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Die Erfindung betrifft Einbaugeräte der Niederspannungstechnik, wie beispielsweise Motorschutzschalter oder Schütze, sowie Reiheneinbaugeräte wie Leitungsschutzschalter oder Fehlerstromschutzschalter. Derartige Einbaugeräte werden auch als elektromechanische Schaltgeräte bezeichnet. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Zustandserfassung eines derartigen elektromechanischen Schaltgerätes.
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Elektromechanische Schaltgeräte – beispielsweise Reiheneinbaugeräte wie Leitungsschutzschalter oder Fehlerstromschutzschalter, aber auch Motorschutzschalter oder Schütze – werden in der Elektroinstallationstechnik im Bereich der Niederspannungsnetze eingesetzt und verfügen über zumindest eine zugangsseitige Eingangsklemme zur Kontaktierung mit einer netzseitigen Zugangs- oder Speiseleitung, sowie über zumindest eine verbraucherseitige Ausgangsklemme zur Kontaktierung mit einer verbraucherseitigen Ausgangsleitung.
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Im Falle eines Reiheneinbaugerätes wird bei Auftreten eines unzulässigen Betriebszustands – beispielsweise einer Überlast, eines Fehlerstroms oder eines Kurzschlussstroms – zumindest ein Schaltkontakt im Inneren des Reiheneinbaugeräts geöffnet, wodurch der verbraucherseitige Leitungskreis, auch Lastkreis genannt, vom zugangsseitigen Stromnetz getrennt wird. Derartige Reiheneinbaugeräte werden zumeist in sogenannten Elektroinstallationsverteilern, umgangssprachlich auch Verteilerkasten oder Sicherungskasten bezeichnet, verbaut. Der Sammelbegriff „Reiheneinbaugerät“ rührt daher, dass in einem Elektroinstallationsverteiler oftmals eine Vielzahl derartiger Reiheneinbaugeräte nebeneinander in einer Reihe angeordnet wird.
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Ein Leitungsschutzschalter, auch als LS-Schalter bezeichnet, stellt eine Überstromschutzeinrichtung dar, welche die zu schützende elektrische Leitung vor Beschädigung durch Erwärmung infolge zu hohen elektrischen Stroms schützt. Bei einem Motorschutzschalter soll der Motor vor Zerstörung durch zu hohen Strom und damit Wärmeentwicklung im Motor geschützt werden. Ein Fehlerstromschutzschalter, auch als FI-Schalter bezeichnet, ist hingegen eine Schutzeinrichtung zur Realisierung eines Schutzes vor einem – insbesondere für Personen – gefährlichen Fehlerstrom in einer elektrischen Anlage. Ein derartiger Fehlerstrom, welcher auch als Differenzstrom bezeichnet wird, tritt auf, wenn ein spannungsführendes Leitungsteil einen elektrischen Kontakt gegen Erde – beispielsweise bei Berührung eines spannungsführenden Teils einer elektrischen Anlage durch eine Person – aufweist.
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Die genannten elektromechanischen Schaltgeräte werden unter anderem in sogenannten Elektroinstallationsverteilern, auch als Verteilerkästen oder kurz als „Verteiler“ bezeichnet, eingesetzt. Bei Reiheneinbaugeräten ist dabei jedem Reiheneinbaugerät ein jeweiliger Leitungs- oder Lastkreis zugeordnet, an den ein oder mehrere elektrische Verbraucher anschließbar sind. Insbesondere bei industriellen Anwendungen wird dabei vermehrt gefordert, eine einfache und zuverlässige Zustandserfassung der Schaltgeräte zu realisieren. Derzeit wird eine derartige Zustandserfassung durch eine direkte Verdrahtung der betreffenden Reiheneinbaugeräte mit einer geeigneten Steuereinrichtung realisiert. Beispielsweise werden die Reiheneinbaugeräte bzw. deren Hilfsschalter auf eine Eingangsbaugruppe einer SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) verdrahtet. Schaltet das Reiheneinbaugerät bzw. der betreffende Hilfsschalter, so erfolgt über die Eingangsbaugruppe eine entsprechende Signalisierung an die SPS. Deren Controller kann dabei so programmiert sein, dass in Abhängigkeit des Signals eine Meldung zu einem übergeordneten Leitsystem oder eine logische Steueranweisung erfolgt. Mit der zunehmenden Anzahl an zu verdrahtenden Geräten steigt jedoch der damit verbundene Verdrahtungsaufwand linear an.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine einfache und zuverlässige Zustandserfassung für ein oder mehrere elektromechanische Schaltgeräte zu realisieren.
