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Dokumentenidentifikation DE202006000702U1 31.05.2007
Titel Elektrisches Schaltgerät
Anmelder MOELLER GmbH, 53115 Bonn, DE
DE-Aktenzeichen 202006000702
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 31.05.2007
Registration date 26.04.2007
Application date from patent application 18.01.2006
IPC-Hauptklasse H01H 71/04(2006.01)A, F, I, 20060118, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H02J 13/00(2006.01)A, L, I, 20060118, B, H, DE   G08C 17/00(2006.01)A, L, I, 20060118, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere einen Niederspannungsleistungsschalter.

Elektromagnetische Schaltgeräte aller Art werden mit elektronischen Zusatzgeräten und -modulen gekoppelt, um die entsprechenden Vorteile der Elektronik auf diesem Gebiet zur Nutzung zu bringen. Beispielsweise wird die klassische Strommesstechnik (Bimetall-, Magnetauslöser) in den Geräten von einer entsprechenden Elektronik übernommen und es werden Zusatzfunktionen eingebracht, wie etwa das Programmieren, Speichern und Ändern von Parametern, Nutzen der Zeitselektivität, das Speichern von Messwerten und/oder die Datenübermittlung über Feldbusschnittstellen an übergeordnete Einheiten. Solche elektronischen Zusatzgeräte (Steuerelektronik, elektronisches Koppelmodul zu einem zweiten Schaltgerät, Busanschluss-Interface, elektronischer Auslöser) werden auch mit flüchtigen Datenspeichern und mit Festspeichern ausgerüstet. Schalter dieser Art sind beispielsweise ausführlich in DE 100 31 963 C1, oder DE 100 31 964 C1 beschrieben.

Schon in einem Schaltgerät gemäß DE 197 36 181 A1 wird die bekannte RFID-Technik (Radio Frequency Identification oder Funk-Erkennung) eingesetzt. Mit der RFID-Technik können Daten berührungslos und ohne Sichtkontakt gelesen und gespeichert werden. RFID wird als Oberbegriff für die komplette technische Infrastruktur verwendet. Sie umfasst den Transponder (auch RFID-Etikett, -Chip, -Tag, -Label oder Funketikett genannt) und die Sende-Empfangs-Einheit (auch Reader oder Interrogator genannt).

Die Daten werden auf dem Transponder gespeichert und per Radiowellen verfügbar gemacht. Bei niedrigen Frequenzen geschieht dies induktiv über ein Nahfeld, bei höheren über ein elektromagnetisches Fernfeld. Die Entfernung, über die ein Transponder ausgelesen werden kann, schwankt aufgrund der Ausführung (aktiv/passiv), benutztem Frequenzband, Sendestärke und Umwelteinflüssen zwischen wenigen Zentimetern und mehr als einem Kilometer.

Bei der in der DE 197 36 181 A1 dargestellten Schaltgerätekombinationen erfolgt die Energieversorgung nur im aktivierten Zustand, d.h. wenn das Schaltgerät am Netz liegt, was der Fall ist, wenn das Schaltgerät EIN-geschaltet ist. Hierzu legt man Stromwandler und Elektronik im Schaltgerät so aus, dass die Versorgung aus dem zu schaltenden Betriebsstrom abgeleitet wird. In der Stellung „EIN" des Schaltgerätes und einem ausreichend fließenden Betriebsstrom kann die Elektronik messen, Werte speichern und Daten über eine Schnittstelle weitergeben. In der Stellung „AUS" ist es nicht möglich, Einstellungen oder Parameter auszulesen oder gar zu ändern. Ebenso hat man keinen Zugriff auf einen möglichen Fehlerstatus, der im elektronischen Speicher des Schaltgerätes abgelegt sein kann, weil zumindest die Elektronik eine Stromversorgung haben müsste. Es ist schon vorgeschlagen worden, diese über die Kommunikationsschnittstelle zu realisieren. Aus Gründen der Potentialtrennung ist die Schnittstelle (Optokoppler, DC-DC Wandler, u.s.w.) dann aber meist aufwendig gestaltet und teuer.

