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Dokumentenidentifikation DE10150641B4 04.10.2007
Titel Verbindungssystem zum Anschluss von Wägezellen
Anmelder Sartorius Hamburg GmbH, 22145 Hamburg, DE;
Weidmüller Interface GmbH & Co., 32758 Detmold, DE
Erfinder Herrnring, Jörg, 22399 Hamburg, DE;
Schulze, Wolf Dieter, 23843 Bad Oldesloe, DE;
Gaßmann, Eugen, 22927 Großhansdorf, DE;
Müller, Matthias, 32791 Lage, DE;
Frikkee, Arian, 32760 Detmold, DE
Vertreter COHAUSZ & FLORACK, 40211 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 12.10.2001
DE-Aktenzeichen 10150641
Offenlegungstag 02.10.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.10.2007
IPC-Hauptklasse G01G 23/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01R 13/645(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G05B 23/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verbindungssystem zum Anschluss von Wägezellen an ein Verbindungskabel.

Zur Messung der Last eines Behälters, beispielsweise eines Silos, werden Wägezellen eingesetzt. Kommt es zum Einsatz mehrerer Wägezellen einzeln oder parallel geschaltet, so müssen diese mit einem in der Regel zentralen Datenerfassungssystem elektrisch verbunden werden. Bisher wurde diese Verdrahtung mit Hilfe von Schraubklemm-Terminals realisiert. Hierbei müssen die einzelnen Litzen, beispielsweise der Versorgungsspannung, der Signalspannung und der Abschirmung, jeweils einzeln an einer zugehörigen Schraubklemme angebracht werden.

Bei dem bisher bekannten Verbindungssystem für mehrere Wägezellen ist die Montage insbesondere bei Verkabelung sehr vieler Wägezellen sehr komplex und fehleranfällig. Auch der Austausch von einzelnen Wägezellen birgt die Gefahr eines Verkabelungsfehlers. Nachteilig ist weiterhin bei den bekannten Verbindungssystemen für Wägezellen, dass keine Fehlererkennung vorhanden ist, welche die unterschiedlichen Fehlerzustände, beispielsweise Kabelbruch und Verpolung unterscheidet.

Die DE 199 21 970 A1 beschreibt ein Verbindungssystem zum Anschluss von Sensoren wie Lichtschranken, Taster etc. an ein Verbindungskabel, wobei ein Steckverbinder zum Anschluss eines Verbindungskabels und ein weiterer Steckverbinder zum Anschluss eines Sensors vorgesehen ist. Auch dieses Verbindungssystem weist die beschriebenen Nachteile auf.

Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungssystem zum Anschluss von Wägezellen an ein Verbindungskabel zur Verfügung zu stellen, welches die Montage einer oder mehrerer Wägezellen deutlich vereinfacht und gleichzeitig die Fehleranfälligkeit der Montage minimiert.

Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die zuvor hergeleitete und aufgezeigte gelöst durch ein Verbindungssystem zum Anschluss von Wägezellen an ein Verbindungskabel, mit einem Gehäuse, wobei im Gehäuse mindestens ein Steckverbinder zum Anschluss eines Verbindungskabels und mindestens ein weiterer Steckverbinder zum Anschluss mindestens einer Wägezelle vorgesehen ist, wobei das Verbindungssystem Mittel zur automatischen Unterscheidung zwischen dem Betrieb einer Wägezelle und dem Betrieb mehrerer Wägezellen aufweist, die die Belegung der Steckverbinder automatisch erkennen. Die Steckverbindungen dienen dabei als lösbare elektrische Kontakte und erleichtern erfindungsgemäß die Montage eines Verbindungssystems zum Anschluss von Wägezellen an ein Verbindungskabel wesentlich. Dadurch, dass eine automatische Unterscheidung zwischen dem Betrieb einer oder mehrerer Wägezellen vorgesehen ist, kann die Programmierung interner Verstärker entsprechend der Belegung der Steckverbinder erfolgen. Eine nachträgliche Programmierung eines internen Verstärkers zur Verstärkung der Messsignale der Wägezellen ist damit nicht mehr notwendig.

Sind mehrere Steckverbinder für den Anschluss mehrerer Wägezellen vorgesehen, so ist der parallele Betrieb von mehreren Wägezellen an einem Verbindungskabel ohne aufwendige Montage möglich.

Eine nächste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungssystems wird dadurch vorteilhaft ausgestaltet, dass unterschiedlich kodierte Steckverbinder für das Verbindungskabel und die Wägezellen vorgesehen sind. Eine Verwechslung der Steckpositionen der Steckverbinder für das Verbindungskabel und die Wägezellen ist aufgrund der Kodierung nicht mehr möglich. Die Fehleranfälligkeit der Montage des Verbindungssystems wird hierdurch weiter reduziert.

Die Fehleranfälligkeit der Montage wird ebenso dadurch weiter verringert, dass, gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungssystems, für das Verbindungskabel ein Stecker und für die Wägezellen jeweils eine Steckdose vorgesehen ist. Allein durch die Art des Steckverbinders im Verbindungssystem lassen sich so Steckverbinder für das Verbindungskabel und für die Wägezellen unterscheiden.

