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Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere einen Niederspannungsleistungsschalter.
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Elektromagnetische
Schaltgeräte
aller Art werden mit elektronischen Zusatzgeräten und -modulen gekoppelt,
um die entsprechenden Vorteile der Elektronik auf diesem Gebiet
zur Nutzung zu bringen. Beispielsweise wird die klassische Strommesstechnik
(Bimetall-, Magnetauslöser)
in den Geräten
von einer entsprechenden Elektronik übernommen und es werden Zusatzfunktionen
eingebracht, wie etwa das Programmieren, Speichern und Ändern von
Parametern, Nutzen der Zeitselektivität, das Speichern von Messwerten
und/oder die Datenübermittlung über Feldbusschnittstellen
an übergeordnete
Einheiten. Solche elektronischen Zusatzgeräte (Steuerelektronik, elektronisches
Koppelmodul zu einem zweiten Schaltgerät, Busanschluss-Interface,
elektronischer Auslöser)
werden auch mit flüchtigen
Datenspeichern und mit Festspeichern ausgerüstet. Schalter dieser Art sind
beispielsweise ausführlich
in
DE 100 31 963 C1 ,
oder
DE 100 31 964
C1 beschrieben.
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Schon
in einem Schaltgerät
gemäß
DE 197 36 181 A1 wird
die bekannte RFID-Technik (Radio Frequency Identification oder Funk-Erkennung)
eingesetzt. Mit der RFID-Technik können Daten berührungslos
und ohne Sichtkontakt gelesen und gespeichert werden. RFID wird
als Oberbegriff für
die komplette technische Infrastruktur verwendet. Sie umfasst den
Transponder (auch RFID-Etikett, -Chip, -Tag, -Label oder Funketikett
genannt) und die Sende-Empfangs-Einheit
(auch Reader oder Interrogator genannt).
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Die
Daten werden auf dem Transponder gespeichert und per Radiowellen
verfügbar
gemacht. Bei niedrigen Frequenzen geschieht dies induktiv über ein
Nahfeld, bei höheren über ein
elektromagnetisches Fernfeld. Die Entfernung, über die ein Transponder ausgelesen
werden kann, schwankt aufgrund der Ausführung (aktiv/passiv), benutztem
Frequenzband, Sendestärke
und Umwelteinflüssen
zwischen wenigen Zentimetern und mehr als einem Kilometer.
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Bei
der in der
DE 197
36 181 A1 dargestellten Schaltgerätekombinationen erfolgt die
Energieversorgung nur im aktivierten Zustand, d.h. wenn das Schaltgerät am Netz
liegt, was der Fall ist, wenn das Schaltgerät EIN-geschaltet ist. Hierzu
legt man Stromwandler und Elektronik im Schaltgerät so aus, dass
die Versorgung aus dem zu schaltenden Betriebsstrom abgeleitet wird.
In der Stellung „EIN" des Schaltgerätes und
einem ausreichend fließenden
Betriebsstrom kann die Elektronik messen, Werte speichern und Daten über eine
Schnittstelle weitergeben. In der Stellung „AUS" ist es nicht möglich, Einstellungen oder Parameter
auszulesen oder gar zu ändern. Ebenso
hat man keinen Zugriff auf einen möglichen Fehlerstatus, der im
elektronischen Speicher des Schaltgerätes abgelegt sein kann, weil
zumindest die Elektronik eine Stromversorgung haben müsste. Es ist
schon vorgeschlagen worden, diese über die Kommunikationsschnittstelle
zu realisieren. Aus Gründen
der Potentialtrennung ist die Schnittstelle (Optokoppler, DC-DC
Wandler, u.s.w.) dann aber meist aufwendig gestaltet und teuer.
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Ein
Einsatz von Transpondern bei Schaltgeräten wird in der
DE 102 58 919 A1 beschrieben,
wo der Schaltzustand abfragbar ist. Es können passive oder aktive Transponder
für diesen
Zweck verwendet werden.
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Mit
dieser Erfindung sollen diese Nachteile beseitigt werden und zusätzliche
Vorteile für
den Einsatz von Schaltgeräten,
insbesondere für
jede Phase der Herstellung, Inbetriebnahme bis hin zur Entsorgung,
genutzt werden.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein elektronisch unterstütztes oder
elektronisch betriebenes elektrisches Schaltgerät zu verbessern.
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Die
Lösung
findet sich im Hauptanspruch. Weiterführende Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen formuliert.
