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Die Erfindung betrifft eine elektronische Auslöseeinheit für einen Niederspannungs-Leistungsschalter für einen Dreiphasen-Wechselstromkreis nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Modul für eine elektronische Auslöseeinheit für einen Niederspannungs-Leistungsschalter.
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Leistungsschalter sind Schutzgeräte, die ähnlich wie eine Sicherung funktionieren. Leistungsschalter überwachen den durch sie mittels eines Leiters hindurchfließenden Strom und unterbrechen den elektrischen Strom bzw. Energiefluss zu einer Energiesenke bzw. einem Verbraucher, was als Auslösung bezeichnet wird, wenn Schutzparameter, wie Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitspannengrenzwerte, d.h. wenn ein Stromwert für eine gewisse Zeitspanne vorliegt, überschritten werden. Die eingestellten Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitspannengrenzwerte sind entsprechende Auslösegründe. Die Unterbrechung erfolgt beispielsweise durch mechanische Schaltkontakte des Leistungsschalters, die geöffnet werden.
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Insbesondere für Niederspannungsstromkreise bzw. -netze gibt es abhängig von der Höhe des vorgesehenen elektrischen Stromes im elektrischen Stromkreis verschiedene Typen von Leistungsschaltern. Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Schalter gemeint, wie sie in Niederspannungsanlagen für Ströme von 63 bis 6300 Ampere eingesetzt werden. Spezieller werden geschlossene Leistungsschalter für Ströme von 63 bis 1600 Ampere, insbesondere von 125 bis 630 oder 1200 Ampere eingesetzt. Offene Leistungsschalter werden insbesondere für Ströme von 630 bis 6300 Ampere, spezieller von 1200 bis 6300 Ampere verwendet.
Offene Leistungsschalter werden auch als Air Circuit Breaker, kurz ACB, und geschlossene Leistungsschalter als Moulded Case Circuit Breaker oder Kompaktleistungsschalter, kurz MCCB, bezeichnet.
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Mit Niederspannung sind insbesondere Spannungen bis 1000 Volt Wechselspannung oder 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Mit Niederspannung sind spezieller insbesondere Spannungen gemeint, die größer als die Kleinspannung, mit Werten von 25 Volt oder 50 Volt Wechselspannung sowie 60 Volt oder 120 Volt Gleichspannung sind.
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Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind Leistungsschalter mit einer elektronischen Auslöseeinheit, auch als Electronic Trip Unit, kurz ETU, bezeichnet, gemeint.
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Die elektronische Auslöseeinheit ist die Steuereinheit des Leistungsschalters. Sie weist eine Steuerung, beispielsweise durch einen Mikroprozessor, auf. Der elektronischen Auslöseeinheit werden ermittelte bzw. gemessene Stromwerte des elektrischen Stromkreises zugeführt. Diese werden mit den eingestellten Schutzparametern bzw. Ansprechwerten, Stromgrenzwert - Höhe des Stromes, Strom-Zeit-Grenzwert - hoher Strom liegt für eine bestimmte Zeitspanne vor, verglichen und bei deren Überschreitung wird einen Auslösesignal abgegeben, zur Unterbrechung des elektrischen Stromkreises. Im Unterschied zu einer Sicherung sind diese Schutzparameter bzw. Ansprechwerte bei einem Leistungsschalter einstellbar, beispielsweise mittels der elektronischen Auslöseeinheit. Diese ist üblicherweise über die Front des Leistungsschalters zugänglich angebracht. Die Schutzparameter sind hierüber einstellbar bzw. parametrierbar.
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Die elektronische Auslöseeinheit weist hierzu verschiedene Funktionen auf, wie Kurzschlussschutz, Überstromschutz, kurzzeitverzögerte Unterbrechung (bei hohen Strömen), langzeitverzögerte Unterbrechung (bei mittleren Strömen), Fehlerstromschutz, Schutz gegen Erdfehler etc.
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Häufig werden nachrüstbare Funktionen bzw. freizuschaltende Funktionen bzw. Optionen für elektronische Auslöseeinheiten gefordert. Die Freischaltung kann dabei über verschiedene Wege erfolgen.