Ein Einsatz von Transpondern bei Schaltgeräten wird in der DE 102 58 919 A1 beschrieben, wo der Schaltzustand abfragbar ist. Es können passive oder aktive Transponder für diesen Zweck verwendet werden.

Mit dieser Erfindung sollen diese Nachteile beseitigt werden und zusätzliche Vorteile für den Einsatz von Schaltgeräten, insbesondere für jede Phase der Herstellung, Inbetriebnahme bis hin zur Entsorgung, genutzt werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein elektronisch unterstütztes oder elektronisch betriebenes elektrisches Schaltgerät zu verbessern.

Die Lösung findet sich im Hauptanspruch. Weiterführende Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen formuliert.

Es wird ein elektrisches Schaltgerät vorgeschlagen, welches ein Gehäuse aus Kunststoff und eine mit der Auslöseeinheit des Schaltgeräts kommunizierende, elektronische Baugruppe umfasst, wobei in dem Gehäuse des Geräts ein kontaktlos beschreibbarer und lesbarer Datenspeicher (vorzugsweise Standard-RFID-Tag) integriert ist, wobei

  • – in den Datenspeicher nach vorgegebenen Kriterien mindestens erste unveränderbare, Gehäusematerialen betreffende Daten eingeschrieben sind,
  • – in den Datenspeicher mindestens zweite unveränderbare, die Kennung des Schaltgeräts betreffende Daten eingeschrieben sind und
  • – in den Datenspeicher mindestens dritte unveränderbare, die Betriebsart und/oder den Betriebszustand des Schaltgeräts betreffende Daten eingeschrieben sind.

In den Datenspeicher werden nach vorgegebenen Kriterien unveränderbare (so genannte erste, im wesentlichen Materialeigenschaften betreffende Daten) und überschreibbare erste Daten (so genannte erste Prozessdaten) eingeschrieben, welche am Ende der Gehäusefertigung zur Fertigungskontrolle zur Verfügung stehen.

Während der Fertigung des Geräts durch Einbau der elektromechanischen Baugruppe ins Gehäuse werden in den Datenspeicher unveränderbare (so genannte zweite Festdaten) und überschreibbare zweite Daten (so genannte zweite Prozessdaten) eingeschrieben. Diese stehen am Ende der Fertigung zur Fertigungskontrolle zur Verfügung. Die zweiten Festdaten sind die Kenndaten des Geräts, wie Werkstoffe, Betriebsart, Betriebsspannung, Belastbarkeit, Nennströme, Auslöseverzögerungszeit, herangezogene Norm und andere.

Während der Überführung des Geräts in den Betriebszustand werden weitere, dritte Daten (dritte Festdaten, nämlich Betriebsart und/oder Betriebszustand) und überschreibbare Daten (dritte Betriebsdaten) eingeschrieben.

Mit Überführung des Geräts in den Betriebszustand ist die Installation an seinem Betriebsort (beispielsweise in einem Schaltschrank) und die Anschaltung an ein Stromnetz gemeint. Mit der Installation steht dem Gerät elektrische Energieversorgung zur Verfügung, so dass von der Schreibleseeinheit nach vorgegebenen Kriterien die unveränderbaren dritten Festdaten (und ebenso veränderliche Daten) einschreibbar sein. Diese Daten sind für den Anwender des Geräts, beispielsweise bei Netzausfall, oder Betriebsstillstand auslesbar.

Vorzugsweise können aus einer oder mehreren Herstellphasen neben unveränderbare Daten noch überschreibbare Daten eingeschrieben sein.

Die elektronische Baugruppe kann einen Stromwandler umfassen, so dass die Energieversorgung nach der Installation des Geräts im Netz aus dem zu schaltenden Betriebsstrom abgeleitet wird. Für die Erfindung wesentlich ist, dass von der Baugruppe aktiv, entweder im Rahmen eines automatischen, programmierten Ablaufs oder durch Veranlassung von außen die Schreib-Lese-Funktion beaufschlagt wird. Daneben kann natürlich mittels der Baugruppe Messwerte ermittelt und/oder gespeichert, und Daten über eine Schnittstelle weitergeben werden.

