-
Die Erfindung betrifft ein Modulbausystem zum Zusammenbau eines Gerätes für einen Niederspannungsstromkreises, ein Gerät für einen Niederspannungsstromkreis mit Modulen und Module für ein Gerät für einen Niederspannungsspannungsstromkreis.
-
In industriellen Niederspannungsstromkreisen bzw. Netzen werden Schaltgeräte eingesetzt, um Verbraucher an das Netz anzuschließen und Schutzaufgaben im elektrischen Netz zu übernehmen. Die klassischen elektromechanischen Schaltgeräte sind Geräte, welche einen festdefinierten Funktionsumfang haben. Ein z.B. klassischer elektromechanischer Leistungsschalter kann Strom führen, Überströme und Kurzschlussströme beherrschen und schalten. Die Geräte sind nach Produktnormen entwickelt und freigegeben. Bei einem Technologiewechsel vom klassischen kontaktbehafteten Schalten hin zu leistungselektronischem Schalten mittels Halbleiter werden die bisherigen festgefügten Funktionsumfänge in Frage gestellt. Ein Leistungshalbleiter ist sowohl in der Lage schnell wie auch häufig verschiedene elektrische Aufgaben auszuführen.
-
Übliche Schaltgeräte oder Schutzschaltgeräte für Niederspannungsstromkreise sind beispielsweise (Last-)Trennschalter, Leistungsschalter bzw. Leitungsschutzschalter. Mit Niederspannung sind Spannungen bis 1000 Volt Wechselspannung oder 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Mit Niederspannung sind insbesondere Spannungen gemeint, die größer als die Kleinspannung, mit Werten von 50 Volt Wechselspannung oder 120 Volt Gleichspannung sind.
Mit Stromkreisen für Niederspannung sind Stromkreise für Ströme bis zu 6300 Ampere gemeint, spezieller Ströme bis zu 1600 Ampere, 1200 Ampere, 630 Ampere, 125 Ampere, 80 Ampere, 63 Ampere, 40 Ampere, 25 Ampere oder 16 Ampere. Mit den genannten Stromwerten sind insbesondere Nenn- oder/und Abschaltströme gemeint, d.h. der Strom, der im Normalfall maximal über den Stromkreis geführt wird bzw. bei denen der elektrische Stromkreis üblicherweise unterbrochen wird, beispielsweise durch ein Schaltgerät oder ein Schutzschaltgerät.
-
Trenner bzw. Trennschalter sind elektrische Betätigungssysteme, welche zum manuellen lastfreien (stromlosen) elektrischen Trennen von elektrischen Niederspannungsstromkreisen bzw. - anlagen(teilen) ausgebildet sind. Ein elektrisches Trennen unter Last ist mittels herkömmlicher Trenner nicht bzw. nur eingeschränkt möglich und kann aufgrund eines beim Trennen entstehenden Lichtbogens zur Zerstörung des Trenners führen.
-
Lasttrenner bzw. Lasttrennschalter sind elektrische Betätigungssysteme, welche zum manuellen elektrischen Trennen von elektrischen Niederspannungsstromkreisen bzw. - anlagen(teilen) unter Last ausgebildet sind. Hierfür weisen Lasttrenner beispielsweise eine Lichtbogenlöschvorrichtung auf, mittels welcher ein beim elektrischen Trennen unter Last entstehender Lichtbogen von Schaltelementen des Lasttrenners wegführbar und in einem hitzebeständigen Abschnitt der Lichtbogenlöschvorrichtung, wie z.B. einer Lichtbogenlöschkammer, löschbar ist. Auf diese Weise wird eine durch den Lichtbogen verursachte thermische Überbelastung sensibler Komponenten des Lasttrenners vermieden.
-
Eine besondere Ausführungsform von Trennern bzw. Lasttrennern sind sicherungsbehaftete Lasttrenner, wie Sicherungslasttrenner bzw. Sicherungslasttrennschalter. Sicherungslasttrenner sind Lasttrenner, welche eine elektrische Sicherung aufweisen, wie eine Schmelzsicherung, beispielsweise eine so genannte NH-Sicherung.
-
Im Gegensatz dazu sind Leistungsschalter bzw. Leitungsschutzschalter bekannt. Die Unterbrechung des Stromkreises erfolgt hierbei automatisch bei Vorliegen bestimmter Überstrom-, Kurzschluss- oder Fehlerstrombedingungen. Nach einer Unterbrechung können diese Geräte wieder, relativ schnell, eingeschaltet werden. Eine manuelle Ausschaltung ist ebenfalls vorgesehen.