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In Schutzgeräten, wie Leistungsschaltern, besteht jedoch teilweise die Notwendigkeit, dass die vorhandenen Optionen jederzeit, also auch im ausgeschalteten Zustand, erkennbar sind.
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Oft werden Methoden zur Freischaltung mittels softwarebasierten Freischaltcodes verwendet. Die Freischaltung wird über ein Display angezeigt. Diese haben jedoch den Nachteil, dass sie bei ausgeschaltetem bzw. ausgelöstem Leistungsschalter nicht sichtbar sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Leistungsschalter bzw. eine elektronische Auslöseeinheit für einen Leistungsschalter der eingangs genannten Art zu verbessern, insbesondere die Anzeige und Freischaltung von Funktionen zu verbessern, wobei möglichst das äußere Erscheinungsbild des Leistungsschalters bzw. der elektronischen Auslöseeinheit unverändert bleiben soll und die freigeschaltete Funktion auch bei stromlosen Leistungsschalter sichtbar sein soll.
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Diese Aufgabe wird durch einen Leistungsschalter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Modul gemäß Patentanspruch 15 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist eine elektronische Auslöseeinheit für einen Niederspannungs-Leistungsschalter für einen elektrischen Dreiphasen-Wechselstromkreis vorgesehen:
- - mit einem Gehäuse mit einer Frontfläche, Rückfläche, linken, rechten, oberen und unteren Seitenfläche,
- - mit einer Steuerung, die derart ausgestaltet ist, dass zugeführte Strommesswerte des Dreiphasenwechselstromkreises mit Strom- oder/und Strom-Zeitspannen-Grenzwerten verglichen werden und bei Überschreitung ein Auslösesignal zur Unterbrechung des Dreiphasen-Wechselstromkreises abgegeben wird, die elektronische Auslöseeinheit weist eine Aufnahme für ein Modul auf, die derart ausgestaltet ist, dass:
- - eine kraftschlüssige Verbindung zwischen elektronischer Auslöseeinheit und Modul vorgesehen ist,
- - die Aufnahme des Moduls durch die linke, rechte, obere oder untere Seitenfläche erfolgt, d.h. die Frontfläche unversehrt bleibt,
- - die Frontfläche ein Sichtfenster aufweist, derart dass mindestens ein Teil eines aufgenommenen Moduls sichtbar ist, d.h. ein Teil des aufgenommenen Moduls ist immer sichtbar, insbesondere muss nicht das komplette Modul sichtbar sein, ein Ausschnitt des Moduls reicht,
dass bei aufgenommenem Modul mindestens eine Funktion der elektronischen Auslöseeinheit aktiviert ist.
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Dies hat den Vorteil, dass:
- - die Frontfläche sowohl ohne als auch mit Modul im Wesentlichen unverändert ist,
- - ein aufgenommenes/gestecktes Modul durch das Sichtfenster an der Frontfläche auch im stromlosen Zustand des Leistungsschalters/der elektronischen Auslöseeinheit sichtbar ist, d.h. es ist auch im stromlosen Zustand erkennbar, ob eine Funktion/Option aktiviert wurde,
- - durch eine Beschriftung des Moduls oder/und der Frontfläche, beispielsweise durch alphanumerische Zeichen, eine Information bei aufgenommenen/gestecktem Modul über die freigegebene Funktion erfolgt. Bei nicht aufgenommenem Modul fehlt die Beschriftung, d.h. eine Funktion/Option wurde nicht aktiviert.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Aufnahme durch einen Teil bzw. eine Öffnung der linken, rechten, oberen oder unteren Seitenfläche gekennzeichnet.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Modul durch eine seitliche Öffnung der elektronischen Auslöseeinheit eingeschoben werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung schützt die Frontfläche das Modul vollständig vor Zugriff. Das Sichtfenster weist ein transparentes Material auf, beispielsweise einen transparenten Kunststoff.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine vollständige frontseitige mechanische Abschirmung des Moduls gegeben ist und zudem die Optik grundsätzlich unverändert ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Modul arretiert und kann nur im spannungslosen Zustand aufgenommen oder entfernt werden.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Austausch des Moduls nur im spannungslosen Zustand ermöglicht wird und so eine erhöhte Betriebssicherheit gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Sichtfenster eine runde oder viereckige, insbesondere rechteckige oder quadratische, Form auf.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein ansprechendes Design gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Kontaktschalter vorgesehen, der bei aufgenommenem Modul geschlossen ist, so dass eine Funktion der elektronischen Auslöseeinheit aktiviert ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache Möglichkeit der Freischaltung von Funktionen gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine elektrische Verbindung zwischen elektronischer Auslöseeinheit und Modul vorgesehen.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine weitere einfache Möglichkeit zur Aktivierung von Funktionen durch eine elektrische Schnittstelle gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die elektrische Verbindung mindestens zwei Kontakte auf.