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Es
wird ein elektrisches Schaltgerät
vorgeschlagen, welches ein Gehäuse
aus Kunststoff und eine mit der Auslöseeinheit des Schaltgeräts kommunizierende,
elektronische Baugruppe umfasst, wobei in dem Gehäuse des
Geräts
ein kontaktlos beschreibbarer und lesbarer Datenspeicher (vorzugsweise
Standard-RFID-Tag) integriert ist, wobei
- – in den
Datenspeicher nach vorgegebenen Kriterien mindestens erste unveränderbare,
Gehäusematerialen
betreffende Daten eingeschrieben sind,
- – in
den Datenspeicher mindestens zweite unveränderbare, die Kennung des Schaltgeräts betreffende
Daten eingeschrieben sind und
- – in
den Datenspeicher mindestens dritte unveränderbare, die Betriebsart und/oder
den Betriebszustand des Schaltgeräts betreffende Daten eingeschrieben
sind.
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In
den Datenspeicher werden nach vorgegebenen Kriterien unveränderbare
(so genannte erste, im wesentlichen Materialeigenschaften betreffende Daten)
und überschreibbare
erste Daten (so genannte erste Prozessdaten) eingeschrieben, welche
am Ende der Gehäusefertigung
zur Fertigungskontrolle zur Verfügung
stehen.
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Während der
Fertigung des Geräts
durch Einbau der elektromechanischen Baugruppe ins Gehäuse werden
in den Datenspeicher unveränderbare (so
genannte zweite Festdaten) und überschreibbare zweite
Daten (so genannte zweite Prozessdaten) eingeschrieben. Diese stehen
am Ende der Fertigung zur Fertigungskontrolle zur Verfügung. Die zweiten
Festdaten sind die Kenndaten des Geräts, wie Werkstoffe, Betriebsart,
Betriebsspannung, Belastbarkeit, Nennströme, Auslöseverzögerungszeit, herangezogene
Norm und andere.
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Während der Überführung des
Geräts
in den Betriebszustand werden weitere, dritte Daten (dritte Festdaten,
nämlich
Betriebsart und/oder Betriebszustand) und überschreibbare Daten (dritte
Betriebsdaten) eingeschrieben.
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Mit Überführung des
Geräts
in den Betriebszustand ist die Installation an seinem Betriebsort
(beispielsweise in einem Schaltschrank) und die Anschaltung an ein
Stromnetz gemeint. Mit der Installation steht dem Gerät elektrische
Energieversorgung zur Verfügung,
so dass von der Schreibleseeinheit nach vorgegebenen Kriterien die
unveränderbaren dritten
Festdaten (und ebenso veränderliche
Daten) einschreibbar sein. Diese Daten sind für den Anwender des Geräts, beispielsweise
bei Netzausfall, oder Betriebsstillstand auslesbar.
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Vorzugsweise
können
aus einer oder mehreren Herstellphasen neben unveränderbare
Daten noch überschreibbare
Daten eingeschrieben sein.
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Die
elektronische Baugruppe kann einen Stromwandler umfassen, so dass
die Energieversorgung nach der Installation des Geräts im Netz
aus dem zu schaltenden Betriebsstrom abgeleitet wird. Für die Erfindung
wesentlich ist, dass von der Baugruppe aktiv, entweder im Rahmen
eines automatischen, programmierten Ablaufs oder durch Veranlassung
von außen
die Schreib-Lese-Funktion
beaufschlagt wird. Daneben kann natürlich mittels der Baugruppe
Messwerte ermittelt und/oder gespeichert, und Daten über eine
Schnittstelle weitergeben werden.
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Es
ist ein Radiofrequenz- oder HF-Transponder in RFID-Technik in der
elektronischen Baugruppe vorhanden, und die elektrische Energieversorgung des
flüchtigen
Speichers kann sowohl von dem Schaltgerät als auch von dem HF-Transponder
geliefert werden. Da der Transponder in der elektronischen Baugruppe
integriert ist, besteht bei dieser Anwendung eine drahtgebundene
Versorgung (über eine
galvanische Verbindung). Eine interne Funkverbindung zum Speicher
wird nicht benötigt,
und man spart eine Antenne. Bei dieser Anordnung ist der nichtflüchtige Speicher
einmal von der Schalterelektronik versorgt und direkt ansprechbar.
Zum Anderen kann er auch von einem externen RFID-Reader über eine
in die Elektronik implementierte RFID-Schnittstelle, aufgebaut wie
im Transponder-Tag, angesprochen und bei Bedarf, wenn die Schalterelektronik ohne
Versorgung ist, ebenfalls versorgt werden.
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Beispielsweise
kann der flüchtige
Speicher ein EEPROM-Speicher oder ein Flash-Speicher sein. Der Speicher
kann auch kryptografisch codiert sein.
