DE102015225243A1

DE102015225243A1 - Elektrischer Schalter

Info

Publication number: DE102015225243A1
Application number: DE102015225243.4A
Authority: DE
Inventors: Rainer Hüntemeier; Henry Franke; Stefan Häbel
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2016-12-29
Also published as: US20160379786A1; US11017968B2; CN106298388A

Abstract

Es wird ein elektrischer Schalter zum Schalten eines elektrischen Stroms offenbart. Der elektrischer Schalter umfasst eine elektronische Auslöseeinheit (Electronic Trip Unit, ETU), die zweiteilig ausgebildet ist und bei der der erste Teil der Auslöseeinheit fest mit dem elektrischen Schalter verbunden ist und Schutzfunktionen des elektrischen Schalters beinhaltet und bei der der zweite Teil der Auslöseeinheit montierbar und abnehmbar am elektrischen Schalter ausgebildet ist und die für den Kunden freigeschalteten Schutzfunktionen definiert.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter zum Schalten eines elektrischen Stromes.
Elektrische Schalter, beispielsweise Niederspannungs-Leistungsschalter, besitzen ein integriertes Schutzrelais. Dieses Schutzrelais wird beispielsweise bei einem Leistungsschalter als elektronische Auslöseeinheit „Electronic Trip Unit“ (ETU) bezeichnet. Die elektronische Auslöseeinheit beinhaltet unter anderem die Schutzfunktion des elektrischen Stromkreises. Zusätzliche Optionen wie beispielsweise ein Display zur Statusanzeige oder auch Messfunktionen, die keinen Einfluss auf die Schutzfunktion selber besitzen, sind ebenfalls in elektronischen Auslöseeinheiten verfügbar.
Leistungsschalter werden in Abhängigkeit der kundenseitig geforderten Eigenschaften produziert und können dadurch die Schutz- und Applikationsanforderungen vollständig erfüllen. Durch die vielseitigen Anforderungen entsteht eine hohe Varianz an unterschiedlichen elektronischen Auslöseeinheiten.
Für jeden Leistungsschalter wird bei der vorgeschriebenen Stückprüfung ein Nachweis der Kalibrierung der Überstromauslöser gefordert, beispielsweise nach Standard IEC 60947-2 (Deutsche Fassung EN 60947-2 Niederspannungsschaltgeräte – Teil 2: 2014-01). Dieser Nachweis kann auch als Nachweis der Funktion der Schutzfunktionen bezeichnet werden.
Besonders für diesen Teil der Stückprüfung wird kostenintensives Equipment, beispielsweise Primärstromquellen oder kalibrierte Mess- und Prüftechnik benötigt. Hinzu kommt eine intensive Schulung des Personals, hohe Betreuungskosten und Wartungskosten.
Typischerweise werden die elektrischen Schalter nach der Produktion ohne elektronische Auslöseeinheit an ein Modifikationszentrum geschickt und dort wird die elektronische Auslöseeinheit sowie das Zubehör ergänzt und anschließend elektrisch stückgeprüft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schalter mit einer elektronischen Auslöseeinheit zur Verfügung zu stellen, der nach der Produktion direkt stückgeprüft werden kann und bei dem der Kunde spezifisch nach seinen Anforderungen diesen selber anpassen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den elektrischen Schalter gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters sind in Unteransprüchen angegeben.
Der elektrische Schalter zum Schalten eines elektrischen Stromes mit einer elektronischen Auslöseeinheit nach Anspruch 1 umfasst, dass die Auslöseeinheit zweiteilig ausgebildet ist und der erste Teil der Auslöseeinheit fest mit dem elektrischen Schalter verbunden ist und Schutzfunktionen des elektrischen Schalters beinhaltet und der zweite Teil der Auslöseeinheit montierbar und abnehmbar am elektrischen Schalter ausgebildet ist und die für den Kunden freigeschalteten Schutzfunktionen und Zusatzfunktionen definiert. Vorteilhaft hierbei ist, dass der Kunde einen geprüften Leistungsschalter bekommt und durch den Austausch des zweiten Teils der Auslöseeinheit den elektrischen Schalter selbst konfigurieren kann. Die kostenintensive Stückprüfung des elektrischen Schalters kann mit dem ersten Teil der Auslöseeinheit beim Hersteller durchgeführt werden.
In einer Ausgestaltung stellt eine Authentifizierung zwischen erstem Teil der Auslöseeinheit und zweitem Teil der Auslöseeinheit die Kommunikation zwischen diesen beiden Teilen sicher.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der zweite Teil der Auslöseeinheit auf dem ersten Teil der Auslöseeinheit abnehmbar montiert.