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Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache Möglichkeit der Aktivierung von Funktionen über eine elektrische Schnittstelle gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei einem Kurzschluss zweier Kontakte durch ein Modul eine Funktion der elektronischen Auslöseeinheit aktiviert.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache Möglichkeit der Aktivierung von Funktionen über eine elektrische Schnittstelle erfolgt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bilden die mindestens zwei Kontakte, insbesondere 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9 Kontakte, eine serielle oder parallele Schnittstelle, über die Daten aus einem Modul ermittelbar sind.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine komplexere Möglichkeit der Aktivierung von Funktionen ermöglicht wird, insbesondere dass Funktionen nicht ohne weitere Kenntnisse aktiviert werden können.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist über die Schnittstelle eine verschlüsselte Kommunikation mit einem Modul übermittelbar.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Schutz vor unberechtigter Freischaltung von Funktionen gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb des Gehäuses zumindest teilweise parallel zur Frontfläche eine zumindest teilweise durch das Sichtfenster sichtbare Platte vorgesehen.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass bei nicht aufgenommenem Modul ein einheitsinterner Abschluss gegeben ist, der einen Blick in das einheitsinnere verhindert. Ferner ist einfach erkennbar, ob ein Modul gesteckt ist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Modul eine andere Farbgebung als die Platte aufweist oder dass bei gleicher oder ähnlicher Farbgebung von Modul und Platte Beschriftungen, beispielsweise durch alphanummerische Zeichen oder Symbole, beispielsweise auf Modul oder/und Platte, eine Erkennbarkeit eines nicht aufgenommenen / aufgenommenen Moduls ermöglicht wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Platte eine Leiterplatte.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass sowohl ein einheitsinterner Abschluss als auch ein Träger für Bauelemente der elektronischen Auslöseeinheit gegeben ist, so dass eine separate Platte eingespart wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Rückseite der Frontfläche oder/und die Platte einen Steckverbinder für die Aufnahme des Moduls auf.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine einfache Möglichkeit zur Befestigung des Moduls, insbesondere auch zur elektrischen Verbindung gegeben ist.
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Weiterhin wird ein korrespondierendes Modul für eine elektronische Auslöseeinheit für einen Niederspannungs-Leistungsschalter beansprucht.
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Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 bzw. 15, als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung eines Leistungsschalters.
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Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.
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Dabei zeigt die Zeichnung:
- 1 eine erste schematische Frontflächendarstellung zur Erläuterung der Erfindung,
- 2 eine zweite schematische Frontflächendarstellung zur Erläuterung der Erfindung,
- 3 eine erste Darstellung von oben zur Erläuterung der Erfindung,
- 4 eine zweite Darstellung von oben zur Erläuterung der Erfindung.