Es ist ein Radiofrequenz- oder HF-Transponder in RFID-Technik in der elektronischen Baugruppe vorhanden, und die elektrische Energieversorgung des flüchtigen Speichers kann sowohl von dem Schaltgerät als auch von dem HF-Transponder geliefert werden. Da der Transponder in der elektronischen Baugruppe integriert ist, besteht bei dieser Anwendung eine drahtgebundene Versorgung (über eine galvanische Verbindung). Eine interne Funkverbindung zum Speicher wird nicht benötigt, und man spart eine Antenne. Bei dieser Anordnung ist der nichtflüchtige Speicher einmal von der Schalterelektronik versorgt und direkt ansprechbar. Zum Anderen kann er auch von einem externen RFID-Reader über eine in die Elektronik implementierte RFID-Schnittstelle, aufgebaut wie im Transponder-Tag, angesprochen und bei Bedarf, wenn die Schalterelektronik ohne Versorgung ist, ebenfalls versorgt werden.

Beispielsweise kann der flüchtige Speicher ein EEPROM-Speicher oder ein Flash-Speicher sein. Der Speicher kann auch kryptografisch codiert sein.

In der elektronischen Baugruppe wird eine RFID-Schreib-/Leseschaltung integriert. Die Schreib-/Leseschaltung besteht aus einem Reader-Chip, einigen diskreten Bauteilen und einer kleinen Antenne, und erlaubt es, die Daten von dem RFID-Tag zu lesen und/oder auf diesem abzulegen.

Der Transponder-Tag ist ein preiswertes Standardbauteil, bestehend aus einem RFID-Chip und einer einfachen Folien-Antenne. Der Schreib-/Lesespeicher des Tags kann von der Elektronik des Schaltgerätes mit der integrierten Schreib-/Leseschaltung gelesen und beschrieben werden. So können Parameter, Fehlerstatus oder Messwerte auf dem RFID-Tag gelesen und abgelegt werden.

Eine technisch hierzu passende externe RFID-Schreib-/Leseeinheit kann von außen auf den Tag im Schaltgerät zugreifen und potentialfrei auslesen und bei Bedarf eine neue Parametrisierung für das Schaltgerät auf dem eingebauten Transponder-Chip ablegen. Dabei ist es unerheblich, in welchem Betriebszustand das Schaltgerät ist. Die RFID-Technik ermöglicht eine drahtlose Versorgung des Tags im Gerät und ein Antikollisionsalgorithmus sorgt für eine problemlose Kommunikation mit dem Transponder.

Nach dem Einschalten des Schaltgeräts (Stromfluss über das Netz) können neue Parameter von dem Transponder-Chip in die elektronische Baugruppe geladen werden. Im Normalbetrieb können die Betriebsdaten laufend aktualisiert werden. Bei einer Auslösung des Schaltgerätes auf dem Transponder-Chip werden die Betriebsdaten einmalig aktualisiert. Die zuletzt gespeicherten Daten bleiben auf dem RFID-Chip erhalten, auch bei Stellung „AUS" oder bei Stromausfall.

Eine übergeordnete Einheit kann bei Bedarf und zu jeder Zeit über einen Feldbus mit angeschlossenem RFID-Lese-/Schreibgerät eine Statusmeldung von dem Schaltgerät bekommen. Mit heute verfügbaren Handgeräten oder PDAs mit RFID-Reader kann der Service oder Wartungsdienst den Zustand eines so ausgestatteten Schaltgerätes abfragen und bei Bedarf Änderungen der Konfiguration bzw. der Parameter vornehmen.

Mit dem erfindungsgemäßen Grundgedanken können folgende Anwendungen vorteilhaft genutzt werden: Fertigungsüberwachung, Gerätekennzeichnung und/oder Qualitätssicherung.