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In
der elektronischen Baugruppe wird eine RFID-Schreib-/Leseschaltung
integriert. Die Schreib-/Leseschaltung besteht aus einem Reader-Chip,
einigen diskreten Bauteilen und einer kleinen Antenne, und erlaubt
es, die Daten von dem RFID-Tag zu lesen und/oder auf diesem abzulegen.
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Der
Transponder-Tag ist ein preiswertes Standardbauteil, bestehend aus
einem RFID-Chip und einer einfachen Folien-Antenne. Der Schreib-/Lesespeicher
des Tags kann von der Elektronik des Schaltgerätes mit der integrierten Schreib-/Leseschaltung
gelesen und beschrieben werden. So können Parameter, Fehlerstatus
oder Messwerte auf dem RFID-Tag gelesen und abgelegt werden.
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Eine
technisch hierzu passende externe RFID-Schreib-/Leseeinheit kann
von außen
auf den Tag im Schaltgerät
zugreifen und potentialfrei auslesen und bei Bedarf eine neue Parametrisierung
für das
Schaltgerät
auf dem eingebauten Transponder-Chip ablegen. Dabei ist es unerheblich,
in welchem Betriebszustand das Schaltgerät ist. Die RFID-Technik ermöglicht eine
drahtlose Versorgung des Tags im Gerät und ein Antikollisionsalgorithmus sorgt
für eine
problemlose Kommunikation mit dem Transponder.
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Nach
dem Einschalten des Schaltgeräts (Stromfluss über das
Netz) können
neue Parameter von dem Transponder-Chip in die elektronische Baugruppe
geladen werden. Im Normalbetrieb können die Betriebsdaten laufend
aktualisiert werden. Bei einer Auslösung des Schaltgerätes auf
dem Transponder-Chip werden die Betriebsdaten einmalig aktualisiert.
Die zuletzt gespeicherten Daten bleiben auf dem RFID-Chip erhalten,
auch bei Stellung „AUS" oder bei Stromausfall.
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Eine übergeordnete
Einheit kann bei Bedarf und zu jeder Zeit über einen Feldbus mit angeschlossenem
RFID-Lese-/Schreibgerät
eine Statusmeldung von dem Schaltgerät bekommen. Mit heute verfügbaren Handgeräten oder
PDAs mit RFID-Reader kann der Service oder Wartungsdienst den Zustand eines
so ausgestatteten Schaltgerätes
abfragen und bei Bedarf Änderungen
der Konfiguration bzw. der Parameter vornehmen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Grundgedanken
können
folgende Anwendungen vorteilhaft genutzt werden: Fertigungsüberwachung,
Gerätekennzeichnung
und/oder Qualitätssicherung.
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Der
Transponder-Tag wird während
der Fertigung auf dem Gerätegehäuse angebracht
oder wird schon bei der Spritzgussherstellung des Gehäuses mit
eingespritzt. Der Speicher des Tags hat einen einmalig beschreibbaren
und einen wiederholt beschreibbaren Bereich. Der sofort funktionstüchtige Transponder
begleitet während
der gesamten Lebensdauer das Gerät.
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Schon
bei der Herstellung des Tags wird eine eindeutige Kennung (erste
Festdaten) fest eingeschrieben. Eine solche Kennung kann während der "Lebenszeit" des Schaltgeräts auch
als Seriennummer dienen. In den weiteren Festspeicherbereich werden
vor und/oder während
der Fertigung weitere Material-, Herstell- und Prüfdaten eingeschrieben, die
unveränderlich
später
jederzeit (über
die Lagerverwaltung, den Vertrieb bis hin zur Entsorgung des Schaltgerätes) abrufbar
sind. Am Ende der Produktion ist der Ablauf auf dem Speicher-Chip
archiviert und nachverfolgbar. Diese zur Kennzeichnung dienende
Bits im Speicher des Transponders identifizieren auf diese Weise
jederzeit eindeutig das Gerät und
machen es fälschungssicher.
Man hat somit jederzeit eine Rückverfolgbarkeit
bis in die Herstellungsphase. Die Festdaten erlauben auch das Aufdecken
von Plagiat-Produkten.
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Neben
dem Einschreiben von Festdaten werden laufende Kontrolldaten in
dem wiederholt beschreibbaren Bereich (Schreib-/Lesespeicher) abgelegt.
Diese Daten haben nur für
die Steuerung der Fertigung bis zur Endkontrolle des Fertigungsvorgangs
eine Bedeutung. Der Inhalt dieses wiederholt beschreibbaren Bereichs
kann nach der Endprüfung oder
vor der Auslieferung des fertigen Produktes ausgelesen und überschrieben
werden und steht für
den weiteren dynamischen Datenaustausch zur Verfügung.
