 12a, 13a

des ersten Sets 20a und die Kontaktpins IIb, 12b, 13b des zweiten Sets 20b voneinander elektrisch getrennt sind. Der in Längsrichtung der Aufnahme 40 gemessene Abstand s der beiden Sets 20a und 20b kann sehr gering ausgeführt sein. Zur Isolierung der beiden getrennt zugeführten Energiekabel 9b, 9c kann eine Mitteldichtung vorgesehen sein, die als Isolierteil 18 die beiden einander gegenüberliegenden Enden 19 des ersten und des zweiten Energiekabels 9b, 9c elektrisch voneinander isoliert. Das Isolierteil 18 kann als Isolierkappe, Isoliermuffe o. dgl . Teil ausgeführt sein.

Die Kontaktpins IIa, 12a und 13a des ersten Sets 20a stellen auf einem Teil der Anschlußbuchsen (im Ausführungsbeispiel die Buchse 5) eine erste VersorgungsSpannung zur Verfügung. Entsprechend sind die Kontaktpins IIa, 12a, 13a des ersten Sets 20a elektrisch leitend mit dem Anschluß 5 verbunden.

Das zweite Set 20b von Kontaktpins IIb, 12b, 13b ist elektrisch getrennt von dem ersten Set 20a vorgesehen und elektrisch mit dem anderen Anschluß verbunden, im Ausführungs- beispiel mit dem Anschluß 4.

Wird nun - wie in Fig. 2 strichliert dargestellt - über jeweils ein offenes Ende 44 bzw. 45 der Aufnahme 40 jeweils ein Energiekabel 9b und 9c zugeführt, so ist der Anschluß 5 des Bereichs I mit dem Energiekabel 9c und der Anschluß 4 des Bereichs II mit dem Energiekabel 9b verbunden. Damit kann der Anschluß 5 an eine erste Versorgungsspannung und der Anschluß 4 an eine zweite VersorgungsSpannung angeschlossen werden, was zur Erhöhung der Sicherheit beim Aus-

fall von Maschinensteuerungen vorteilhaft ist und z.B. getrennte NOT-AUS Kreise ermöglicht.

Diese elektrische Trennung der Anschlußbuchsen 4 und 5 ist nur dann wirksam, wenn getrennte Energiekabel 9b und 9c durch jeweils ein offenes Ende 44 und 45 in die Aufnahme eingelegt werden, wobei die Enden der Energiekabel vorzugsweise gegeneinander elektrisch zu isolieren sind.

Ist für die Anwendung eine getrennte elektrische Versorgung der Buchsen nicht notwendig, kann - in gewohnter Weise - ein Energiekabel 9b durchgeschleift werden, so daß sowohl das Kontaktset 20a als auch das Kontaktset 20b in das gleiche Kabel 9b einstechen und mit den gleichen Adern 30a, 30b eine elektrische Kontaktierung herstellen, so daß die Buchsen 4 und 5 an einem gleichen elektrischen Versorgungs- kreis angeschlossen sind.

Die elektrisch getrennte Anordnung eines zweiten Sets von Kontaktpins in der Aufnahme des Energiekabels 9b erweitert die Funktionalität des Anschlußmoduls, ohne daß das Modul selbst für die Anwendung an einer oder an zwei Versorgungs- spannungen vom Benutzer modifiziert werden müßte.

Die elektrische Trennung ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Jedes Set 20a, 20b von Kontaktpins ist einem elektrischen Bereich I bzw. II zugeordnet, wobei die elektrische Trennung dann und immer dann wirksam ist, wenn über die offenen Enden 44 und 45 in die Aufnahme 40 elektrisch getrennte Energiekabel 9b, 9c eingelegt werden. Wird ein Energiekabel 9b durchgeschleift, liegen alle Anschlüsse an der gleichen VersorgungsSpannung, da jedes Set 20a, 20b von

Kontaktpins IIa, 12a, 13a und IIb, 12b, 13b das gleiche Flachkabel 9b kontaktiert.

Im Bereich III des Blockschaltbildes nach Fig. 3 erfolgt die elektrische Kontaktierung mit den Adern der Busleitung 9a in gewohnter Weise, unabhängig davon, ob eine gemeinsame oder eine getrennte Versorgungsspannung für die Anschlüsse 4 und 5 vorgesehen ist.

Das erfindungsgemäße Anschlußmodul ist als aktives Modul für den Einsatz in sicherheitsgerechten Maschinen- und Anlagenteilen bis zu Sicherheitskategorie 3 einsetzbar.