DE102013219289B4

DE102013219289B4 - Schutzschalter, Detektionseinheit, Diagnosegerät und Gateway gegen Störlichtbogen

Info

Publication number: DE102013219289B4
Application number: DE102013219289.4A
Authority: DE
Inventors: Alexander Hueber; Jean-Mary Martel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2020-12-03
Anticipated expiration: 2033-09-26
Also published as: DE102013219289A1

Abstract

Schutzschalter gegen Störlichtbögen (10) in elektrischen Stromkreisen, aufweisend ein Gehäuse (70), eine einen Mikrocontroller aufweisende Schutzschaltbaugruppe (12) zur Unterbrechung des elektrischen Stromkreises im Fehlerfall, ein als Statusanzeigevorrichtung (20) dienendes erstes lichtemittierenden Element (14), das mit der Schutzschaltbaugruppe zusammen wirkt,dadurch gekennzeichnet,dass ein erstes lichtempfindliches Element (30) vorgesehen ist, das mit der den Mikrocontroller aufweisenden Schutzschaltbaugruppe (12) zusammenwirkt, und die den Mikrocontroller aufweisende Schutzschaltbaugruppe (12) derart ausgestaltet ist,dass bei Empfang eines codierten optischen Signales der Mikrocontroller in einen Diagnose-Modus versetzt wird und über Statusinformationen hinausgehende erweiterte Informationen mittels des ersten lichtemittierenden Elementes (14) abgegeben werdendass die den Mikrocontroller aufweisende Schutzschaltbaugruppe (12) derart ausgestaltet ist,dass der Diagnose-Modus nach einer ersten Zeitdauer, in der kein codiertes optische Signal empfangen wird, beendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schutzschalter gegen Störlichtbögen, eine Detektionseinheit gegen Störlichtbögen, ein Diagnosegerät für Schutzschalter, eine Diagnosegerät für eine Detektionseinheit, ein Gateway für Schutzschalter und ein Gateway für eine Detektionseinheit.
Schutzschalter für elektrische Stromkreise sind allgemein bekannt. Beispiele hierfür sind Überstromschutzschalter, Überspannungsschutzschalter, Fehlerstromschutzschalter, etc. Neuerdings gibt es Schutzschalter gegen Störlichtbögen, auch als Brandschutzschalter, Arc Fault Detection Device, Arc Fault Circuit Interrupter, etc. bezeichnet. Diese versuchen an Hand einer Messung des Signalspektrums einer oder mehrerer Leitungen des elektrischen Stromkreises eventuell vorhandene Störlichtbögen zu detektieren und im Fehlerfall den elektrischen Stromkreis zu unterbrechen um den Störlichtbogen abzuschalten.
Störlichtbögen können durch eine schlechte Verdrahtung, defekte Isolation von Leitungen bzw. elektrischer Elemente, schlecht geklemmte bzw. sich lösende Verbindungen von Leitungen, etc. entstehen. Sie sind häufig Ursache von Bränden. Störlichtbögen werden in serielle und parallele Störlichtbögen unterteilt. Ein Problem bei der Erkennung von Störlichtbögen besteht darin, den unerwünschten Störlichtbogen, beispielsweise eines sich lösenden Drahtes in einer schlecht geklemmten Verteilerdose, von einem normalen Lichtbogen, bspw. der Kohlebürsten eines Elektromotors in bspw. einem Staubsauger, zu unterscheiden.
Heutige Schutzschalter werden zudem immer komplexer und überwachen nicht nur eine einen elektrischen Fehler verursachende physikalische Größe. D.h. in heutigen Schutzschaltern werden neben der primär zu überwachenden physikalischen Größe auch weitere physikalische Größen mit erfasst. Beispielsweise kann ein Fehlerstromschutzschalter, auch als Residual Current Device bezeichnet, nicht nur die Stromsumme überwachen, sondern auch Überströme überwachen bzw. den Strom und/oder die elektrische Spannung erfassen. Schutzschalter gegen Störlichtbögen können ebenfalls Größen wie Strom und Spannung mit erfassen und überwachen, falls gewünscht.
Die Funktionalität heutiger Schutzschaltgeräte wird immer umfangreicher, inklusive der Fähigkeit zum Durchführen von Selbsttests, der Erfassung von Überspannung, die Bereitstellung von Fehlerstrom-, Überlast- und Kurzschlussschutz. Heutige Schutzschalter weisen deshalb einen Mikrocontroller bzw. Mikroprozessor inklusive zugehöriger Peripherie auf, um diese vielfältigen Funktionalitäten zu realisieren.
Das Vorhandensein eines Mikrokontrollers in einem Schutzschalter stellt Rechenleistung zur Verfügung, mit denen auch komplexe Analysen im Schalter durchgeführt werden können. Dabei stehen im Schalter umfangreiche Daten aus der Überwachung der physikalischen Größen zur Verfügung.
Je mehr Funktionalitäten der Schutzschalter bzw. das Schutzschaltgerät hat, desto komplexer wird die Anzeige des Status am Gerät. Herkömmliche Schutzschalter weisen eine Statusanzeigevorrichtung auf. Diese wird üblicherweise durch eine optische Anzeige realisiert. Die optische Anzeige wird in der Regel durch ein lichtemittierendes Element gebildet, wie eine Licht-emittierende Diode, Lichtemitterdiode bzw. Leuchtdiode, kurz LED.