Leistungsschalter und Leitungsschutzschalter sind Schutzschaltgeräte, die ähnlich wie eine Sicherung funktionieren. Leistungsschalter überwachen den durch sie mittels mindestens 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-Zeitgrenzwerte, d.h. ein Strom einer bestimmten Höhe muss für eine gewisse Zeit anliegen, überschritten werden. Die Unterbrechung des Niederspannungsstromkreises erfolgt hierbei auf mechanischem Wege durch (automatische) Öffnung von mechanischen Kontakten.
-
Neuerdings gibt es (rein) elektronische Leistungsschalter, bei denen die Reduzierung bzw. Unterbrechung des elektrischen Stromes durch Halbleiter erfolgt.
-
Fraglich ist, wie ein zukünftiges Aufbaukonzept für diese verschiedenartigen Schaltaufgaben aussehen könnte.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neuartiges Aufbaukonzept für verschiedenartige Schaltaufgaben in einem Niederspannungsstromkreis anzugeben.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Modulbausystem zum Zusammenbau eines Gerätes für einen Niederspannungsstromkreises mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Gerät für einen Niederspannungsstromkreis mit Modulen nach Patentanspruch 16 oder mit Modulen für ein Gerät für einen Niederspannungsspannungsstromkreis nach Patentanspruch 20 gelöst.
-
Erfindungsgemäß ist ein Modulbausystem zum Zusammenbau eines Gerätes für einen Niederspannungsstromkreises vorgesehen, mit:
- - Grundmodulen, die mindestens eine erste und eine zweite Stromschnittstelle, über die die elektrische Energie des Niederspanungsstromkreises führbar ist,
und mindestens eine interne Schnittstelle, für die Kommunikation zu anderen Modulen, aufweisen, wobei jedes Grundmodul ein eigenes Gehäuse aufweist;,
- - Hilfsmodulen, die nur mindestens eine interne Schnittstelle, für die Kommunikation zu andere Modulen, aufweisen, wobei jedes Hilfsmodul eine eigenes Gehäuse aufweist;
- - die Grundmodule sind sowohl untereinander als auch mit Hilfsmodulen zum Gerät zusammenbaubar.
-
Das Problem des Aufbaukonzeptes für verschiedenartige Schaltaufgaben in einem Niederspannungsstromkreis wird dadurch gelöst, dass eine Modulbauweise vorgeschlagen wird, die ein Zusammenwachsen der Funktionalitäten verschiedener Schalterbauformen ermöglicht. Die Module können dabei einzeln wie auch zusammenwirken und so bisher getrennte Funktionalitäten abbilden.
-
Vorteilhafterweise sind die Module so geschnitten, dass einheitliche Bausteine entstehen, die definierte Schnittstellen aufweisen. Insbesondere können dabei die einzelnen Modultypen gleiche Gehäusegrößen aufweisen, z.B. Grundmodule Gehäusegröße 1, Hilfsmodule Gehäusegröße 2.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Modulbausystem derart ausgestaltet, dass ein Gerät aus mindestens zwei Grundmodulen oder mindestens einem Grundmodul und mindestens einem Hilfsmodul zusammengebaut wird. Ferner kann ein Gerät aus mindestens zwei Grundmodulen und einem Hilfsmodul zusammengebaut sein.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass aus nur zwei Modulen ein funktionsfähiges [Schutz-](Schalt-)Gerät für einen Niederspannungsstromkreis realisiert werden kann, wobei verschiedene Funktionalitäten möglich sind.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein erstes Grundmodul ein halbleiterbasierter, leistungselektronischer Schalter, derart, dass eine Verbindung zwischen erster und zweiter Stromschnittstelle in einem ersten geschlossenen Zustand niederohmig und in einem zweiten geöffneten Zustand hochohmig ist, so dass ein Stromfluss im Niederspannungsstromkreis im ersten geschlossenen Zustand ermöglicht und im zweiten geöffneten Zustand vermieden wird. Der erste geschlossene und zweite geöffnete Zustand ist über die interne Schnittstelle aktivierbar.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Schalter (Switch) auf leistungselektronischer Basis zur Verfügung steht. Das erste Grundmodul hat eine reine Schaltfunktion und dessen Ansteuerung.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein zweites Grundmodul ein elektromechanischer Leistungsschalter, derart, dass eine Verbindung zwischen erster und zweiter Stromschnittstelle in einem ersten geschlossenen Zustand galvanisch geschlossen und in einem zweiten geöffneten Zustand galvanisch geöffnet ist, z.B. mittels eines mechanischen Kontaktsystems, so dass ein Stromfluss im Niederspannungsstromkreis im ersten geschlossenen Zustand ermöglicht und im zweiten geöffneten Zustand vermieden wird,
dass der erste geschlossene und zweite geöffnete Zustand über die interne Schnittstelle aktivierbar ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Funktionalität eines klassischen Leistungsschalters zur Verfügung steht.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein drittes Grundmodul ein mechanischer Schalter mit Trenneigenschaft, derart, dass eine Verbindung zwischen erster und zweiter Stromschnittstelle in einem ersten geschlossenen Zustand galvanisch geschlossen und in einem zweiten geöffneten Zustand galvanisch geöffnet ist, so dass ein Stromfluss im Niederspannungsstromkreis im ersten geschlossenen Zustand ermöglicht und im zweiten geöffneten Zustand vermieden wird. Der erste geschlossene und zweite geöffnete Zustand wird hierbei mechanisch eingestellt. Beispielsweise durch eine am Grundmodul angebrachte oder durch ein Submodul anbringbare mechanische Handhabe.