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1 zeigt eine schematische Frontflächendarstellung einer elektronischen Auslöseeinheit ETU, aufweisend die Frontfläche 100. Auf der Frontfläche 100 sind Beschriftungen 110, beispielsweise durch Symbole oder/und in alphanumerischer Form, im Beispiel die Buchstaben „LISN“, zu fest eingebauten bzw. fest freigeschalteten Funktionen der elektronischen Auslöseeinheit ETU. Im Beispiel gemäß 1 ist einen Modul 120 durch die elektronische Auslöseeinheit ETU aufgenommen. Dieses weist eine Beschriftung, beispielsweise wieder durch Symbole oder/und in alphanumerischer Form, im Beispiel den Buchstaben „G“, zu durch das Modul freigeschaltete Funktionen der elektronischen Auslöseeinheit ETU auf.
Mindestens ein Teil des Moduls 120 ist durch ein Sichtfenster 130 sichtbar. Insbesondere der beschriftete Teil des Moduls 120.
Das Sichtfenster 130 kann dabei eine Öffnung in der Frontfläche 100 sein, beispielsweise eine runde oder viereckige Öffnung, z.B. in rechteckiger oder quadratischer Form, wie in 1 gezeigt. Die Öffnung/das Sichtfenster kann aber auch ein transparentes Material aufweisen, wie einen transparenten Kunststoff, so dass die Frontfläche geschlossen ist.
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2 zeigt eine Darstellung gemäß 1, mit dem Unterschied, dass das Modul 120 nicht in der elektronischen Auslöseeinheit ETU aufgenommen ist / nicht gesteckt ist.
Das Sichtfenster 130 zeigt hierbei einen freien Steckplatz, insbesondere keine Beschriftung im Sichtfenster, so dass erkennbar ist, dass keine weiteren Funktionen freigeschaltet sind.
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3 zeigt eine schematische Darstellung gemäß 2 von oben, d.h. ohne aufgenommenes Modul 120. Parallel zur Frontfläche 100 mit dem Sichtfenster 130 ist eine Platte 200, die als Leiterplatte ausgestaltet sein kann. Eine Leiterplatte weist üblicherweise elektrische Leiterbahnen und Bauelemente, wie Widerstände, Kondensatoren, Spulen, Dioden, Transistoren oder/und Schaltkreise etc. auf. Im Bereich des Sichtfensters sind insbesondere keine Bauelemente angeordnet.
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Die Platte bzw. Leiterplatte kann ein Element 210 aufweisen. Das Element 210 kann in einer Variante ein Kontaktschalter sein. Dabei weist das Element 210 ein Elementteil 220 auf, wobei das Elementteil 220 ein Schalthebel des Kontaktschalters ist.
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In einer anderen Variante kann das Element 210 ein Steckverbinder sein, wobei die Elementteile Kontakte, z.B. Pins, des Steckverbinders sind.
Das Modul 120 weist dann entsprechende, nicht dargestellte, Gegenkontakte auf.
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Die Frontfläche 100 kann weiterhin ein paralleles, zumindest mit einer rückseitigen Teilfläche der Frontfläche 100 verbundenes Gehäuseteil 300 aufweisen, das z.B. zur Verstärkung der Frontfläche 100 dient oder/und als Anschlag für das Modul 120.
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4 zeigt eine Darstellung gemäß 3, mit dem Unterschied, dass das Modul 120 durch die elektronische Auslöseeinheit ETU aufgenommen wurde, analog zu 1.
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Falls das Element 210 als Kontaktschalter mit Schalthebel ausgeführt ist, wird durch das Modul 120, insbesondere durch das Gehäuse des Moduls 120, der Schalthebel betätigt, z.B. in das Gehäuse des Kontaktschalters eingeschoben bzw. gedrückt, wodurch eine Funktion der elektronischen Auslöseeinheit aktiviert wird. Durch mehrere parallele Kontaktschalter können verschiedene Funktionen aktiviert werden. Das Modul enthält dabei Öffnungen für die nicht zu betätigenden Schalthebel.
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Falls das Element 210 ein Steckverbinder mit Kontakten ist, weist das Modul 120 dann entsprechende, nicht dargestellte, Gegenkontakte auf. D.h. das Modul 120 nimmt z.B. die Kontakte auf. Es kann auch anders herum realisiert sein.