Dabei kann die LED am Gehäuse des Schutzschalters angeordnet sein, so dass sie von außen sichtbar ist. Alternativ kann die LED auch im Inneren des Schutzschalter, auf einer Schutzschalterbaugruppe bzw. Schutzschaltbaugruppe angeordnet sein, und das optische Signal, das den Zustand des Schutzschalters signalisiert, über einen Lichtwellenleiter zur Gehäuseaußenseite des Schutzschalters geführt sein, so dass es von außen sichtbar ist.
Die Statusanzeigevorrichtung zeigt dabei üblicherweise bei Auslösung im Fehlerfall den Fehlerzustand an. In Ausgestaltungen werden Hinweise auf die Fehlerursache durch blinkende bzw. verschiedenfarbige Anzeigen signalisiert.
In der US-amerikanischen Patentanmeldung US 2006/0087783 A1 sind eine Vorrichtung und ein System für die drahtlose Kommunikation mit einem Leistungsschalter vorgesehen, die es ermöglichen, Daten zu erhalten, die einem Leistungsschalter zugeordnet sind, um schnell und einfach auf Informationen zuzugreifen, die mit dem Auslöseereignis verbunden sind. Der Leistungsschalter enthält ein elektronisches Modul, das so konfiguriert ist, dass er mit dem Stromkreis verbundene Daten mithilfe der Funktechnologie aufzeichnet und überträgt.
Die britische Patentanmeldung GB 2 395 361 A offenbart eine Miniaturschaltvorrichtung, wie sie beispielsweise in Stromversorgungsinstallationsplatinen und Verbrauchereinheiten verwendet wird. Diese hat eine Auslösefunktion zum Trennen einer Installation von einer Stromversorgung in Abhängigkeit von einem elektrischen Zustand der Installation. Die Vorrichtung hat eine Vorderseite konfiguriert, um einem Verbraucher während des Gebrauchs zugänglich zu sein. Es sind Mittel vorgesehen, um während der Zufuhr von elektrischem Strom ein Signal zu erzeugen, das einen elektrischen Parameter der Anlage anzeigt. Mittel, wie beispielsweise eine LED, sind ferner vorgesehen, um eine Anzeige entsprechend dem Signal an der Vorderseite zur Anzeige für den Verbraucher anzuzeigen.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2010 041 262 A1 offenbart eine Vorrichtung, insbesondere einen Leistungsschalter für Niederspannungen, mit einer elektro-optischen Einrichtung (LED), welche einer Person Vorrichtungs-Informationen, insbesondere Status-Informationen, in Form eines sichtbaren Lichtsignals anzeigt. Um eine platzsparende Ausgabe von Informationen zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die elektrooptische Einrichtung (LED) zusätzlich ein für die Person nichtsichtbares Lichtsignal (I) abgibt, das weitere Vorrichtungs-Informationen umfasst.
In der deutschen Patentanmeldung DE 10 2011 082 258 A1 wird ein Schutzschaltgerät mit einer Statusanzeigevorrichtung beschrieben. Damit lässt sich eine Vielzahl von Zuständen anzeigen. Dies wird durch leuchtende, nichtleuchtende, blinkende bzw. sich farblich unterscheidende LED erzielt.
Alternativ kann die genannte Funktionalität zur Erfassung von Störlichtbögen auch in einer eigenständigen Detektionseinheit für Störlichtbögen realisiert sein, wobei die Detektionseinheit mit einen Schutzschalter zusammen wirkt. Zum Beispiel kann die Detektionseinheit an einen Schutzschalter anbaubar sein. Die Detektionseinheit kann beispielsweise in Reihe oder Parallel zum Schutzschalter geschaltet sein. Die Detektionseinheit kann mechanisch oder elektrisch mit dem Schutzschalter gekoppelt sein, um eine Auslösung des Schutzschalters zur Unterbrechung eines elektrischen Stromkreises zu erzielen. Wenn im Folgenden von einem Schutzschalter gegen Störlichtbögen gesprochen wird, ist alternativ auch eine Detektionseinheit gegen Störlichtbögen gemeint, die beispielsweise an einen Schutzschalter anbaubar ist bzw. mit diesem zusammen wirkt.
Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist es, die Anzeige weiterer Informationen eines Schutzschaltgerätes gegen Störlichtbögen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird in einem Aspekt durch einen Schutzschalter mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst, in einem anderen Aspekt durch ein Diagnosegerät mit den Merkmalen des Anspruch 10, in einem weiteren Aspekt durch ein Gateway mit den Merkmalen des Anspruchs 13, in einem nächsten Aspekt durch eine Detektionseinheit mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 15, in einem weiteren Aspekt durch ein Diagnosegerät mit den Merkmalen des Anspruchs 24 und in einem weiteren Aspekt durch ein Gateway mit den Merkmalen des Anspruchs 27.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Schutzschalter ein lichtempfindliches Element, wie eine Fotodiode, aufweist, die mit der einen Mikrocontroller aufweisenden Schutzschaltbaugruppe zusammenwirkt, und die den Mikrocontroller aufweisenden Schutzschaltbaugruppe derart ausgestaltet ist, dass bei Empfang eines codierten optischen Signals mittels des lichtempfindlichen Elements der Mikrocontroller in einen Diagnose-Modus versetzt wird und über die Statusinformationen hinausgehende erweiterte Informationen mittels des lichtemittierenden Elementes abgibt. Die den Mikrocontroller aufweisende Schutzschaltbaugruppe ist derart ausgestaltet, dass der Diagnose-Modus nach einer ersten Zeitdauer, in der kein codiertes optische Signal empfangen wird, beendet wird. Dies hat den Vorteil, dass der Diagnose-Modus automatisch beendet wird, sofern kein codiertes optisches Signal empfangen wird.
Diese erweiterten Informationen des Schutzschalters können beispielsweise sein:

- Momentanwerte von Strom, Spannung, Frequenz oder/und anderen wichtigen Größen oder Signalen, beispielsweise um aktuelle Messugnen durchzuführen
- Historie der Ereignisse im Schutzschalter gegen Störlichtbögen, wie Auslösungen, Fehlerarten, etc.
- Sonstige Diagnosedaten
- Firmware-Stand bzw. Firmware upgrade

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die den Mikrocontroller aufweisende Schutzschaltbaugruppe derart ausgestaltet ist, dass im Diagnose-Modus mittels codierter optischer Signale Anfragen an den Mikrocontroller über Informationen des Schutzschalters gestellt werden können, deren Antworten mittels codierter optischer Signale durch das lichtemittierende Element abgegeben werden.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass gezielt bestimmte, sonst nicht angezeigte Informationen abgerufen und angezeigt werden können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das lichtemittierende Element als Lichtemitterdiode bzw. LED ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine einfache und billige Realisierung der optischen Anzeige möglich ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das lichtempfindliche Element als Fotodiode ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine einfache und billige Realisierung der optischen Erfassung möglich ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das lichtemittierende Element auf der Schutzschaltbaugruppe angeordnet ist und mit einem zu einer Gehäuseaußenseite führenden Lichtwellenleiter verbunden ist, so dass die optischen Signale am bzw. außerhalb des Gehäuses sichtbar sind. Dies hat den Vorteil, dass die elektronischen Bauelemente für den Schutzschalter inklusive des lichtemittierenden Elementes auf einer Leiterplatte angeordnet werden können.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das lichtempfindliche Element auf der Schutzschaltbaugruppe angeordnet ist und von der Gehäuseaußenseite die empfangenen optischen Signale über den Lichtwellenleiter zu dem lichtempfindlichen Element geführt werden. Dies hat den Vorteil, dass nur ein Lichtwellenleiter sowohl für die ausgesendeten als auf für die empfangenen optischen Signale verwendet wird. Der Lichtwellenleiter endet auf der Schutzschaltbaugruppe und ist sowohl mit dem lichtemittierenden als auch dem lichtempfindlichen Element verbunden. Beide Elemente können weitere optische Baugruppen enthalten, wie beispielsweise optische Filter, um ein paralleles Senden und Empfangen optischer Signale zu ermöglichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Wellenlängen des ausgesendeten optischen Signals und des empfangenen optischen Signals unterschiedlich sind. Dies hat den Vorteil, dass ein paralleles Senden und Empfangen optischer Signale ermöglicht wird, Wellenlängenmultiplex.
Alternativ können beide Signale auch im Zeitmultiplex übertragen werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden mittels codierter optischer Signale neue Daten oder neue Software auf den Schutzschalter übertragen. Dies hat den Vorteil, dass sich so beispielsweise Firmwareupdates des Mikrocontrollers des Schutzschalters einfach realisieren lassen.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Diagnosegerät vorgesehen, das zum einen codierte optische Signale erzeugt und über ein zweites lichtemittierendes Element abgibt, um einen Schutzschalter in einen Diagnosezustand zu versetzen bzw. Anfragen zu senden, und zum zweiten dass es codierte optische Signale empfängt, diese auswertet und darin enthaltene Informationen über ein Display anzeigt. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die von einem Schutzschalter, der sich im Diagnosezustand befindet, abgegebenen codierten optischen Signale in einer einfach verständlichen Form angezeigt werden. Ferner können Abfragen einfach erzeugt und an den Schutzschalter abgegeben werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Diagnosegerätes weist dieses einen zweiten Lichtwellenleiter auf, der über eine Klemme an den Schutzschalter anklemmbar ist. Dies hat den Vorteil, dass eine einfache und solide Verbindung mit dem lichtemittierenden und lichtempfindlichen Element am Schutzschalter bzw. mit der Statusanzeigevorrichtung möglich ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Diagnosegerätes weist dieses eine dritte Kommunikationsverbindung zu einem Computer auf, über die Daten von und zum Computer übertragbar sind, so dass Daten vom Computer über das Diagnosegerät zum Schutzschalter und zurück übertragen werden können. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise Software für den Schutzschalter über das Diagnosegerät und die optischen Signale zum Schutzschalter übertragen werden können.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Gateway vorgesehen, das codierte optische Signale empfängt, umwandelt und diese über eine zweite Kommunikationsverbindung an ein Diagnosegerät weiterleitet, das diese auswertet und über ein Display anzeigt,
das vom Diagnosegerät ausgesendete Anfragen empfängt, umwandelt und als codierte optische Signale für einen Schutzschalter erzeugt und über ein drittes lichtemittierendes Element abgibt. Dies hat den Vorteil, dass ein Gateway vorhanden ist, das beispielsweise direkt an den Schutzschalter ansteckbar ist und mit diesem optisch mittels einer ersten optischen Kommunikationsverbindung mit dem Schutzschalter verbunden ist, und die Daten dann über eine zweite Kommunikationsverbindung zu einen Diagnosegerät bidirektional weiterleitet, so dass das Diagnosegerät handlicher gestaltet werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gateways ist die zweite Kommunikationsverbindung als drahtlose Kommunikationsverbindung ausgestaltet. Dies hat den Vorteil, dass eine einfache kabellose Handhabung möglich ist, was den Servicekomfort verbessert.