-
Mit Trenneigenschaft ist hierbei ein gewisser Mindestabstand bzw. Mindestluftstrecke zwischen den Kontakten des Trennkontaktsystem gemeint. Diese Mindestluftstrecke ist im Wesentlichen spannungsabhängig. Weitere Parameter sind der Verschmutzungsgrad, die Art des Feldes (homogen, inhomogen), und der Luftdruck bzw. die Höhe über Normalnull. Für diese Mindestluftstrecken bzw. Kriechstrecken gibt es entsprechende Vorschriften bzw. Normen. Diese Vorschriften geben beispielsweise bei Luft für eine Stoßspannungsfestigkeit die Mindestluftstrecke für ein inhomogenes und ein homogenes (ideales) elektrisches Feld in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad an. Die Stoßspannungsfestigkeit ist die Festigkeit beim Anlegen einer entsprechenden Stoßspannung. Nur bei Vorliegen dieser Mindestlänge (Mindeststrecke) weist ein die Trenneigenschaft realisierendes Trennkontaktsystem eine Trennfunktion (Trenneigenschaft) auf. Im Sinne der Erfindung sind hierbei für die Trenneigenschaft und deren Eigenschaften der Normenreihe DIN EN 60947 bzw. IEC 60947 einschlägig, auf die hier durch Referenz Bezug genommen wird. Mit Trenneigenschaft ist hierbei eine gemäß der genannten Norm(en) kompatible Realisierung gemeint.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Funktionalität eines Lasttrennschalters realisiert werden kann.
Insbesondere kann in einer Ausgestaltung hierbei die interne Schnittstelle dieses Grundmoduls entfallen, d.h. nicht vorgesehen werden. Ist eine interne Schnittstelle vorgesehen, so kann der Zustand des z.B. Trennkontaktsystem hierüber signalisiert werden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein viertes Grundmodul ein Messmodul, derart, dass elektrische Größen des Niederspannungsstromkreises ermittelbar sind. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Meßfunktionalität in einem eigenen Modul, unabhängig vom verwendeten Schaltmodul, zur Verfügung steht.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das vierte Grundmodul neben der Meßfunktionalität eine Logikfunktion auf, derart, dass bei Überschreitung von Grenzwerten elektrischer Größen des Niederspannungsstromkreises ein Auslösesignal ermittelbar und über die interne Schnittstelle abgebbar ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass mit diesem Modul ein Schalter mit auswählbarer Unterbrechungsfunktion realisiert werden kann.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das vierte Grundmodul weiterhin eine Kommunikationsfunktion auf, zur (externen) Kommunikation mit anderen Geräten, z.B. einem Kommunikationssystem oder einem übergeordneten Managementsystem.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass mit einer Mess-, Logik- und Kommunikationsfunktion ein Schalter mit erweiterter Intelligenz realisierbar ist, eine Art „Smart Breaker“.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein erstes Hilfsmodul ein Anzeigemodul, derart, dass Informationen des Gerätes angezeigt werden können.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass unabhängig von der gewählten Grundfunktionalität eine einheitliche Anzeigefunktion zur Verfügung steht.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein zweites Hilfsmodul ein Bedienmodul, derart, dass Steuerinformationen des Gerätes eingebbar sind.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass unabhängig von der gewählten Grundfunktionalität eine einheitliche Eingabeeinheit zur Verfügung steht.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein drittes Hilfsmodul ein kombiniertes Anzeige- und Bedienmodul ist, so dass Informationen des Gerätes angezeigt und Steuerinformationen des Gerätes eingegeben werden können.