Der Transponder-Tag wird während der Fertigung auf dem Gerätegehäuse angebracht oder wird schon bei der Spritzgussherstellung des Gehäuses mit eingespritzt. Der Speicher des Tags hat einen einmalig beschreibbaren und einen wiederholt beschreibbaren Bereich. Der sofort funktionstüchtige Transponder begleitet während der gesamten Lebensdauer das Gerät.

Schon bei der Herstellung des Tags wird eine eindeutige Kennung (erste Festdaten) fest eingeschrieben. Eine solche Kennung kann während der "Lebenszeit" des Schaltgeräts auch als Seriennummer dienen. In den weiteren Festspeicherbereich werden vor und/oder während der Fertigung weitere Material-, Herstell- und Prüfdaten eingeschrieben, die unveränderlich später jederzeit (über die Lagerverwaltung, den Vertrieb bis hin zur Entsorgung des Schaltgerätes) abrufbar sind. Am Ende der Produktion ist der Ablauf auf dem Speicher-Chip archiviert und nachverfolgbar. Diese zur Kennzeichnung dienende Bits im Speicher des Transponders identifizieren auf diese Weise jederzeit eindeutig das Gerät und machen es fälschungssicher. Man hat somit jederzeit eine Rückverfolgbarkeit bis in die Herstellungsphase. Die Festdaten erlauben auch das Aufdecken von Plagiat-Produkten.

Neben dem Einschreiben von Festdaten werden laufende Kontrolldaten in dem wiederholt beschreibbaren Bereich (Schreib-/Lesespeicher) abgelegt. Diese Daten haben nur für die Steuerung der Fertigung bis zur Endkontrolle des Fertigungsvorgangs eine Bedeutung. Der Inhalt dieses wiederholt beschreibbaren Bereichs kann nach der Endprüfung oder vor der Auslieferung des fertigen Produktes ausgelesen und überschrieben werden und steht für den weiteren dynamischen Datenaustausch zur Verfügung.

Am Ende der Lebensdauer des Geräts sind alle unveränderbare Daten und die zuletzt eingeschriebenen flüchtige Daten auslesbar. Auch wenn das Gerät nunmehr defekt geworden ist, bleiben die fest hinterlegten Materialdaten von Bedeutung, weil diese Auskunft geben für eine sortengerechte und umweltverträgliche Entsorgung.

Bezüglich Art und/oder Typen von Schaltgeräten sollen keine Einschränkungen des beanspruchten Gegenstandes vorgesehen sein. Insbesondere sollen auch Kombinationen mit anderen Schaltertypen in Betracht gezogen werden, wobei vorrangig, aber nicht ausschließlich Sicherheitsschalter, Motorschutzschalter infrage kommen.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird in einer Figur beschrieben.

Die einzige Figur zeigt die Erfindung in Form eines Blockschaltbildes schematisch. In der oberen Figurenhälfte sind als Teil eines nicht weiter dargestellten elektrischen oder auch elektromagnetischen Schaltgeräts eine integrierte elektronische Baugruppe und ein Transponder gezeigt. In der unteren Figurenhälfte ist ein Schreib-Lese-Gerät dargestellt. Angedeutet ist mit Bezugszeichen 4 das Kunststoffgehäuse des Schaltgeräts, in welches ein Transponder-Tag 8 schon in der Herstellphase integriert ist. Für das Verständnis der Erfindung sind die wesentlichen Elemente und ihr Zusammenwirken näher beschrieben. In die Elektronik ist ein Transponder integriert. Nach der Inbetriebnahme des Geräts erhält die elektronische Baugruppe ihre Energieversorgung (bei Stromfluss) aus dem Netz. Zur Ertüchtigung für spezielle Einsätze kann jedoch auch eine Versorgung mit Hilfsenergie vorgesehen sein. Der nichtflüchtige Speicher ist einmal von der Schalterelektronik versorgt und direkt ansprechbar (Schreiben und Lesen). Zum Anderen kann er auch von einem externen RFID-Reader über eine in die Elektronik implementierte RFID-Schnittstelle, aufgebaut wie im Transponder-Tag, angesprochen und bei Bedarf, wenn die Schalterelektronik ohne Versorgung ist, auch versorgt werden.