Die erfinderische Idee besteht darin, dass im Falle eines fehlerbedingten Auslösen des Schutzschalters weitere im Schutzschalter vorhandene Daten ausgelesen werden, um die Auslöseursache und damit die Fehlerursache genauer ermitteln zu können. Damit ist für den Elektriker eine schnellere und kostengünstigere Fehlersuche möglich.
Schutzschalter für Störlichtbögen verfügen über eine optische Anzeige am Gerät, z.B. mittels LED, die nach einer Auslösung im Fehlerfall des Schutzschalters bestimmte Fehlercodes anzeigt. Damit kann die Ursache der Auslösung bereits in verschiedene Fehlerbereiche, wie z.B. serieller Lichtbogen, paralleler Lichtbogen, Überspannung, etc., eingeteilt werden. Die optische Anzeige am Schutzschalter ist für den Elektriker sehr nützlich, die Fehlersuche kann jedoch in vielen Fällen noch einen enormen Zeitaufwand bedeuten. Mit Hilfe des tragbaren Diagnosegerätes kann der Elektriker weitere Daten aus dem Schutzschalter auslesen, die z.B. über das im Diagnosegerät integrierte LCD Display angezeigt werden. Somit ist eine zielorientiertere und schnellere Fehlersuche möglich.
Mit dem vorhandenen optischen Sender und einem erfindungsgemäßen optischen Empfänger, die im oder am Schutzschalter verbaut sind, kann eine drahtlose optische Kommunikationsverbindung zwischen Mikrocontroller des Schutzschalters und einem Diagnosegerät, dass möglicherweise weiter mit einem Computer verbunden ist, hergestellt werden. Das Diagnosegerät kann Funktionen in getrennte Komponennten auslagern, beispielsweise in ein Gateway, das die direkte optische Verbindung zum Mikrocontroller des Schutzschalters herstellt und wiederrumm seine Daten beispielsweise drathlos, z.B. per Funk, an das Diagnosegerät (ohne optische Schnittstelle) weitersendet bzw. empfängt.
Über codierte optische Signale können erweiterte Informationen zum Auslöseereignis bzw. zu physikalischen Parametern abgefragt werden und über das Diagnosegerät verständlich angezeigt werden.
Ferner können Daten zum Schutzschalter gesendet werden, zum einen für Abfragen, zum anderen aber auch für Software bzw. Firmware-update.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt:

1 eine Vorderansicht eines Schutzschalters gegen Störlichtbögen
2 eine Seitenansicht eines Schutzschalters gegen Störlichtbögen im halbgeöffneten Zustand
3 eine weitere Seitenansicht eines Schutzschalters gegen Störlichtbögen im halbgeöffneten Zustand mit erfindungsgemäßen Komponenten
4 eine Seitenansicht gemäß 3 mit weiteren erfindungsgemäßen Komponenten

1 zeigt die Vorderansicht eines Schutzschalters gegen Störlichtbögen 10, respektive Lichtbogenschutzschalter, mit einem Gehäuse 70. Der Schutzschalter hat die Aufgabe, beim Auftreten eines Lichtbogens in einem elektrischen Stromkreis den Stromfluss zu unterbrechen. Der Störlichtbogen kann dabei sowohl ein serieller als auch paralleler Störlichtbogen sein. Der Schutzschalter kann weitere Funktionalitäten haben, wie Erkennung von Überspannung, Überstrom oder Fehlerstrom.
Der Schutzschalter 10 weist, üblicherweise an seiner Vorderseite bzw. der Vorderseite des Gehäuses 70 - aber auch andere Stellen sind möglich, eine optische Statusanzeigevorrichtung 20 auf, die mit einem lichtemittierenden Element zusammenwirkt. Dabei kann das lichtemitierende Element direkt an bspw. der Vorderseite des Schutzschalters angebracht sein, so dass es von außen sichtbar ist, aber auch im Inneren des Gehäuses angeordnet sein und die optische Information mittels eines ersten Lichtwellenleiters zur Vorderseite des Schutzschalters geführt wird, so dass sie von außen sichtbar ist. Der Schutzschalter weist weitere Elemente auf, wie Anschlussklemmen, einen Schalthebel usw., die hier allerdings nicht näher erläutert werden, in der Figur aber mit abgebildet sind.