-
Dies hat den besonderen Vorteil, dass das unabhängig von der gewählten Grundfunktionalität eine einheitliche Anzeigefunktion und Eingabeeinheit zur Verfügung steht, wobei eine besonders platzsparende Realisierung durch nur ein Modul gegeben ist.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein viertes Hilfsmodul ein Antriebsmodul, insbesondere für das zweite oder dritte Grundmodul, so dass eine mechanische Bewegung, insbesondere über die interne Schnittstille, initiierbar ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass für mechanische oder elektromechanische Kontaktsystem gegebenenfalls eine standardisierte Antriebs-(Bewegungs-)Einheit zur Verfügung steht, um den Funktionsumfang ggfs. zu erweitern.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind weiterhin Submodule ohne interne Schnittstelle vorgesehen.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass weitere Funktionalitäten realisierbar sind.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein erstes Submodul ein Anschlussmodul, insbesondere für die Grundmodule, so dass für die erste oder zweite Stromschnittstelle eine vom Zusammenbau mit einem anderen Modul abweichende Anschlussmöglichkeit für den Niederspanungsstromkreis möglich ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass insbesondere Leitungen bzw. Stromschienen des Niederspannungsstromkreises angeschlossen werden können oder ein besserer Einbau in eine Schaltanlage möglich ist, ohne den modularen Zusammenbau der Module zu einem Gerät zu beeinflussen.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein zweites Submodul ein Einsteckmodul, in dem die erste oder zweite Stromschnittstelle eines Grundmoduls einsteckbar oder verbindbar ist, insbesondere dass die erste oder zweite Stromschnittstelle eines Grundmoduls und die erste oder zweite Stromschnittstelle eines weiteren Grundmoduls in einem Einsteckmodul einsteckbar oder verbindbar ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein modulares Gerät in einem Niederspannungsstromkreis einfach ausgetauscht werden kann.
-
In analoger Weise wird ein Gerät für einen Niederspannungsstromkreis, mit entsprechenden Modulen beansprucht, sowie Module für ein Gerät für einen Niederspannungsspannungsstromkreis.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht ein Gerät aus einer Serienschaltung des ersten und vierten Grundmoduls mit Logikfunktion, so dass ein halbleiterbasierter Leistungsschalter realisiert ist.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein modularer elektronischer Leistungsschalter zur Verfügung steht, der gegebenenfalls vor Ort um weitere Module erweitert werden kann.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht ein Gerät aus einer Serienschaltung des ersten, vierten sowie zweiten oder dritten Grundmoduls, wobei das vierte Grundmodul die Logikfunktion aufweist. Damit ist im Falle des zweiten Grundmoduls ein hybrider Leistungsschalter und im Falle des dritten Grundmoduls ein halbleiterbasierter Leistungsschalter mit Trennfunktionen realisierbar.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein modularer hybrider Leistungsschalter oder ein völlig neuartiger halbleiterbasierter Leistungsschalter mit Trennfunktionen realisierbar ist, der gegebenenfalls vor Ort um weitere Module erweitert werden kann.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht ein Gerät aus einer Serienschaltung des dritten und vierten Grundmoduls.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein völlig neuartiger Lasttrennschalter mit Meßfunktion realisiert werden kann.
-
Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf die unabhängigen Patentansprüche als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung des neuartigen modularen Aufbaukonzeptes für Geräte für Niederspannungsstromkreise.
-
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 des Ausführungsbeispiels, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.
-
In der zugehörigen Zeichnung zeigt:
- 1 erfindungsgemäße Module;
- 2 erfindungsgemäße Module, einzeln und als Gerät;
- 3 erfindungsgemäße modulbasierte Geräte;
- 4 erfindungsgemäße weitere Module.
-
1 zeigt erfindungsgemäße Grund-, Hilfs- und Submodule. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes erstes Grundmodul G1, das ein halbleiterbasierter, leistungselektronischer Schalter ist. Dieser weist eine erste Stromschnittstelle P1 und eine zweite Stromschnittstelle P2 auf, für den Stromfluss im (zu überwachenden) Niederspannungsstromkreis. Weiterhin weist das erste Grundmodul G1 eine interne Schnittstelle KI auf, für die Kommunikation mit anderen Modulen. Das erste Grundmodul ist derart ausgestaltet, dass eine Verbindung zwischen erster P1 und zweiter Stromschnittstelle P2 in einem ersten geschlossenen Zustand niederohmig und in einem zweiten geöffneten Zustand hochohmig ist, so dass ein Stromfluss im Niederspannungsstromkreis im ersten geschlossenen Zustand ermöglicht und im zweiten geöffneten Zustand vermieden wird. Der erste geschlossene und zweite geöffnete Zustand ist über die interne Schnittstelle KI aktivierbar.
Das erste Grundmodul G1 weist ein eigenes Gehäuse auf, beispielsweise in einer ersten Baugröße bzw. Gehäusegröße eins.
Das erste Grundmodul G1 kann ferner ein (nicht dargestelltes) Netzteil aufweisen, zur Energieversorgung desselben. Alternativ auch zur Energieversorgung anderer Module, beispielsweise bevorzugt über die interne Schnittstelle KI.