Die Vermeidung von Verkabelungsfehlern für die unterschiedlichen Betriebsarten des Verbindungssystems, beispielsweise der Betrieb einer Wägezelle oder mehrerer Wägezellen parallel, wird gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform dadurch erreicht, dass die unterschiedlichen Steckverbinder der Wägezellen für den Betrieb von einer oder mehrerer Wägezellen unterschiedlich kodiert sind. Beispielsweise kann durch einen gleichen Einbauwinkel eines mit einem Verdrehschutz versehenen Steckverbinder bezüglich einer Achse, etwa der Längsachse des Gehäuses des Verbindungssystems, die Kodierung für beispielsweise zwei parallel betriebene Wägezellen gewährleistet werden.

Besonders vorteilhaft ausgestaltet wird ein erfindungsgemäßes Verbindungssystem, wenn Mittel zur Detektion und zur automatischen Anzeige verschiedener Betriebszustände des Verbindungssystems vorgesehen sind. Eine automatische Anzeige der verschiedenen Betriebszustände des Verbindungssystems gewährleistet eine besonders einfache Fehlersuche.

Dadurch, dass gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform, mindestens eine Leuchtdiode zur automatischen Anzeige der Betriebszustände vorgesehen ist, kann eine besonders kostengünstige und zuverlässige Anzeige der Betriebszustände des Verbindungssystems gewährleistet werden.

Gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform sind mindestens die Betriebszustände Spannungsversorgung, Schleifenstrom, Verpolung und Kabelbruch anzeigbar. Erfindungsgemäß werden so die wesentlichen Fehlermöglichkeiten eines Verbindungssystems für Wägezellen angezeigt, so dass eine Fehleranalyse sehr schnell erfolgen kann.

Dadurch, dass mindestens ein Erdungskabel und gegebenenfalls ein Überspannungsgasableiter in einer nächsten Ausführungsform vorgesehen ist, können die an das Verbindungssystem angeschlossenen Wägezellen gegen Überspannungen aus dem Netz gesichert werden.

Um auch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verbindungssystems bei hohen Schutzanforderungen, beispielsweise den Schutzarten IP 67/68, zu gewährleisten, sind, gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbindungssystems, Hohlräume im Gehäuse des Verbindungssystem und in den Steckverbindern mit einem Kunststoff ausgegossen. Hierdurch kann beispielsweise ein Schutz gegen Staubeintritt und Wassereintritt beim Untertauchen entsprechend der IP-Schutzart IP68 sichergestellt werden.

Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Betriebsüberwachung von Wägezellen zur Verwirklichung mit Hilfe eines Verbindungssystems wie es zuvor beschrieben wurde, wobei mindestens die Zustände Spannungsversorgung, Schleifenstrom, Verpolung und Kabelbruch der jeweils angeschlossenen Wägezelle angezeigt werden. Die Betriebssicherheit von Wägezellen kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich gesteigert werden und Fehler können gezielt behoben werden.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verbindungssystem für Wägezellen, bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Betriebsüberwachung von Wägezellen auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche andererseits auf die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems zum Anschluss von einem Verbindungskabel und einer einzelnen Wägezelle oder zwei parallel betriebenen Wägezellen.

2 ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltung die das erfindungsgemäße Verfahren zur Betriebsüberwachung von Wägezellen gewährleistet.

In 1 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Verbindungssystems für Wägezellen dargestellt, welches ein Gehäuse 1, einen Steckverbinder 2 für das Verbindungskabel, und Steckverbinder 3 zum Anschluss einer oder mehrerer Wägezellen aufweist. Zusätzlich sind im Gehäuse 1 des erfindungsgemäßen Verbindungssystems Leuchtdioden 4 und ein Erdungskabel 5 vorgesehen. Die Leuchtdioden 4 dienen dabei der Anzeige von Betriebszuständen, beispielsweise Spannungsversorgung, Schleifenstrom, Verpolung und Kabelbruch der angeschlossenen Wägezellen. Mit Hilfe des Erdungskabels 5 kann das gesamte Verbindungssystem auf ein festgelegtes Potential gelegt werden, beispielsweise also auch geerdet werden.

Wie aus 1 ersichtlich ist, sind der Steckverbinder 2 des Verbindungskabels als Stecker und die Steckverbinder 3 für die Wägezellen als Steckdosen ausgeprägt. Somit ist es nicht möglich, dass die Steckverbinder 2 und 3 beim Anschluss der Wägezellen oder des Verbindungskabels vertauscht werden. Zusätzlich sind die Steckverbinder 3 zum Anschluss der Wägezellen untereinander unterschiedlich kodiert, so dass zwischen dem Anschluss von einer einzigen Wägezelle und zwei parallel angeschlossenen Wägezellen einfach unterschieden werden kann. Die Leuchtdioden 4 sind dabei so angeordnet, dass sie den Betriebszustand des jeweilig zugehörigen Steckverbinders anzeigen.