2 zeigt den Schutzschalter gemäß 1 in einer Seitenansicht, wobei der Schalter halb geöffnet bzw. aufgeschnitten ist. Der Schutzschalter 10 weist eine Schutzschaltbaugruppe 12 auf, beispielsweise eine Leiterplatte, mit einer Elektronik, die einen Mikroprozessor aufweist, auf den eine Software bzw. Firmware läuft, zur Erfassung bestimmter Situationen des elektrischen Stromkreises. Die Schutzschaltbaugruppe 12 weist ein erstes lichtemittierendes Element 14 auf, beispielsweise eine Licht-emittierende Diode / LED. Das erste lichtemittierende Element 14 ist mit einem ersten Lichtwellenleiter 16, kurz LWL, derart verbunden, dass Licht vom ersten lichtemittierenden Element 14 in den ersten Lichtwellenleiter 16 eingekoppelt und im Lichtwellenleiter übertragen wird. Der erste Lichtwellenleiter 16 endet an der Vorderseite des Schutzschalters 10. Das im ersten LWL 16 transportierte Licht dient zur Anzeige von Statusinformationen des Schutzschalters.
Alternativ kann sich das lichtemittierende Element auch direkt an der Vorderseite des Gehäuses 70 des Schutzschalters 10 befinden und über elektrische Leitungen mit der Schutzschaltbaugruppe verbunden sein.
Andere Lösungen sind ebenso denkbar.
3 zeigt einen Schutzschalter gemäß 2, mit dem Unterschied, dass dieser weitere erfindungsgemäße Komponenten aufweist. Auf der Schutzschaltbaugruppe ist neben dem ersten lichtemittierenden Element 14 ein erstes lichtempfindliches Element 30 angeordnet, beispielsweise eine Fotodiode, Fototransistor, Fotowiderstand, o.ä. Das erste lichtemittierende Element 14 ist in der Lage Licht in den ersten Lichtwellenleiter 16 einzukoppeln. Das erste lichtempfindliche Element 30 ist in der Lage Licht aus dem ersten Lichtwellenleiter 16 zu empfangen. Damit kann ein erster Lichtwellenleiter 16 als bidirektionale Verbindung zur, üblicherweise, Vorderseite des Schutzschalters verwendet werden, sowohl um Statusinformationen nach außen hin anzuzeigen, als auch um optische Informationen von außen zu empfangen und an das erste lichtempfindliche Element 30 weiterzuleiten.
Alternativ können das lichtempfindliche und/oder das lichtemittierende Element 14, 30 auch bspw. an der Vorderseite des Gehäuses angebracht bzw. in der Vorderseite integriert sein und über elektrischen Leitungen mit der Schutzschaltbaugruppe verbunden sein.
Das erste lichtemittierende Element 14 und/oder das erste lichtempfindliche Element 30 können weitere optische Komponenten aufweisen, wie beispielsweise optische Filter.
Um eine Aus- und Einkopplung von Licht in den ersten LWL 16 von beiden Elementen 14, 30 zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß der Lichtwellenleiter an einem Ende verbreitert, was durch einen Fuß 18 des ersten Lichtwellenleiters 16 in 2 bzw. 3 angedeutet wird. Alternativ kann sich der erste Lichtwellenleiter 16 auch Y-förmig aufteilen, um die gleiche Funktion zu erfüllen. Vorteilhaft ist, wenn nur ein Lichtwellenleiter an der Gehäuseaußenseite sichtbar ist, wobei dennoch eine bidirektionale Verbindung realisiert wird.
Dies hat den Vorteil, dass trotz zweier Elemente 14, 30 an der Vorderseite des Gehäuses nur Platz für das Ende eines einzigen Lichtwellenleiters als Statusanzeige bzw. Empfang von optischen Signalen bereitgestellt werden muss. Damit steht der übrige Platz für andere Einrichtungen, wie z.B. Aufkleber, Aufdrucke bzw. Strichcodes zur Verfügung.
Die lichtemittierenden und lichtempfindlichen Elemente 14, 30 wirken mit adäquaten zweiten lichtempfindlichen 40 bzw. lichtemittierenden Elementen 32 zusammen, die in einem Diagnosegerät 60 angeordnet sind. Das Diagnosegerät 60 weist ferner eine Anzeige 62 auf, wie beispielsweise ein Display, LCD Display etc.
Das Diagnosegerät sendet und empfängt codierte optische Signale, wandelt empfangene optische Signale um und zeigt die darin enthaltenen Informationen auf seiner Anzeige an. Ferner weist nicht dargestellte Eingabemittel auf, um vorgespeicherte Abfragen auszuwählen und in Form von codierten optischen Signalen über das zweite lichtemittierende Element an den Schutzschalter zu senden. Ferner können über die Eingabemittel auch eigene Anfragen vom Bediener eingegeben werden, die in analoger Weise zum Schutzschalter gesendet werden.