-
1 zeigt ferner eine dritte Grundeinheit G3, analog zu ersten Grundeinheit G1, mit dem Unterschied, dass das dritte Grundmodul G3 ein mechanischer Schalter mit Trenneigenschaft ist, Eine Verbindung zwischen erster P1 und zweiter Stromschnittstelle P2 ist in einem ersten geschlossenen Zustand galvanisch geschlossen und in einem zweiten geöffneten Zustand galvanisch geöffnet, so dass ein Stromfluss im Niederspannungsstromkreis im ersten geschlossenen Zustand ermöglicht und im zweiten geöffneten Zustand vermieden wird.
-
Der erste geschlossene und zweite geöffnete Zustand sind mechanisch einstellbar. Beispielsweise durch eine mechanische Handhabe H2, wie dargestellt, oder durch ein Antriebsmodul. Das dritte Grundmodul G3 kann in einer einfachen ersten Ausgestaltungsvariante (wie dargestellt) keine interne Schnittstelle aufweisen (atypisches Grundmodul). In diesem Fall kann ein Netzteil im dritten Grundmodul G3 entfallen.
-
Das dritte Grundmodul G3 kann in einer erweiterten zweiten Ausgestaltungsvariante eine interne Schnittstelle aufweisen, beispielsweise um den Schaltzustand eines z.B. mechanischen Trennkontaktsystems zu signalisieren. Das dritte Grundmodul G3 kann in diesem Fall ein (nicht dargestelltes) Netzteil aufweisen, zur Energieversorgung desselben. Alternativ kann die Energie auch von einem anderen Modul, insbesondere Grundmodul bezogen werden, beispielsweise bevorzugt über (eine dann vorhandene) interne Schnittstelle KI.
-
Das dritte Grundmodul G3 weist ein eigenes Gehäuse auf, beispielsweise in einer ersten Baugröße bzw. Gehäusegröße eins, d.h. genauso groß wie das erste Grundmodul G1, so dass ein kompatibler Tausch möglich wäre.
-
Trennschalter bzw. Lasttrennschalter werden üblicherweise manuell betätigt, beispielweise durch eine Handhabe, z.B. in Form eines Hebels / Handhabe, die Kontakte des Stromkreises öffnen, so dass die galvanische Trennung, insbesondere mit einer Trennstrecke bzw. Schutzstrecke, realisiert wird. Der Hebel dient hierbei als Schaltstellungsanzeige, dass z.B. ein spannungsloser Zustand im Niederspannungsstromkreis vorliegt.
-
1 zeigt weiterhin ein viertes Grundmodul G4, analog zum ersten Grundmodul G1, in verschiedenen Varianten G4, G4a, G4b, G4c. Das vierte Grundmodul G4 ist in einer einfachen ersten Variante ein Messmodul, das elektrische Größen des Niederspannungsstromkreises ermittelt, wie beispielsweise Strom, Spannung, Frequenz, Oberwellenspektrum oder/und Spektrum im Niederspannungsstromkreis, etc.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das vierte Grundmodul G4 eine Logikfunktion auf, dargestellt durch das Grundmodul G4a, derart, dass bei Überschreitung von Grenzwerten elektrischer Größen des Niederspannungsstromkreises, wie Stromschwellwerte, Strom-Zeitschwellwerte, Spannungsschwellwerte, etc. ein Auslösesignal ermittelbar und über die interne Schnittstelle KI abgebbar ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das vierte Grundmodul G4 eine Kommunikationsfunktion auf, dargestellt durch das Grundmodul G4b, zur (externen) Kommunikation mit anderen Geräten oder/und einem Kommunikationssystem oder einem übergeordneten Managementsystem.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das vierte Grundmodul G4 sowohl eine Logikfunktion als auch Kommunikationsfunktion auf, dargestellt durch das Grundmodul G4c.
Das vierte Grundmodul G4, G4a, G4b, G4c weist ein eigenes Gehäuse auf, beispielsweise in einer ersten Baugröße bzw. Gehäusegröße eins. Es kann im Gegensatz zu den schaltenden Grundmodulen aber auch eine andere Gehäusegröße aufweisen, beispielsweise kleinere, wobei allerdings die ersten und zweiten Stromschnittstellen P1, P2 und die interne Schnittstelle KI kompatibel zu den Schnittstellen der schaltenden Grundmodule (G1, G2, G3) sein sollte.