In weiteren Ausgestaltungen kommunizieren der zweite Teil der Auslöseeinheit im am elektrischen Schalter montierten Zustand mittels einer drahtgebundenen, mittels einer optischen oder mittels einer Funkverbindung mit dem ersten Teil der Auslöseeinheit. Die Funkverbindung zwischen dem ersten Teil der Auslöseeinheit und dem zweiten Teil der Auslöseeinheit kann beispielsweise eine NFC-, eine Bluetooth- oder eine WiFi-Verbindung sein. Die Funkverbindung kann weiterhin zur Übertragung von Daten zu einem mobilen Gerät verwendet werden. Dieses mobile Gerät kann beispielsweise ein Smartphone oder Tablett-Computer sein.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die drahtgebundene Verbindung zwischen erstem Teil der Auslöseeinheit und zweitem Teil der Auslöseeinheit einen Steckkontakt.
In einer Ausgestaltung umfasst der zweite Teil der Auslöseeinheit zusätzlich Bedien- und Anzeigenelemente. Beispielsweise kann dies ein Touchscreen sein als Bedien- und Anzeigeelement.
In einer Ausgestaltung umfasst der erste Teil der Auslöseeinheit zusätzliche Bedien- und Anzeigeelemente.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der erste Teil der Auslöseeinheit einen Touchscreen als Bedien- und Anzeigeelement.
In einer Ausgestaltung ist der elektrische Schalter ein Leistungsschalter.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
1A und 1B elektronische Auslöseeinheit und erster Teil der elektronischen Auslöseeinheit;
2A, 2B, 2C und 2D Varianten des zweiten Teils der elektronischen Auslöseeinheit;
3 elektrischer Schalter mit erstem Teil der Auslöseeinheit und zweitem Teil der Auslöseeinheit;
4 elektrischer Schalter mit erstem Teil der Auslöseeinheit und zweitem Teil der Auslöseeinheit mit anderen Funktionalitäten;
5 elektrischer Schalter mit erstem Teil der Auslöseeinheit und zweitem Teil der Auslöseeinheit mit weiterem Funktionsumfang;
6A, 6B und 6C elektrischer Schalter mit erstem Teil der Auslöseeinheit, zweiter Teil der Auslöseeinheit und erster und zweiter Teil der Auslöseeinheit.
In 1A ist eine elektronische Auslöseeinheit 200 (Elektronic Trip Unit, ETU) abgebildet. Die elektronische Auslöseeinheit ist dabei zweiteilig ausgebildet. Der erste Teil der Auslöseeinheit 210 ist fest mit einem hier nicht dargestellten elektrischen Schalter 100 verbunden und beinhaltet die Schutzfunktion des elektrischen Schalters 100. Der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 ist montierbar und abnehmbar am elektrischen Schalter 100 ausgebildet und definiert die für den Kunden freigeschalteten Schutzfunktionen und gegebenenfalls weitere Funktionen. Beispielsweise kann der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 ein Display 225 umfassen, auf dem Einstellungen der Schutzfunktionen bzw. der Messfunktionen des zweiten Teils der Auslöseeinheit 220 dargestellt werden.
In 1B ist die elektronische Auslöseeinheit 200 bzw. deren erster Teil 210 dargestellt. Der zweite Teil der Auslöseeinheit 220, der in 1A dargestellt ist, ist abgenommen. Somit ist beispielsweise eine Steckverbindung 211 sichtbar, die der elektrischen Verbindung des ersten Teils der Auslöseeinheit 210 mit dem zweiten Teil der Auslöseeinheit 220 herstellt.
In den 2A, 2B, 2C und 2D ist der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 in verschiedenen Varianten dargestellt. Der Kunde kann beispielsweise aus mehreren elektronischen Auslöseeinheiten auswählen, in denen hardwaremäßig festgelegt ist, wie die Schutzfunktionen eingestellt sind und welche Zusatzfunktionen wie zum Beispiel Messfunktionen dem Kunden zugänglich sind.
In 2A enthält der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 ein Display 225, mehrere Taster 227 zum Auswählen und Bestätigen von Funktionsparametern und Drehcodierschalter 226 zur Einstellung der Schutzfunktion. Zusätzlich kann der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 ebenso DIP-Schalter umfassen zur Einstellung und Anpassung der Schutzfunktionen.