Das Diagnosegerät weist ferner eine Schnittstelle für einen Computer, wie Personal Computer, Laptop, etc., auf. Dies kann beispielsweise eine USB Verbindung, RS 232 Verbindung, Parallele bzw. Serielle Verbindung etc. sein. Hierüber kann eine dritte Kommunikationsverbindung aufgebaut werden, über die Daten bidirektional übertragen werden bzw. Software ausgetauscht wird. Damit können die im Diagnosegerät angezeigten Informationen auch auf einem Computer angezeigt bzw. ausgewertet werden. Ferner können auch Anfragen vom Computer aus über das Diagnosegerät an den Schutzschalter gestellt werden.
Das Diagnosegerät kann ferner eine weitere optische Schnittstelle für einen zweiten Lichtwellenleiter aufweisen. An den zweiten Lichtwellenleiter kann eine Klemme vorgesehen sein, die an den Schutzschalter, insbesondere über der Statusanzeigevorrichtung anklemmbar ist. Damit ist ein entfernter Betrieb des Diagnosegerätes vom Schutzschalter möglich, was eine einfachere Handhabung ermöglicht. Der zweite LWL ist über die optische Schnittstelle des Diagnosegerätes mit den zweiten Elementen 40, 32 des Diagnosegerätes verbunden. Alternativ können die zweiten Elemente 40, 32 auch an der Klemme angeordnet sein und der zweite LWL wird durch eine elektrische Leitung ersetzt, die über eine weitere elektrische Schnittstelle, an Stelle bzw. alternativ zur optischen Schnittstelle, mit dem Diagnosegerät verbunden ist.
Die zweiten Elemente 40, 32 können ebenso weitere optische Komponenten, wie optische Filter aufweisen.
Um eine bidirektionale Kommunikation über den ersten und/oder den zweiten LWL zu erleichtern, können die optischen Signale auf unterschiedlichen Wellenlängen übertragen werden, die gegebenenfalls über optische Filter getrennt werden, wie im Wellenlängen- bzw. Frequenzmultiplex. Alternativ kann auch ein Zeitschema verwendet werden, wie beim Zeitmultiplex. Alternativ können auch andere Multiplexverfahren, wie Codedivisionmultiplex, etc. verwendet werden.
4 zeigt eine Anordnung gemäß 3, mit dem Unterschied, dass das Diagnosegerät 60 über ein Gateway 50 mit dem Schutzschalter 10 kommuniziert.
Das Gateway 50 ist wie bisher zu 3 beschrieben mit dem Schutzschalter in Verbindung. Die zweiten Elemente 40, 32 sind hierbei im Gateway angeordnet. Das Gateway 50 ist mit dem Diagnosegerät 60 über eine zweite Kommunikationsverbindung 64, wie eine drahtlos bzw. Funkverbindung in Kontakt.
Mittels der Statusanzeige werden verschiedene Geräte-Zustände des Schutzschalters angezeigt. Typischerweise leitet ein Lichtwellenleiter das Licht von der Schutzschalterbaugruppe (mittels LED) direkt an die Vorder- bzw. Front-Seite des Schutzschaltergehäuses.
Mit einem lichtempfindlichen Element bzw. optischen Empfänger auf der Schutzschalterbaugruppe kann der Lichtwellenleiter als bidirektionale Kommunikations-Schnittstelle genutzt werden.
Die Kopplung des Schutzschalters mit dem Diagnosegerät bzw. Gateway kann beispielsweise wie folgt realisiert werden:

1. Das Diagnosegerät bzw. Gateway wird auf dem Schutzschalter so aufgebracht, dass dessen optische Sende- und Empfangseinheit direkt über dem Lichtleiter platziert ist.
2. Das Diagnosegerät bzw. Gateway sendet über seinen optischen Sender 32 ein codiertes optisches Signal an den Empfänger 30. Das empfangene codierte optische Signal wird ausgewertet und im Falle einer Übereinstimmung mit einem gespeicherten Referenzwert, wird der Mikroprozessor in einen Diagnose-Modus versetzt.
3. Der Mikrocontroller gibt mittels des optischen Senders 14 über die Statusinformationen hinausgehende, erweiterte Informationen ab, die von dem Diagnosegerät / Gateway empfangen, ausgewertet und über ein Display im Diagnosegerät dargestellt werden.
4. Ferner können weitere Abfragen vom Diagnosegerät (direkt bzw. über das Gateway) mittels codierter optischen Signale gestellt werden, deren Antworten vom Mikroprozessor über codierte optische Signale an das Diagnosegerät (direkt bzw. über das externe Gateway) gegeben werden und in analoger Weise angezeigt werden. Es kann eine bidirektionale Kommunikation erfolgen.

Das Diagnosegerät und der Schutzschalter kann nicht nur zum Auslesen von Daten des Schutzschalters verwendet werden, sondern beide können unabhängig voneinander derart ausgestaltet sein, dass eine Software bzw. Firmware vom Diagnosegerät in den Schutzschalter geladen wird, um die Software bzw. Firmware des Schutzschalters zu aktualisieren.