-
Das vierte Grundmodul G4, G4a, G4b, G4c kann ferner ein (nicht dargestelltes) Netzteil aufweisen, zur Energieversorgung desselben. Alternativ kann auch die Energieversorgung durch andere Module, insbesondere schaltende Grundmodule (G1, G2, evtl. G3) erfolgen, beispielsweise bevorzugt über die interne Schnittstelle KI. In einer alternativen Ausgestaltung kann das vierte Grundmodul G4, G4a, G4b, G4c ein Netzteil aufweisen und die schaltenden Grundmodule oder/und Hilfsmodule mit Energie versorgen, beispielsweise wieder über die interne Schnittstelle KI.
-
1 zeigt ferner ein erstes Hilfsmodul H1, das ein Anzeigemodul ist. Es zeigt Informationen des Gerätes an. Es weist ebenfalls eine nicht dargestellte interne Schnittstelle KI auf. Es weist kein Netzteil auf, sondern wird von anderen Grundmodulen über die interne Schnittstelle KI mit Energie versorgt.
-
1 zeigt weiterhin ein zweites Hilfsmodul H2 in zwei Darstellungen (Hebel, Tasten), das ein Bedienmodul ist. Hiermit sind Steuerinformationen des Gerätes eingebbar. Es weist ebenfalls eine nicht dargestellte interne Schnittstelle KI auf (Ausnahme: reiner mechanischer Hebel für das dritte Grundmodul). Es weist kein Netzteil auf, sondern wird von anderen Grundmodulen über die interne Schnittstelle KI mit Energie versorgt (Ausnahme: reiner mechanischer Hebel für das dritte Grundmodul).
-
Das erste und zweite Hilfsmodul H1, H2 können als kombiniertes drittes Hilfsmodul, mit kombinierter Anzeige- und Bedienfunktion ausgestaltet sind, so dass Informationen des Gerätes angezeigt und Steuerinformationen des Gerätes eingegeben werden können. Die untere Darstellung (Tasten) des zweiten Hilfsmoduls H2 könnte beispielsweise ein drittes Hilfsmodul sein, falls die Tasten On, Off beispielsweise eine (farbliche) optische Signalisierung aufweisen.
-
Es kann ferner ein (nicht dargestelltes) viertes Hilfsmodul als Antriebsmodul vorgesehen sein, insbesondere für das zweite G2 oder dritte Grundmodul G3, so dass eine mechanische Bewegung, insbesondere über die interne Schnittstille KI, initiierbar ist.
-
1 zeigt ferner ein erstes Submodul S1, das als Anschlussmodul ausgestaltet ist, insbesondere für die Grundmodule G1, G2, G3, G4, so dass für die erste oder zweite Stromschnittstelle P1, P2 eine vom Zusammenbau mit einem anderen (Grund-)Modul abweichende Anschlussmöglichkeit für den Niederspanungsstromkreis möglich ist.
-
1 zeigt ferner ein zweites Submodul S2, das als ein Einsteckmodul ausgestaltet ist, in dem die erste oder/und zweite Stromschnittstelle P1, P2 eines Grundmoduls einsteckbar oder verbindbar ist. In einer Ausgestaltung ist die erste oder zweite Stromschnittstelle eines Grundmoduls und die erste oder zweite Stromschnittstelle eines weiteren Grundmoduls in einem Einsteckmodul einsteckbar oder verbindbar, wie beispielsweise in 3 gezeigt.
-
Die Submodule weisen keine interne Schnittstelle KI auf. Die Submodule weisen kein Netzteil auf.
-
2 erfindungsgemäße Module, einzeln und als Gerät. 2 zeigt einerseits nochmals die Grundmodule G1, G4a und G4, andererseits diese Grundmodule aufweisende, daraus zusammengebaute, Geräte.
Zum einen in der Mitte ein Gerät aufweisend eine Serienschaltung des ersten und vierten Grundmoduls G1, G4a (mit Logikfunktion), so dass ein halbleiterbasierter Leistungsschalter realisiert ist.
Weiterhin ein Gerät aus einer Serienschaltung des ersten G1, vierten G4a (mit Logikfunktion) und zweiten Grundmoduls G2. Damit ist ein hybrider Leistungsschalter realisiert.
-
Das zweite Grundmodul G2 ist ein Grundmodul gemäß dem ersten Grundmodul G1, mit dem Unterschied, dass an Stelle eines elektronischen (halbleiterbasierten) Schalters ein elektromechanischer Schalter (Kontaktsystem), beispielsweise wie in einem klassischen Leistungsschalter, wie Kompaktleistungsschalter (MCCB) oder Luftleistungsschalter (ACB), vorgesehen ist, dass zumindest automatisch bzw. über die interne Schnittstelle KI öffenbar ist, in einer vorteilhaften Ausgestaltung schließbar (integriertes Antriebs oder Schließmodul), ggfs. als alternative Ausgestaltung über ein viertes Hilfsmodul / Antriebsmodul schließbar.
