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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationsmodul zur Kommunikation eines Schnittstellengeräts mit einem externen Netzwerk, sowie ein Schnittstellengerät, insbesondere für einen Verteilerkasten und/oder einen Schaltschrank, mit einem derartigen Kommunikationsmodul.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Schnittstellengeräte, die typischerweise in Verteilerkästen und/oder Schaltschränken verbaut sind, wie etwa Trennschaltverstärker, Ventilsteuerbausteine, Messumformer, insbesondere Temperaturmessumformer oder Frequenzmessumformer, Signaltrenner, insbesondere Analog-Signaltrenner, Relaiskoppler und/oder Einspeisegeräte, insbesondere Hutschienen-Einspeisegeräte, kabelgebunden mittels eines Schnittstellenumsetzers auszulesen. Der separate, kabelgebundene Schnittstellenumsetzer wird dabei beispielsweise zu Konfigurations- und/oder Diagnosezwecken temporär am Schnittstellengerät angeschlossen. Bei Anwendungen in Explosionsschutzzonen, insbesondere bei Anlagen der chemischen und/oder petrochemischen Industrie, der Erdöl- und/oder der Erdgasförderung und/oder im Bergbau, sind derartige Lösungen nicht oder nur bedingt einsetzbar, da diese typischerweise einen direkten Zugang des Wartungspersonals zum Gefahrenbereich erfordern.
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Elektronische Baugruppen mit Antennen zur drahtlosen Kommunikation und Leitungsklemmen zum Anschluss an elektrische Leitungen sind im technischen Bereich der Steuerung von Leuchtmitteln beispielsweise aus
DE 10 2018 109 251 A1 bekannt.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, Schnittstellengeräte, insbesondere von Verteilerkästen und/oder Schaltschränken, mit drahtlos kommunizierenden Funkschnittstellen auszustatten, die einfach zu installieren sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kommunikationsmodul mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Dementsprechend wird die vorstehend genannte Aufgabe gelöst durch ein Kommunikationsmodul zur Kommunikation eines Schnittstellengeräts mit einem externen Drahtlosnetzwerk. Das Kommunikationsmodul umfasst:
- - eine erste Schnittstelle, welche zur kabelgebundenen Kommunikation mit dem Schnittstellengerät gemäß einem ersten Netzwerkprotokoll ausgebildet ist;
- - eine zweite Schnittstelle, welche zur drahtlosen Kommunikation mit einem Drahtlosnetzwerk gemäß einem zweiten Netzwerkprotokoll ausgebildet ist; und
- - eine Schaltung zur Übertragung von Daten zwischen der ersten und der zweiten Schnittstelle.
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Die erste Schnittstelle weist dabei einen lösbaren Klemmenanschluss zur kabelgebundenen Kommunikation mit dem Schnittstellengerät auf.
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Das Kommunikationsmodul ermöglicht eine drahtlose Kommunikation mit dem externen Drahtlosnetzwerk, beispielsweise zur Diagnose und/oder zur Konfiguration des Schnittstellengeräts. Benutzerseitig kann insbesondere die Kommunikation mit dem Drahtlosnetzwerk über ein mobiles Endgerät, wie etwa einem Smartphone, einem Tablet-Computer oder Ähnlichem erfolgen.
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Das Kommunikationsmodul ist mit Hilfe des Klemmenanschlusses direkt am Schnittstellengerät anschließbar, so dass zur Bereitstellung der drahtlosen Kommunikation insbesondere keine baulichen Modifikationen am Schnittstellengerät und/oder am Kabelbaum des Verteilkastens bzw. des Schaltschranks notwendig sind. Zudem kann das Kommunikationsmodul dem Schnittstellengerät, mit dem es kommuniziert, besonders einfach zugeordnet werden, da dieses hierfür direkt am Schnittstellengerät angeklemmt wird.