Alternativ kann das Gateway ebenfalls mit einer Anzeige, wie einem Display ausgestattet sein, um bei bestimmten Anwendungsfällen Informationen anzuzeigen.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine Fehlersuche mit dem erfindungsgemäßen Diagnosegerät vereinfacht wird, da weitere intern im Schutzschalter vorhandene Informationen zum Abschalten des Schutzschalters ausgelesen bzw. abgefragt werden können, die im Schutzschalter gespeichert sind. Für die Fehlersuche damit häufig kein zusätzlicher Eingriff in die Verdrahtung des elektrischen Stromkreises erforderlich, der in praktisch realisierten Stromnetzen sehr aufwendig sein kann.
Wenn im vorherstehenden von einem Schutzschalter gesprochen wurde, ist, wie bereits erwähnt, alternativ auch eine Detektionseinheit für Störlichtbögen gemeint. Diese wirkt in analoger Weise mit einem Diagnosegerät bzw. Gateway zusammen.
Bezugszeichenliste

10: Schutzschalter gegen Störlichtbögen
12: Schutzschaltbaugruppe
14: erstes lichtemittierendes Element
16: erster Lichtwellenleiter
18: Fuß des ersten Lichtwellenleiters
20: Statusanzeigevorrichtung
30: erstes lichtempfindliches Element
32: zweites lichtemittierendes Element
40: zweites lichtempfindliches Element
50: Gateway
60: Diagnosegerät
62: Anzeige
64: zweite Kommunikationsverbindung
70: Gehäuse

Claims

Schutzschalter gegen Störlichtbögen (10) in elektrischen Stromkreisen, aufweisend ein Gehäuse (70), eine einen Mikrocontroller aufweisende Schutzschaltbaugruppe (12) zur Unterbrechung des elektrischen Stromkreises im Fehlerfall, ein als Statusanzeigevorrichtung (20) dienendes erstes lichtemittierenden Element (14), das mit der Schutzschaltbaugruppe zusammen wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes lichtempfindliches Element (30) vorgesehen ist, das mit der den Mikrocontroller aufweisenden Schutzschaltbaugruppe (12) zusammenwirkt, und die den Mikrocontroller aufweisende Schutzschaltbaugruppe (12) derart ausgestaltet ist, dass bei Empfang eines codierten optischen Signales der Mikrocontroller in einen Diagnose-Modus versetzt wird und über Statusinformationen hinausgehende erweiterte Informationen mittels des ersten lichtemittierenden Elementes (14) abgegeben werden dass die den Mikrocontroller aufweisende Schutzschaltbaugruppe (12) derart ausgestaltet ist, dass der Diagnose-Modus nach einer ersten Zeitdauer, in der kein codiertes optische Signal empfangen wird, beendet wird.
Schutzschalter (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den Mikrocontroller aufweisende Schutzschaltbaugruppe (12) derart ausgestaltet ist, dass im Diagnose-Modus mittels codierter optischer Signale Anfragen an den Mikrocontroller über Informationen des Schutzschalters (10) gestellt werden können, deren Antworten mittels codierter optischer Signale durch das erste lichtemittierende Element (14) abgegeben werden.
Schutzschalter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste lichtemittierende Element (14) eine Lichtemitterdiode ist.
Schutzschalter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste lichtempfindliche Element (30) eine Fotodiode ist.
Schutzschalter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste lichtemittierende Element (14) auf der Schutzschaltbaugruppe (12) angeordnet ist und mit einem zu einer Gehäuseaußenseite führenden ersten Lichtwellenleiter (16) verbunden ist, so dass die optischen Signale am bzw. außerhalb des Gehäuses (70) sichtbar sind.
Schutzschalter (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste lichtempfindliche Element (30) auf der Schutzschaltbaugruppe (12) angeordnet ist und von der Gehäuseaußenseite die empfangenen optischen Signale über den ersten Lichtwellenleiter (16) zu dem ersten lichtempfindlichen Element (30) geführt werden.
Schutzschalter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlängen des ausgesendeten optischen Signals und des empfangenen optischen Signals unterschiedlich sind.
Schutzschalter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels codierter optischer Signale Software bzw. Firmware auf den Schutzschalter (10) übertragbar ist.
Diagnosegerät (60) für einen Schutzschalter (10) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es derart ausgestaltet ist, dass es codierte optische Signale erzeugt und über ein zweites lichtemittierendes Element (32) abgibt, um einen Schutzschalter (10) in einen Diagnosezustand zu versetzen bzw. Anfragen zu senden, dass es codierte optische Signale mittels eines zweiten lichtempfindlichen Elementes (40) empfängt, diese auswertet und darin enthaltene Informationen über eine Anzeige (62) anzeigt.
Diagnosegerät (60) für einen Schutzschalter (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es einen zweiten Lichtwellenleiter aufweist, der über eine Klemme auf den Schutzschalter (10) anklemmbar ist.
Diagnosegerät (60) für einen Schutzschalter (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnosegerät (60) eine Kommunikationsverbindung zu einem Computer aufweist, über die Daten von und zum Computer übertragbar sind, so dass Daten vom Computer über das Diagnosegerät (60) zum Schutzschalter (10) und zurück übertragen werden können.