-
Ferner ist ein Gerät aus einer Serienschaltung des dritten und vierten Grundmoduls G3, G4 dargestellt, so dass ein neuartiger Trenner (Lasttrennschalter, LBS) mit Meßfunktion realisiert ist.
-
3 zeigt weitere erfindungsgemäße modulbasierte Geräte. 3 zeigt ein Gerät mit einer Serienschaltung eines ersten G1, vierten G4A (mit Logikfunktion) und dritten Grundmodul G3, d.h. die Funktion eines Halbleiterleistungsschalters, wobei dieses einen integrierten, mechanisch betätigten Lasttrennschalter aufweist. Ferner sind erste und zweite Submodule S1, S2 vorgesehen. Das zweite Submodul S2 ist ein Einsteckmodul. Damit die Serienschaltung der Grundmodule G1, G4a, G3 in das zweite Submodul S2 einsteckbar ist, ist am Anfang und am Ende der Serienschaltung je ein erste Submodul S1, d.h. ein Anschlussmodul, vorgesehen, um die erste und zweite Stromschnittstelle P1, P2 in das zweite Submodul S2 elektrisch einsteckbar zu realisieren. Mit dieser Variante ist beispielsweise ein schneller bzw. einfacher Austausch eines erfindungsgemäßen Gerätes möglich.
-
3 zeigt des Weiteren ein Gerät mit einem ersten G1 und einem vierten Grundmodul G4a (mit Logikfunktion), das ein zweites bzw. drittes Hilfsmodul H3 aufweist, um eine Vor-Ort Betätigung des Gerätes zu ermöglichen.
-
3 zeigt weiterhin ein Gerät nur mit einem ersten G1 und einem vierten Grundmodul G4c (mit Logik- und Kommunikationsfunktion) (ohne zweites bzw. drittes Hilfsmodul H3). Damit ist eine Bedienung des erfindungsgemäßen Gerätes nicht vor Ort, sondern nur per Remote, d.h. über die Kommunikationsfunktion möglich. So können erfindungsgemäß für einen bestimmten Anwendungsfall nicht erforderliche Module bzw. Funktionen entfallen. So wird bspw. eine Fehlbedienung vermieden und zudem Kosten gespart.
-
3 zeigt ferner ein Gerät aus einer Serienschaltung des zweiten oder dritten Grundmoduls G2, G3 sowie des vierten Grundmoduls G4a (mit Logikfunktion) dargestellt, wobei das zweite oder dritte Grundmodul G2/G3 ein zweites Hilfsmodul H2 (manuell oder steuerbar) aufweist.
-
4 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung mit weiteren Modulen. Hierbei ist das vierte Grundmodul G4a (mit Logikfunktion) beispielsweise derart in weitere Teilmodule TM, T1, T2, T3, T4, T5 aufgeteilt.
Beispielsweise kann der reine Meßfühler als Teilmodul TM, mit interner Schnittstelle KI realisiert sein. Auch die Meßfunktion, bespielsweise mit Signalaufbereitung, Digitalisierung, etc., kann in einem Teilmodul T1 realisiert sein. Die Logikfunktion kann in einem weiteren Teilmodul T2 realisiert sein. Die beispielsweise Meß- und Kommunikationsfunktion kann in einem weiteren Teilmodul T3 realisiert sein. Die beispielsweise Meß-, Logik- und Kommunikationsfunktion kann in einem weiteren Teilmodul T4 realisiert sein. Die beispielsweise Logik- und Kommunikationsfunktion kann in einem weiteren Teilmodul T5 realisiert sein. Die beispielsweise Logikfunktion und eine erweiterte Antriebsmodul oder Auslöse-Aktorik kann in einem weiteren Teilmodul T2a realisiert sein.
So kann ggfs. eine weitere Modularisierung durchgeführt werden.
-
Erfindungsgemäß kann ferner ein eigenes Netzteil-Modul, als (nicht dargestelltes) fünftes Grundmodul vorgesehen sein, um eine zentrale Energieversorgung (über die interne Schnittstelle KI) eines erfindungsgemäßen modularen Gerätes zu ermöglichen (alternative Variante). In diesem Fall können Netzteile in den anderen Grundmodulen entfallen.
-
Die interne Schnittstelle kann beispielsweise als Bus-System ausgeführt sein, über den die angeschlossenen Module miteinander kommunizieren können. In einer Ausgestaltung kann hierüber, wie schon dargestellt, auch eine Energieversorgung erfolgen.
-
Die erste oder/und zweite Stromschnittstelle können als Steckkontakte bzw. Steckkontaktpaar ausgeführt sein. Ebenso können dies als Schraubverbindungen ausgeführt sein, abhängig von der Höhe des Nennstromes.