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Das Kommunikationsmodul ist kompakt aufgebaut und weist dafür vorzugsweise lediglich Komponenten auf, die zur Bereitstellung der Funktionalität als drahtlos kommunizierender Schnittstellenumsetzer wesentlich sind. Insbesondere wird darauf verzichtet, aufwändige Komponenten zur Visulisierung der von dem Schnittstellengerät bereitgestellten Daten, wie etwa Displays oder dergleichen, vorzusehen, um den zur Installation des Kommunikationsmoduls im Verteilerkasten bzw. Schaltschrank erforderlichen Bauraum zu minimieren.
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Schnittstellengeräte sind im Rahmen dieser Offenbarung insbesondere elektrische bzw. elektronische I/O-Komponenten (Input/Output-Komponenten) oder Steuergeräte eines Verteilerkastens oder Schaltschranks, wie beispielsweise die eingangs bereits genannten Trennschaltverstärker, Ventilsteuerbausteine, Messumformer, insbesondere Temperaturmessumformer oder Frequenzmessumformer, Signaltrenner, insbesondere Analog-Signaltrenner, Relaiskoppler und/oder Einspeisegeräte, insbesondere Hutschienen-Einspeisegeräte.
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Die Schaltung des Kommunikationsmoduls ist als Schnittstellenumsetzer ausgebildet, so dass Daten vom Schnittstellengerät an das externe Drahtlosnetzwerk übertragen werden können. Als Schnittstellenumsetzer werden im Rahmen dieser Offenbarung elektrische bzw. elektronische Schaltungen bezeichnet, die dazu ausgebildet sind, Daten, die, insbesondere kabelgebunden und nach Maßgabe des ersten Netzwerkprotokolls empfangen werden, in das Drahtlosnetzwerk nach Maßgabe des zweiten Netzwerkprotokolls zu übertragen.
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Vorzugsweise ist das erste Netzwerkprotokoll ein Standardprotokoll für kabelgebundene Netzwerke, insbesondere ein SPE-Protokoll, ein IO-Link-Protokoll oder ein HART-Protokoll. Das zweite Netzwerkprotokoll ist bevorzugt ein Standardprotokoll für drahtlose Netzwerke, insbesondere entsprechend einem Wifi-Standard, ein Zigbee-Protokoll, Bluetooth-Protokoll oder ein 3G-, 4G- oder 5G-Protokoll. Das externe Drahtlosnetzwerk ist somit vorzugsweise ein WLAN (engl.: wireless local area network), ein Zigbee-Netzwerk oder ein Bluetooth-Netzwerk oder Ähnliches. Das Kommunikationsmodul beinhaltet in vorteilhaften Ausgestaltungen einen IO-Link-Master.
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Vorzugsweise ist das Kommunikationsmodul am Schnittstellengerät über den Klemmenanschluss lösbar befestigbar. Der Klemmenanschluss ist hierzu beispielsweise als abziehbare Klemme ausgebildet.
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Bevorzugt entspricht der Klemmenanschluss einer gängigen Verbindungstechnik, die typischerweise in Verteilerkästen bzw. Schaltschränken eingesetzt wird, so dass keine weitere mechanische Adaptierung notwendig ist. Vorzugsweise ist ein Gehäuse des Kommunikationsmoduls über den Klemmenanschluss am Schnittstellengerät freitragend befestigbar, so dass zur Installation des Kommunikationsmoduls keine weiteren Befestigungsmittel vorgesehen werden müssen.
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In Ausgestaltungen ist das Kommunikationsmodul und/oder das Schnittstellengerät dazu ausgebildet, über den Klemmenanschluss mit elektrischer Energie versorgt zu werden. Der Klemmenanschluss stellt in derartigen Ausführungen elektrische Energie an das Kommunikationsmodul und/oder an das Schnittstellengerät bereit und dient somit sowohl zur Stromversorgung als auch zur Datenübertragung, insbesondere vom Schnittstellengerät zum externen Drahtlosnetzwerk.