Das elektrische Schaltbild einer Schaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels, welches das erfindungsgemäße Verfahren zur Betriebsüberwachung von Wägezellen ermöglicht, ist in 2 dargestellt. Dabei ist der Steckverbinder 2a zum Anschluss des Verbindungskabel zur Versorgung der Wägezellen und die Buchsen 6, 7 und 8 jeweils zum Anschluss für Wägezellen vorgesehen. Über die elektrischen Kontakte 9 und 10 des Steckverbinders 2a werden die an die Buchsen 6 bis 8 angeschlossenen Wägezellen mit Spannung versorgt. Im weiteren wird die Funktionsweise dieser Schaltung am Beispiel des Anschlusses einer Wägezelle am Verbindungssystem erläutert. Beim Einzelanschluss von nur einer Wägezelle an die dafür vorgesehene Buchse 7 signalisiert ein durch die Leuchtdiode (LED) 11 über den Widerstand 12 fließender Strom, ob die korrekte Versorgungsspannung zwischen den elektrischen Kontakten 13 oder 14 und 15 der Buchse 7 des Einzelanschlusses anliegt. Ist das spannungsführende Kabel an einer beliebigen Stelle unterbrochen, so signalisiert die nicht angesteuerte LED 11, dass keine korrekte Versorgungsspannung anliegt. Den Schleifenstrom zwischen den elektrischen Kontakten 13 oder 14 und 15 der Buchse 7 des Einzelanschlusses zeigt die LED 16 an, wenn sie über den Widerstand 17 entsprechend angesteuert wird. Im Falle des ordnungsgemäßen Anschlusses und Betriebes der einzelnen Wägezelle kommt es zu einem ausreichend großen Spannungsabfall über dem Spannungsteiler, der aus den Dioden 18 bis 20 und dem Widerstand 27 gebildet wird, so dass ein ausreichend großer Strom die LED 16 ansteuert. Sobald dieser Schleifenstrom unterbrochen ist, also ein Kabelbruch im Bereich der Spannungsversorgung der Wägezelle vorliegt, wird dieser durch die ausgeschaltete LED 16 signalisiert. Weiterhin ist der Steckkontakt 21 des Steckverbinders 2a des Verbindungskabels mit der Signalleitung ebenfalls über den Steckkontakt 22 der Anschlussbuchsen 7 der Wägezelle verbunden. Um die Signalleitung für das Wägesignal von vom Netz verursachten Überspannungen freizuhalten, kann ein Überspannungsgasableiter 23 zwischen dem Steckkontakt 21 des Steckverbinders 2a und dem Kontakt 9 des Steckverbinders 2a geschaltet werden. Weiterhin ist das ganze System, d.h. der Steckverbinder 2a des Verbindungskabels und die Anschlussbuchsen 7 der Wägezelle über den elektrischen Kontakt 24, 25 der jeweiligen Steckverbindung über die Erdung 26 geerdet.


Anspruch[de]
Verbindungssystem zum Anschluss von Wägezellen an ein Verbindungskabel, mit einem Gehäuse (1), wobei im Gehäuse mindestens ein Steckverbinder (2) zum Anschluss eines Verbindungskabels und weitere Steckverbinder (3) zum Anschluss von Wägezellen vorgesehen sind, wobei das Verbindungssystem Mittel zur automatischen Unterscheidung zwischen dem Betrieb einer Wägezelle und dem Betrieb mehrerer Wägezellen aufweist, die die Belegung der Steckverbinder (3) automatisch erkennen. Verbindungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstärkung der Messsignale der über die jeweils gewählten Steckverbinder (3) angeschlossenen Wägezellen interne Verstärker vorgesehen sind, von denen zumindest einer entsprechend der erkannten Belegung der Steckverbinder (3) programmierbar ist. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedlich kodierte Steckverbinder (2, 3) für das Verbindungskabel und die Wägezellen vorgesehen sind. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verbindungskabel ein Stecker und für die Wägezellen jeweils eine Steckdose vorgesehen ist. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Steckverbinder (3) der Wägezellen für den Betrieb von einer oder mehrerer Wägezellen unterschiedlich kodiert sind. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Detektion und zur automatischen Anzeige verschiedener Betriebszustände des Verbindungssystems vorgesehen sind. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Leuchtdiode (4) zur automatischen Anzeige der Betriebszustände vorgesehen ist. Verbindungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Betriebszustände Spannungsversorgung, Schleifenstrom, Verpolung und Kabelbruch anzeigbar sind. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Erdungskabel (5) und gegebenenfalls ein Überspannungsgasableiter vorgesehen ist. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Hohlräume im Gehäuse (1) des Verbindungssystems und in den Steckverbindern (2, 3) mit einem Kunststoff ausgegossen sind. Verfahren zur Betriebsüberwachung von Wägezellen zur Verwirklichung mit Hilfe eines Verbindungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei mindestens die Zustände Spannungsversorgung, Schleifenstrom, Verpolung und Kabelbruch der jeweils angeschlossenen Wägezelle angezeigt werden.






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