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Durch Kurzschlussbrücken im Modul, mindestens ein elektronisches Bauelement, wie Widerstand, Kondensator, Induktivität, oder/und integrierten Schaltkreis, wie insbesondere einen Speicherbaustein, Schiebregister oder/und Mikroprozessor, kann z.B. durch eine Abfrage des Typs, des physikalischen Wertes des Bauelement, o.ä. eine entsprechende Aktivierung bzw. Freischaltung einer Funktion erfolgen. Es könne auch komplexere, protokollartige Abfragen, beispielsweise in verschlüsselter Form, erfolgen. Dazu kann der Steckverbinder mehrere Kontakte aufweisen, insbesondere 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9 Kontakte, die beispielsweise eine serielle oder parallele Schnittstelle bilden, um Daten aus dem Modul zu ermitteln. Je nach zu aktivierender Funktion werden verschiedene Daten im Modul abgelegt bzw. Bauelemente / Kurzschlussbrücken integriert.
Durch den Steckverbinder kann eine kraftschlüssige Verbindung oder/und elektrische Verbindung realisiert sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Modul 120 eine Abstufung aufweisen, die mit dem Gehäuseteil 300 z.B. eine formschlüssige oder/und kraftschlüssige Verbindung bildet.
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Im Folgenden soll die Erfindung noch mal mit anderen Worten beschrieben werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht einfache Erweiterung einer elektronischen Auslöseeinheit. Diese erhält eine Aufnahme, z.B. einen Steckplatz, in dem z.B. über eine elektrische Schnittstelle (einfacher Kontakt oder Bussystem, wie SPI, I2C) die Funktionen bzw. Optionen aktiviert, d.h. freigeschaltet, werden können.
Einfachste Ausführung ist hier ein Kontakt, der vom Einsteckmodul kurz geschlossen wird.
Sind höhere Anforderungen an die Aktivierung bzw. Freischaltung gegeben, kann die Schnittstelle als serieller Bus ausgeführt werden. Z.B. enthält das zu steckende Modul einen Speicherbaustein. Bei noch höheren Anforderungen einen Speicher mit Kryptographiefunktion.
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In der elektronischen Auslöseeinheit werden sowohl die entsprechende Hardwareschnittstelle, als auch Methoden zur Erkennung des Moduls implementiert.
Weiterhin besitzt die elektronische Auslöseeinheit optional die Fähigkeit, über eine (ggf. verschlüsselt abgelegte) Funktionalität, die Aktivierung nicht zugelassener Funktionen (technisch nicht möglich, Option nicht gekauft) zu verhindern. Damit ist eine zwei Wege Aktivierung für Funktionen notwendig. Inkompatibilitäten können ermittelt und signalisiert werden.
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Die Frontfläche wird so gestaltet, dass sich an der Stelle der Aufnahme für die Module ein transparentes Fenster befindet. Damit kann man jederzeit erkennen, ob ein Modul, d.h. eine Zusatzoption aktiviert ist und welche. Durch geeignete Beschriftung der Frontfolie lässt sich das Layout so gestalten, das sich ein angenehmer Gesamteindruck sowohl bei nicht gestecktem Modul (Hintergrundfarbe hinter Fenster gleich der Vordergrundfarbe), als auch bei gestecktem Modul (Beschriftung / Schriftzug in einer Linie) ergibt.
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Die Aufnahme / Zuführung bzw. der Einbau des Moduls erfolgt dabei explizit durch eine der Seitenflächen der elektronischen Auslöseeinheit.
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Eventuelle Anforderungen an die Austauschbarkeit (während des Betriebes oder bei stromlosem Gerät) lassen sich bei entsprechender Ausgestaltung des Gehäuses realisieren.
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Die erfindungsgemäße Lösung bietet eine einfache Lösung zur Freischaltung von Optionen im Gerät bei gleichzeitiger Darstellung der vorhandenen Option in allen Betriebsfällen.
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Gegenüber einer Lösung, bei der das Modul auf der Frontplatte aufgesteckt wird, ergibt sich der Vorteil, dass in diesem Fall keine, für den modullosen Fall benötigte Blindmodule erforderlich sind. Damit entfällt erheblicher Aufwand.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