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In Ausführungsbeispielen, in denen das Kommunikationsmodul und das Schnittstellengerät über den Klemmenanschluss mit elektrischer Energie versorgt werden, weist das Kommunikationsmodul vorzugsweise einen weiteren Anschluss, insbesondere weiteren Klemmenanschluss zur Verbindung mit einer externen Stromquelle, insbesondere Gleichstromquelle, auf.
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In Ausgestaltungen Kommunikationsmodul ist der Klemmenanschluss als Steckverbindung ausgebildet. Der Klemmenanschluss weist beispielsweise zumindest eine Schraubklemme oder Federzugklemme auf.
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Der Klemmenanschluss des Kommunikationsmodul ist vorzugsweise als mehrpoliger Anschluss, insbesondere als 3- oder 5-poliger Anschluss ausgeführt.
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Bevorzugt ist zumindest ein Pol des mehrpoligen Anschlusses zur dedizierten Datenübertragung mit dem Schnittstellengerät ausgebildet. Weiter Pole können beispielsweise der Stromversorgung bzw. der Versorgung des Kommunikationsmoduls und/oder des Schnittstellengeräts mit elektrischer Energie dienen.
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In Ausgestaltungen weist der lösbare Klemmenanschluss formschlüssige Kodiermittel zur Verbindung mit dem Schnittstellengerät auf. Geeignete Kodiermittel sind beispielsweise in der Form einer Kodierbuchse und/oder eines Kodierstift ausgebildet, welche beim Anklemmen des Kommunikationsmoduls an das Schnittstellengerät zumindest abschnittsweise formschlüssig ineinander eingreifen. Die Kodiermittel kodieren beispielsweise Kennparameter des Kommunikationsmoduls und/oder des Schnittstellengeräts, wie etwa eine Nennspannung oder Ähnliches.
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Zur drahtlosen Kommunikation weist die zweite Schnittstelle vorzugsweise eine Antenne, insbesondere eine zweidimensionale, auf einer Leiterplatte aufgedruckte PCB-Antenne (engl.: printed circuit board), auf.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Schnittstellengerät, insbesondere für einen Verteilerkasten und/oder Schaltschrank, mit dem vorstehend und nachstehend beschriebenen Kommunikationsmodul.
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In bevorzugten Ausgestaltungen weist das Schnittstellengerät Befestigungsmittel, wie etwa Klemmen oder dergleichen, auf, welche zur freitragenden Befestigung an einer Tragschiene, insbesondere Hutschiene, des Verteilerkastens und/oder des Schaltschranks ausgebildet sind.
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Am Klemmenanschluss des Kommunikationsmoduls und am Schnittstellengerät sind bevorzugt die vorstehend bereits beschriebenen Kodiermittel vorgesehen. Die Kodiermittel am Klemmenanschluss und am Schnittstellengerät sind einander komplementär ausgebildet, so dass diese zumindest abschnittsweise formschlüssig ineinander einzugreifen, wenn das Kommunikationsmodul am Schnittstellengerät angeklemmt wird.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines möglichen Ausführungsbeispiels eines Schnittstellengeräts mit Kommunikationsmodul;
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Mit Bezug zu 1 wird ein Ausführungsbeispiel eines Kommunikationsmoduls 1 zur Kommunikation eines Schnittstellengeräts 10 mit einem Drahtlosnetzwerk 1000 erläutert. Bei dem Schnittstellengerät handelt es sich um eine I/O Komponente, die typischerweise in Schaltschränken Verwendung findet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Schnittstellengerät 10 Befestigungsmittel 12 zur freitragenden Befestigung an einer Tragschiene, insbesondere Hutschiene, des Schaltschranks auf.