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Diese Aufgabe wird durch das elektromechanische Schaltgerät sowie durch die Anordnung zur Zustandserfassung eines elektromechanischen Schaltgerätes gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße elektromechanische Schaltgerät weist ein Schaltelement, welches zur Realisierung einer Schaltzustandsänderung des Schaltgerätes zwischen einer EIN-Position und einer AUS-Position bewegbar ist, auf. Weiterhin weist das Schaltgerät einen Energiewandler zur Umwandlung einer bei der Schaltzustandsänderung auftretenden kinetischen Energie in elektrische Energie auf. Ferner weist das Schaltgerät einen Signalgeber auf, welcher mit dem Energiewandler derart gekoppelt ist, dass die Schaltzustandsänderung des Schaltgerätes den Signalgeber dazu veranlasst, ein spezifisches, dem Signalgeber zugeordnetes Signal drahtlos an einen Empfänger auszusenden. Aufgrund der drahtlosen Übermittlung der Schaltzustandsänderung des Schaltgerätes von dem Signalgeber an einen externen Empfänger wird der Installationsaufwand im Vergleich zu einer leitungsgebundenen Datenübertragung deutlich reduziert. Die für die Datenübertragung benötigte Energie wird dabei durch einen Energiewandler bereitgestellt, welcher beispielsweise als induktives Element oder als Piezoelement ausgebildet sein kann.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des elektromechanischen Schaltgerätes ist der Signalgeber als kapazitiver oder induktiver Näherungssensor ausgebildet. Kapazitive oder induktive Näherungssensoren stellen eine einfache und robuste Möglichkeit zur Erfassung einer Schaltzustandsänderung des Schaltgerätes dar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des elektromechanischen Schaltgerätes ist der Signalgeber als RFID-Sender ausgebildet. Durch die Verwendung eines RFID-Senders als Signalgeber ist eine einfache, robuste und kostengünstige Möglichkeit zur Erfassung einer Schaltzustandsänderung des Schaltgerätes gegeben. Die für die Signalübermittlung des RFID-Senders benötigte Energie wird dabei wiederum von dem Energiewandler, welcher beispielsweise als induktives Element oder als Piezoelement ausgebildet sein kann, bereitgestellt.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des elektromechanischen Schaltgerätes ist das Schaltelement als manuell betätigbares Betätigungselement ausgebildet, wobei der RFID-Sender an dem Betätigungselement angeordnet ist. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass die für die Datenübertragung durch den RFID-Sender benötigte Energie mit Hilfe des Energiewandlers unmittelbar aus der Bewegungsenergie des Betätigungselementes gewonnen werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des elektromechanischen Schaltgerätes ist das vom Signalgeber ausgesendete Signal derart ausgebildet, dass damit das dem Signalgeber zugeordnete Schaltgerät identifizierbar ist. Auf diese Weise ist auch bei einer Vielzahl von zu überwachenden Schaltgeräten die Zustandsänderung eines bestimmten Schaltgerätes eindeutig zuordenbar.