Mit 10 ist ein Transponder bezeichnet, der über die Elektronik der elektronischen Baugruppe 6 beaufschlagt wird. Von der Elektronik zum Transponder sind nur eine Schreib-Lese-Leitung 18 und eine Versorgungsleitung 16 zu einem Speichermodul eingezeichnet. Das Speichermodul umfasst mindestens einen Festspeicher 12 und einen flüchtigen Speicher 14. Zu der Elektronik gehört noch der Transponder-Tag 8.

Die RFID-Schnittstelle besteht aus einem ersten RFID-Reader 19 und einer Antenne A1, deren weitere Einzelheiten ebenfalls nicht dargestellt sind, da die RFID-Technik dem Fachmann bekannt ist und daher im vorliegenden Fall von einer näheren Beschreibung abgesehen werden kann.

Im unteren Teil der Figur ist ein RFID-Lesegerät 20 ebenso schematisch in einem Blockschema dargestellt.

Der Datenverkehr mit dem Transponder 10 erfolgt über eine Antenne A2, einem zweiten RFID-Reader 22, gesteuert von einem Mikro-Controller 26. Zur Ergänzung, jedoch nicht zum notwendigen Inhalt der Erfindung sind in der Darstellung noch ein Display 24, eine Tastatur 28, eine serielle Schnittstelle 30 zu einem Feldbus 32 eingezeichnet. Mit den genannten Ergänzungen lässt sich die Eigenschaft des Transponders zu einem intelligenten Gerät ausbauen, welches insbesondere erhöhten Bedienkomfort bietet und die Eigenschaft auf Datenweitergabe und remote Verarbeitung erweitert.

4
Gehäuse
6
elektronische Baugruppe
8
Transponder-Tag
10
Transponder
12, 14
flüchtiger Speicher, Festspeicher
16
Energieversorgung
18
Schreib-Lese-Befehl (R/W)
19
RFID-Reader I
A1, A2
Folien-Antenne
20
Lesegerät (Interrogator)
22
RFID-Reader II
24
Display
26
Controller
28
Tastatur
30
serielle Schnittstelle
32
Feldbus


Anspruch[de]
Elektrisches Schaltgerät, insbesondere Niederspannungsleistungsschalter umfassend

– ein Gehäuse aus Kunststoff und eine mit der Auslöseeinheit des Schaltgeräts kommunizierende, elektronische Baugruppe (6),

wobei in dem Gehäuse (4) des Geräts ein kontaktlos beschreibbarer und lesbarer Datenspeicher (12, 14) integriert ist,

– in den Datenspeicher (12, 14) nach vorgegebenen Kriterien mindestens erste unveränderbare, Gehäusematerialien betreffende Daten,

– in den Datenspeicher (12, 14) mindestens zweite unveränderbare, die Kennung des Schaltgeräts betreffende Daten und

– in den Datenspeicher (12, 14) mindestens dritte unveränderbare, die Betriebsart und/oder den Betriebszustand des Schaltgeräts betreffende Daten eingeschrieben sind.
Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben unveränderbare Daten noch überschreibbare Daten eingeschrieben sind. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenspeicher (12, 14) einem RFID-Transponder-Tag (8) zugeordnet ist. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Baugruppe (6) mindestens der Einstellung oder Steuerung des Betriebsablaufs, der Auswertung von Betriebsdaten des Schaltgeräts und/oder des Datenaustauschs mittels RFID-Technik mit dem Schaltgerät dient. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energieversorgung der elektronischen Baugruppe (6) nach Inbetriebnahme aus dem elektrischen Netz erfolgt. Schaltgerät nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energieversorgung der elektronischen Baugruppe (6) aus einer Hilfsspannungsquelle erfolgt. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energieversorgung des Datenspeichers (12) sowohl von dem Schaltgerät als auch von dem Transponder (10) geliefert wird.






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