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Das Schnittstellengerät 10 weist Verbindungselemente 11 in Form von Federzugklemmen oder Schraubklemmen zur Verbindung mit weiteren elektrischen Geräten auf. Das Kommunikationsmodul 1 ist über einen Klemmenanschluss 9 mit dem Schnittstellengerät 10 verbunden. Der Klemmenanschluss 9 bildet eine Steckverbindung mit bevorzugt weiblichen und männlichen Verbindungselementen, die zueinander komplementär ausgestaltet sind und am Kommunikationsmodul 1 und am Schnittstellengerät 10 derart vorgesehen sind, dass das Kommunikationsmodul 1 am Schnittstellengerät über die Steckverbindung freitragend befestigt werden kann.
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Das Kommunikationsmodul 1 weist eine erste Schnittstelle 3, die zur kabelgebundenen Kommunikation mit dem Schnittstellengerät 10 gemäß einem ersten Netzwerkprotokoll ausgebildet ist, und eine zweite Schnittstelle 5 auf, welche zur drahtlosen Kommunikation mit dem Drahtlosnetzwerk 1000 gemäß einem zweiten Netzwerkprotokoll ausgebildet ist. Das erste Netzwerkprotokoll ist ein Standardprotokoll für kabelgebundene Netzwerke, in der dargestellten Ausführung beispielsweise ein IO-Link-Protokoll. Das zweite Netzwerkprotokoll ist ein Standardprotokoll für drahtlose Netzwerke, in der dargestellten Ausführung beispielsweise ein Bluetooth-Protokoll. Mit Hilfe einer Schaltung 7 können Daten zwischen der ersten Schnittstelle 3 und der zweiten Schnittstelle 5 transferiert werden, so dass das Kommunikationsmodul 1 einen Schnittstellenumsetzer zur Übertragung von Daten zwischen dem Schnittstellengerät 10 und dem externen Drahtlosnetzwerk 1000 implementiert. Der lösbare Klemmenanschluss 9 stellt dabei die kabelgebundene Kommunikation zwischen dem Schnittstellengerät 10 und der erste Schnittstelle 3 sicher.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der lösbare Klemmenanschluss 9 ist ein 3-poliger Anschluss. Zwei der Pole dienen zur Versorgung des Schnittstellengeräts 10 mit elektrischer Energie. Ein weiterer Pol des 3-poligen Anschlusses dient zur dedizierten Datenübertragung mit dem Schnittstellengerät 10. Zum Anschluss des Kommunikationsmoduls 1 bzw. des Schnittstellengeräts 10 an eine externe Gleichstromquelle 1100 ist an Vorderseite des Kommunikationsmoduls 1 ein weiterer Klemmenanschluss vorgesehen.
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Der lösbare Klemmenanschluss 9 kann in nicht näher dargestellter Weise formschlüssige Kodiermittel zur Verbindung mit dem Schnittstellengerät 10 aufweisen, welche beispielsweise Kennparameter des Kommunikationsmoduls 1 und/oder des Schnittstellenmoduls 10 kodieren, um insbesondere Fehler bei der Installation oder Konfiguration zu vermeiden.
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Zusammenfassend stellt das Kommunikationsmodul 1 eine Funkschnittstelle zur drahtlosen Kommunikation mit dem Schnittstellengerät 10 bereit, so dass dieses über das externe Drahtlosnetzwerk 1000 ausgelesen und/oder konfiguriert werden kann. Ein physischer Zugang zum Schaltschrank, in dem sich das Schnittstellengerät 10 befindet, ist damit im Allgemeinen nicht mehr nötig, so dass sich ein Einsatz insbesondere in Gefahrenbereichen wie etwa Explosionsschutzzonen anbietet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kommunikationsmodul
- 2
- Gehäuse
- 3
- erste Schnittstelle
- 5
- zweite Schnittstelle
- 7
- Schaltung
- 8
- weiterer Klemmenanschluss
- 9
- Klemmenanschluss
- 10
- Schnittstellengerät
- 11
- Verbindungselement
- 12
- Befestigungsmittel
- 21
- Temperatursensor
- 1000
- Drahtlosnetzwerk
- 1100
- externe Gleichstromquelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018109251 A1 [0003]