Beispielsweise können ab 20 Ampere, 25 Ampere, 32 Ampere, 40 Ampere, 63 Ampere, 80 Ampere oder 125 Ampere Schraubverbindungen vorgesehen sein.
-
In einer Schutzschalt-Ausgestaltung ist beispielsweise wesentlich, dass die Meß- und Auswertefunktionen (Logikfunktion), ggfs. Kommunikationsfunktion durch das vierte Grundmodul (G4a, G4c) vorgenommen werden. Die Schaltfunktion werden durch das erste oder dritte Grundmodul vorgenommen (das erste Grundmodul G1 entspricht der Schaltfunktion eines Halbleiterschalters - SSCB; das zweite Grundmodul G2 entspricht der elektromechanischen Schaltfunktion eines Leistungsschalter (wie Kompaktleistungsschalters MCCB oder Luftleistungsschalters ACB) - aber ohne deren weiteren Funktionen). Das Auslösesignal wird vom eigenständigen vierten Grundmodul (G4a, G4c) über die interne Schnittstelle KI an das eigenständige (nur schaltende) erste oder zweite Grundmodul übertragen. Eine Bedienung eines derartigen Gerätes (G1+G4a/G4c; G2+G4a/G4c) erfolgt durch Hilfsmodule (H1+H2 oder H3). Die Informationen der Hilfsmodule werden über die interne Schnittstelle KI zum betreffenden Grundmodul übertragen.
-
Im Folgenden soll die Erfindung noch einmal mit anderen Worten dargestellt und zusammengefasst werden.
-
Das Problem eines Zusammenwachsens der Funktionalitäten verschiedener Schalterbauformen wird dadurch gelöst, dass eine Modulbauweise vorgeschlagen wird. Die Module können dabei einzeln wie auch gemeinsam zusammenwirken und so bisher getrennte Funktionalitäten abbilden. Die Module sind so geschnitten, das einheitliche Bausteine entstehen, die definierte Schnittstellen aufweisen. Das erste Grundmodul wäre ein Schalter (Switch) auf leistungselektronischer Basis. Der Schalter hat eine reine Schaltfunktion und beinhaltet dessen Ansteuerung. Wird diesem Modul ein Mess-, Logik- (inklusive Auslösung) oder/und Kommunikationsmodul hinzugefügt, ergibt daraus ein Schalter mit erweiterter Intelligenz bzw. ein sogenannter Smart Breaker. Wird ein mechanisches Trennkontaktsystem angefügt, so ergibt sich daraus ein Lasttrennschalter oder ein Leistungsschalter, je Implementierung und Leistungsumfang der zuvor genannten Module.
-
Hiermit sind Schalter realisierbar, welche vor Ort oder auch nur remote bzw. kombinierbar vor Ort/remote schaltbar sind. Aus diesem Modulbaukasten sind herkömmliche (mechanische) Schalter ableitbar, als auch völlig neue Typen. Dieses Grundsystem würde den gesamten Umfang der Schaltgeräte abdecken.
-
Bzgl. der Modularisierung ist eine Trennung zwischen einem Messsystem und der eigentlichen Logik bzgl. Messen, Signalerarbeitung und Kommunikation in eigenständige Teilmodule möglich.
Die Teilmodule der Logikfunktion könnten z.B. noch nach verschiedenen Schutzfunktionen (z.B. Überlast, Kurzschluß, serielle Störlichtbogen, Erdschluß, Generatorschutz, ...) aufgeteilt werden, so dass eine Vielzahl verschiedene Module denkbar bzw. realisierbar wäre.
-
Das System ist um weitere Hilfsmodule erweiterbar, zum Beispiel um Anzeige-, Anschlusstechnik-, Antriebs-, Steck- oder Einschubmodule. Somit würde ein aus Fertigungssicht modularer erfindungsgemäßer Baukasten bzw. Modulbausystem vorliegen.
-
Erfindungsgemäß werden die bisherigen Funktionalitäten und Technologien aufgetrennt, in separate Module integriert. Aus den Modulen können neue Schalter zusammengesetzt werden.
Dies hat den Vorteil, dass die Module klar abgegrenzt sind und bzgl. des Leistungsumfangs angepasst werden können. Z.B. kann das leistungselektronische Modul wahlweise nur Nennströme oder nur Überströme schalten können, dies sehr häufig oder selten.
Werden standardisierte Schnittstellen geschaffen, so ist eine Zusammenstellung von individualen Schaltgeräten möglich. Damit ergibt sich eine vorteilhaftere Herstellung und bessere Logistik, da das Gerät entweder vor Ort entsteht oder erst in einer finalen Fertigungsline zusammengebaut wird.
Eine übergreifende Produktplattform bezogen auf den Nennstrom wäre erfindungsgemäß möglich.
-
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.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