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Die erfindungsgemäße Anordnung zur Zustandserfassung eines elektromechanischen Schaltgerätes weist mindestens ein erfindungsgemäßes Schaltgerät der eingangs beschriebenen Art auf, wobei jedes Schaltgerät einen ihm zugeordneten Signalgeber aufweist, um mittels eines dem Schaltgerät eindeutig zuordenbaren spezifischen Signals eine Schaltzustandsänderung des Schaltgerätes drahtlos zu signalisieren. Weiterhin weist die Anordnung einen Empfänger auf, welcher dazu ausgebildet ist, das Signal des dem zumindest einen Schaltgerät zugeordneten Signalgebers drahtlos zu empfangen. Aufgrund der drahtlosen Übermittlung der Schaltzustandsänderung des Schaltgerätes von dem Signalgeber an den externen Empfänger wird der Installationsaufwand im Vergleich zu einer leitungsgebundenen Datenübertragung deutlich reduziert. Ist eine Mehrzahl elektromechanischer Schaltgeräte in einem Elektroinstallationsverteiler angeordnet, so ist ein einziger ebenfalls in dem Elektroinstallationsverteiler angeordneter Empfänger ausreichend, um die mehreren, den einzelnen Schaltgeräten zugeordneten, spezifischen Signale zu empfangen, wobei jedes der Signale einem spezifischen Schaltgerät eindeutig zuordenbar ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist der Signalgeber als RFID-Sender und der Empfänger als RFID-Lesevorrichtung ausgebildet. Mit Hilfe der RFID-Technik ist eine einfache robuste und kostengünstige Möglichkeit zur Erfassung einer Schaltzustandsänderung des zumindest einen Schaltgerätes realisierbar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist die zum Senden des RFID-Signals benötigte Energie des Signalgebers vom Empfänger über die RFID-Lesevorrichtung mittels elektromagnetischer Induktion bereitstellbar. Dies stellt eine einfach zu realisierende sowie platzsparende Möglichkeit zur Energieversorgung des RFID-Senders dar.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Anordnung mehrere Schaltgeräte, welche zusammen mit dem Empfänger in einem Elektroinstallationsverteiler angeordnet sind. Durch die Verwendung eines Empfängers zur Erfassung der Signale mehrerer Schaltgeräte werden der Aufwand zur Herstellung der Anordnung sowie die Herstellkosten deutlich reduziert.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung ist der Empfänger mit einer Auswerteeinheit gekoppelt, um die vom Empfänger empfangenen Signale weiterzuverarbeiten. Auf diese Weise ist eine unmittelbare Signalisierung einer Schaltzustandsänderung realisierbar. Die Auswerteeinheit kann dabei sowohl leitungsgebunden als auch drahtlos mit dem Empfänger verbunden sein.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schaltgerätes sowie der erfindungsgemäßen Anordnung zur Zustandserfassung eines elektromechanischen Schaltgerätes unter Bezug auf die beigefügten Figuren beispielhaft anhand eines Reiheneinbaugerätes näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch auch auf andere Einbaugeräte der Niederspannungstechnik anwendbar, bei denen zur Lastschaltung mechanische Komponenten vorgesehen sind. In den Figuren sind:
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1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Schaltgerätes in perspektivischer Ansicht;
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2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung in einer Seitenansicht.
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In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung gilt für alle Zeichnungsfiguren, in denen das entsprechende Teil ebenfalls zu erkennen ist.
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In 1 ist das erfindungsgemäße elektromechanische Schaltgerät als Reiheneinbaugerät 10 in perspektivischer Ansicht schematisch dargestellt. Das Reiheneinbaugerät 10 weist ein mehrteiliges Gehäuse 11 auf, welches durch eine Mehrzahl von Verbindungselementen 14, die im dargestellten Fall als Nietverbindungen ausgebildet sind, zusammengehalten werden. Über Anschlussöffnungen 13, welche an oberen und unteren Schmalseiten des Gehäuses 11 ausgebildet sind, ist das Reiheneinbaugerät 10 mit elektrischen Eingangs- und Ausgangsleitungen (nicht dargestellt) elektrisch verbindbar. Im Inneren des Reiheneinbaugerätes 10 befindet sich ein Schaltkontakt (nicht dargestellt), welcher bei Bedarf geöffnet bzw. geschlossen werden kann, um die an das Reiheneinbaugerät 10 angeschlossenen elektrischen Eingangs- und Ausgangsleitungen zu trennen bzw. elektrisch miteinander zu verbinden. Mithilfe eines Schaltelementes, welches im vorliegenden Fall als manuell betätigbares Betätigungselement 12 ausgebildet ist, ist der im Inneren des Reiheneinbaugerätes 10 angeordnete Schaltkontakt mechanisch gekoppelt und manuell betätigbar. Wird der Schaltkontakt aufgrund eines Auslösekriteriums des Reiheneinbaugerätes 10, beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses, einer Überlast oder eines Fehlerstromes, geöffnet, so wird über ein im Inneren des Reiheneinbaugerätes 10 angeordnete mechanische Wirkkette das Betätigungselement 12 von seiner EIN-Position in seine AUS-Position bewegt.