Gateway (50) für einen Schutzschalter (10) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gateway (50) derart ausgestaltet ist, dass es codierte optische Signale empfängt, umwandelt und diese über eine zweite Kommunikationsverbindung (64) an ein Diagnosegerät (60) weiterleitet, das diese auswertet und über ein Display (62) anzeigt, dass vom Diagnosegerät (60) über die zweite Kommunikationsverbindung (64) übermittelte Anfragen empfangen, umgewandelt und als codierte optische Signale für einen Schutzschalter (10) erzeugt werden, die über ein lichtemittierendes Element (32) abgegeben werden.
Gateway (50) für einen Schutzschalter (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kommunikationsverbindung (64) als drahtlose Kommunikationsverbindung ausgestaltet ist.
Detektionseinheit für Störlichtbögen, anbaubar an einen Schutzschalter für elektrische Stromkreise, aufweisend ein Gehäuse, eine einen Mikrocontroller aufweisende Detektionseinheit zur Ermittlung von Störlichtbögen, ein als Statusanzeigevorrichtung dienendes erstes lichtemittierenden Element (14), das mit der Detektionseinheit zusammen wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes lichtempfindliches Element (30) vorgesehen ist, das mit der den Mikrocontroller aufweisenden Detektionseinheit zusammenwirkt, und die den Mikrocontroller aufweisende Detektionseinheit derart ausgestaltet ist, dass bei Empfang eines codierten optischen Signales der Mikrocontroller in einen Diagnose-Modus versetzt wird und über Statusinformationen hinausgehende erweiterte Informationen mittels des ersten lichtemittierenden Elementes (14) abgegeben werden, dass die den Mikrocontroller aufweisende Detektionseinheit derart ausgestaltet ist, dass der Diagnose-Modus nach einer ersten Zeitdauer, in der kein codiertes optische Signal empfangen wird, beendet wird.
Detektionseinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die den Mikrocontroller aufweisende Detektionseinheit derart ausgestaltet ist, dass im Diagnose-Modus mittels codierter optischer Signale Anfragen an den Mikrocontroller über Informationen der Detektionseinheit gestellt werden können, deren Antworten mittels codierter optischer Signale durch das erste lichtemittierende Element (14) abgegeben werden.
Detektionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14-15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste lichtemittierende Element (14) eine Lichtemitterdiode ist.
Detektionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14-16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste lichtempfindliche Element (30) eine Fotodiode ist.
Detektionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14-17, dadurch gekennzeichnet, dass das erste lichtemittierende Element (14) auf der Detektionseinheit angeordnet ist und mit einem zu einer Gehäuseaußenseite führenden ersten Lichtwellenleiter (16) verbunden ist, so dass die optischen Signale am bzw. außerhalb des Gehäuses sichtbar sind.
Detektionseinheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erste lichtempfindliche Element (30) auf der Detektionseinheit angeordnet ist und von der Gehäuseaußenseite die empfangenen optischen Signale über den ersten Lichtwellenleiter (16) zu dem ersten lichtempfindlichen Element (30) geführt werden.
Detektionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14-19, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlängen des ausgesendeten optischen Signals und des empfangenen optischen Signals unterschiedlich sind.
Detektionseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14-20, dadurch gekennzeichnet, dass mittels codierter optischer Signale Software bzw. Firmware auf die Detektionseinheit übertragbar ist.
Diagnosegerät (60) für eine Detektionseinheit gemäß einem der Patentansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass es derart ausgestaltet ist, dass es codierte optische Signale erzeugt und über ein zweites lichtemittierendes Element (32) abgibt, um eine Detektionseinheit in einen Diagnosezustand zu versetzen bzw. Anfragen zu senden, dass es codierte optische Signale mittels eines zweiten lichtempfindlichen Elementes (40) empfängt, diese auswertet und darin enthaltene Informationen über eine Anzeige (62) anzeigt.
Diagnosegerät (60) für eine Detektionseinheit nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass es einen zweiten Lichtwellenleiter aufweist, der über eine Klemme auf die Detektionseinheit anklemmbar ist.
Diagnosegerät (60) für einen Detektionseinheit nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnosegerät eine Kommunikationsverbindung zu einem Computer aufweist, über die Daten von und zum Computer übertragbar sind, so dass Daten vom Computer über das Diagnosegerät (60) zur Detektionseinheit und zurück übertragen werden können.
Gateway (50) für eine Detektionseinheit gemäß einem der Patentansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Gateway (50) derart ausgestaltet ist, dass es codierte optische Signale empfängt, umwandelt und diese über eine zweite Kommunikationsverbindung (64) an ein Diagnosegerät (60) weiterleitet, das diese auswertet und über ein Display (62) anzeigt, dass vom Diagnosegerät (60) über die zweite Kommunikationsverbindung (64) übermittelte Anfragen empfangen, umgewandelt und als codierte optische Signale für eine Detektionseinheit erzeugt werden, die über ein lichtemittierendes Element (32) abgegeben werden.
Gateway (50) für eine Detektionseinheit nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kommunikationsverbindung (64) als drahtlose Kommunikationsverbindung ausgestaltet ist.