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Am
Ende der Lebensdauer des Geräts
sind alle unveränderbare
Daten und die zuletzt eingeschriebenen flüchtige Daten auslesbar. Auch
wenn das Gerät
nunmehr defekt geworden ist, bleiben die fest hinterlegten Materialdaten
von Bedeutung, weil diese Auskunft geben für eine sortengerechte und umweltverträgliche Entsorgung.
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Bezüglich Art
und/oder Typen von Schaltgeräten
sollen keine Einschränkungen
des beanspruchten Gegenstandes vorgesehen sein. Insbesondere sollen
auch Kombinationen mit anderen Schaltertypen in Betracht gezogen
werden, wobei vorrangig, aber nicht ausschließlich Sicherheitsschalter,
Motorschutzschalter infrage kommen.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird in einer Figur beschrieben.
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Die
einzige Figur zeigt die Erfindung in Form eines Blockschaltbildes
schematisch. In der oberen Figurenhälfte sind als Teil eines nicht
weiter dargestellten elektrischen oder auch elektromagnetischen Schaltgeräts eine
integrierte elektronische Baugruppe und ein Transponder gezeigt.
In der unteren Figurenhälfte
ist ein Schreib-Lese-Gerät
dargestellt. Angedeutet ist mit Bezugszeichen 4 das Kunststoffgehäuse des
Schaltgeräts,
in welches ein Transponder-Tag 8 schon in der Herstellphase
integriert ist. Für
das Verständnis
der Erfindung sind die wesentlichen Elemente und ihr Zusammenwirken
näher beschrieben.
In die Elektronik ist ein Transponder integriert. Nach der Inbetriebnahme
des Geräts
erhält
die elektronische Baugruppe ihre Energieversorgung (bei Stromfluss)
aus dem Netz. Zur Ertüchtigung
für spezielle
Einsätze
kann jedoch auch eine Versorgung mit Hilfsenergie vorgesehen sein.
Der nichtflüchtige
Speicher ist einmal von der Schalterelektronik versorgt und direkt
ansprechbar (Schreiben und Lesen). Zum Anderen kann er auch von
einem externen RFID-Reader über eine
in die Elektronik implementierte RFID-Schnittstelle, aufgebaut wie
im Transponder-Tag, angesprochen und bei Bedarf, wenn die Schalterelektronik
ohne Versorgung ist, auch versorgt werden.
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Mit 10 ist
ein Transponder bezeichnet, der über
die Elektronik der elektronischen Baugruppe 6 beaufschlagt
wird. Von der Elektronik zum Transponder sind nur eine Schreib-Lese-Leitung 18 und
eine Versorgungsleitung 16 zu einem Speichermodul eingezeichnet.
Das Speichermodul umfasst mindestens einen Festspeicher 12 und
einen flüchtigen
Speicher 14. Zu der Elektronik gehört noch der Transponder-Tag 8.
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Die
RFID-Schnittstelle besteht aus einem ersten RFID-Reader 19 und
einer Antenne A1, deren weitere Einzelheiten ebenfalls nicht dargestellt
sind, da die RFID-Technik dem Fachmann bekannt ist und daher im
vorliegenden Fall von einer näheren
Beschreibung abgesehen werden kann.
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Im
unteren Teil der Figur ist ein RFID-Lesegerät 20 ebenso schematisch
in einem Blockschema dargestellt.
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Der
Datenverkehr mit dem Transponder 10 erfolgt über eine
Antenne A2, einem zweiten RFID-Reader 22, gesteuert von
einem Mikro-Controller 26. Zur Ergänzung, jedoch nicht zum notwendigen Inhalt
der Erfindung sind in der Darstellung noch ein Display 24,
eine Tastatur 28, eine serielle Schnittstelle 30 zu
einem Feldbus 32 eingezeichnet. Mit den genannten Ergänzungen
lässt sich
die Eigenschaft des Transponders zu einem intelligenten Gerät aus bauen,
welches insbesondere erhöhten
Bedienkomfort bietet und die Eigenschaft auf Datenweitergabe und remote
Verarbeitung erweitert.
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- 4
- Gehäuse
- 6
- elektronische
Baugruppe
- 8
- Transponder-Tag
- 10
- Transponder
- 12,
14
- flüchtiger
Speicher, Festspeicher
- 16
- Energieversorgung
- 18
- Schreib-Lese-Befehl
(R/W)
- 19
- RFID-Reader
I
- A1,
A2
- Folien-Antenne
- 20
- Lesegerät (Interrogator)
- 22
- RFID-Reader
II
- 24
- Display
- 26
- Controller
- 28
- Tastatur
- 30
- serielle
Schnittstelle
- 32
- Feldbus