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Weiterhin weist das Reiheneinbaugerät 10 einen Signalgeber 15 auf, welcher an dem manuell betätigbaren Betätigungselement 12 angeordnet ist. Der Signalgeber 15, der beispielsweise als RFID-Sender ausgebildet sein kann, ist dazu ausgebildet und vorgesehen, bei einer Schaltzustandsänderung des Reiheneinbaugerätes ein spezifisches, dem Signalgeber 15 individuell zuordenbares Signal 16 (siehe 2) drahtlos an einen Empfänger 20 (siehe 2) zu senden. Weiterhin ist der Signalgeber 15 mit einem Energiewandler (nicht dargestellt) elektrisch gekoppelt, um den Signalgeber 15 mit der für das Aussenden des Signals 16 benötigten elektrischen Energie zu versorgen. Hierzu ist der Energiewandler dazu ausgebildet, die bei einer Schaltzustandsänderung des Reiheneinbaugerätes 10 auftretende kinetische Energie der Wirkkette bzw. des Betätigungselements 12 in elektrische Energie zu wandeln. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der als RFID-Sender ausgebildete Signalgeber 15 bei einer Schaltzustandsänderung des Reiheneinbaugerätes 10 durch ein magnetisches Feld bewegt wird, wodurch im RFID-Sender ein elektrischer Strom induziert wird. Dieser Strom ist dabei ausreichend groß bemessen, um die für das Senden des Signals 16 benötigte Energie bereitzustellen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Zustandserfassung zumindest eines Reiheneinbaugerätes 10 in einer Seitenansicht. Dabei sind mehrere Reiheneinbaugeräte 10 nebeneinander auf einer Tragschiene 2, welche in einem Elektro-Installationsverteiler 1 angeordnet ist, montiert. Jedes der Reiheneinbaugeräte 10 weist ein Betätigungselement 12 auf, an dem ein Signalgeber 15 in Gestalt eines RFID-Senders angeordnet ist. Bei einer Bewegung eines der Betätigungselemente 12, beispielsweise bei Verbringen des Betätigungselementes 12 von seiner EIN-Position in eine AUS-Position aufgrund eines vordefinierten Auslösekriteriums, beispielsweise eines Kurzschluss-Stromes, eines Überlaststromes oder eines Fehlerstromes, wird in dem RFID-Sender aufgrund der kinetischen Bewegung durch das magnetisches Feld ein Strom induziert, welcher den RFID-Sender 15 mit ausreichender elektrischer Energie versorgt, um ein spezifisches, dem RFID-Sender – und damit dem Reiheneinbaugerät – eindeutig zuordenbares Signal 16 drahtlos an den Empfänger 20, welcher ebenfalls in dem Elektro-Installationsverteiler 1 angeordnet ist, auszusenden. Der Empfänger 20 ist in diesem Fall als RFID-Lesevorrichtung ausgebildet. Das zur Induktion des zum Senden des Signals 16 benötigte magnetische Feld kann dabei von dem Empfänger, beispielsweise der RFID-Lesevorrichtung bereitgestellt werden.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung zur Zustandserfassung eines Reiheneinbaugerätes ist es möglich, die Schaltzustandsänderung eines jeden aus einer Vielzahl von Reiheneinbaugeräten 10 ohne mechanischen Verdrahtungsaufwand schnell unmittelbar und eindeutig zu erfassen. Die RFID-Lesevorrichtung 20 kann dabei ferner mit einem Controller drahtgebunden oder drahtlos gekoppelt sein, um die an die RFID-Lesevorrichtung übermittelten Signale 16 auszuwerten und weiter zu verarbeiten. Auf diese Weise ist auch eine Fernüberwachung der Schaltzustandsänderung der in dem Elektroinstallationsverteiler 1 angeordneten Reiheneinbaugeräte 10 realisierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektroinstallationsverteiler
- 2
- Tragschiene
- 10
- Schaltgerät / Reiheneinbaugerät
- 11
- Gehäuse
- 12
- Schaltelement / Betätigungselement
- 13
- Anschlussöffnung
- 14
- Verbindungselement
- 15
- Signalgeber / RFID-Sender
- 16
- Signal
- 20
- Empfänger / RFID-Lesevorrichtung