In 2B ist eine weitere Variante eines zweiten Teils der Auslöseeinheit 220 dargestellt. Dabei umfasst dieser zweite Teil der Auslöseeinheit 220 wiederum ein Display 225, welches als Touchscreen ausgebildet ist. Des Weiteren ist ein Taster 227 vorhanden, mit dem Menüführungen bzw. Bestätigungen eingegeben werden können. Der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 wird somit über das Display 225 gesteuert und die Schutzfunktion und Messfunktionen werden über dieses Display 225 als Touchscreen eingegeben.
In 2C ist eine weitere Variante des zweiten Teils der Auslöseeinheit 220 dargestellt. Dieses umfasst keine Steuerelemente, sondern schaltet nur die Schutzfunktion frei. Es werden die werkseitigen Einstellungen in der elektronischen Auslöseeinheit 200 aktiviert und können per Konfigurations-Software angepasst werden. Ohne einen zweiten Teil der elektronischen Auslöseeinheit 220 ist der elektrische Schalter 100 nicht funktionsfähig und darf nicht betrieben werden.
In 2D ist der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 gemäß 2B in einer seitlichen Ansicht dargestellt. Somit ist auch der Steckkontakt 221 sichtbar, der mit dem Steckkontakt 211 des ersten Teils der Auslöseeinheit 210 zusammenwirkt. Der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 wird somit auf den ersten Teil 210 gesteckt und dadurch kontaktiert.
In den 3, 4 und 5 wird das Zusammenspiel aus elektrischem Schalter 100, elektronischer Auslöseeinheit 200 (Electronic Trip Unit, ETU) bestehend aus einem ersten Teil der Auslöseeinheit 210 und einem zweiten Teil der Auslöseeinheit 220 dargestellt. Entsprechend den Varianten in den 3, 4 und 5 umfasst der erste Teil der Auslöseeinheit 210 immer die variantenunabhängigen Schutz- und Messfunktionen 511. Zusätzlich umfasst der erste Teil der Auslöseeinheit 210 eine interne Schnittstelle 601, die über einen Datenkanal 600 mit der internen Schnittstelle 602 des zweiten Teils der Auslöseeinheit 220 kommuniziert. Der Datenkanal 600 kann drahtgebunden, optisch oder mittels einer Funkverbindung realisiert werden. Bei einer drahtgebundenen Verbindung kann beispielsweise ein Stecker entsprechend den 1B und 2D zum Datenaustausch zwischen dem ersten Teil der Auslöseeinheit 210 und dem zweiten Teil der Auslöseeinheit 220 dienen.
Bei einer optischen Verbindung zwischen erstem Teil der Auslöseeinheit 210 und zweitem Teil der Auslöseeinheit 220 befindet sich in jedem Teil jeweils ein optischer Sender und Empfänger.
Ebenso ist es möglich, dass der Datenkanal 600 mittels einer Funkverbindung realisiert ist. Beispielsweise kann dies eine NFC-, Bluetooth- oder WiFi-Verbindung sein. Diese Verbindung kann des Weiteren zur Übertragung von Daten zu einem mobilen Endgerät verwendet werden. Dieses Endgerät kann beispielsweise ein Smartphone oder Tablett-Computer sein. Somit ist es einem Operateur möglich, die elektronische Auslöseeinheit 200 mittels eines Smartphones oder Tablett-Computers zu konfigurieren oder der Zustand des elektronischen Auslöseeinheit 200 anzuzeigen.
Entsprechend den 3, 4 und 5 umfasst der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 die variantenabhängigen Schutz- und Messfunktionen 521. Mit diesen variantenabhängigen Schutz- und Messfunktionen 521 ist es dem Benutzer möglich, die elektronische Auslöseeinheit 200 für seine Bedürfnisse zu konfigurieren. Unterschiedliche zweite Teile der Auslöseeinheit 220 können einen unterschiedlichen Funktionsumfang umfassen, was herstellerseitig festgelegt werden kann.
Der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 umfasst ein Authentifizierungsmodul 522 gemäß den 3, 4 und 5. Dieses Authentifizierungsmodul 522 stellt sicher, dass der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 ein zugelassenes Bauteil zur Konfiguration der elektronischen Auslöseeinheit 200 ist und eine sichere Kommunikation zwischen dem ersten Teil der Auslöseeinheit 210 und dem zweiten Teil der Auslöseeinheit 220 geschieht.
In 3 ist die Test- und Parameterschnittstelle 519 im ersten Teil der Auslöseeinheit 210 integriert. Im Gegensatz dazu ist bei der Variante nach 4 diese Test- und Parameterschnittstelle 529 im zweiten Teil der Auslöseeinheit 220 integriert.
Gemäß 3 umfasst die Variante des zweiten Teils der Auslöseeinheit 220 Bedienelemente 523, wie beispielsweise Drehcodierschalter, DIP-Schalter, Steuertasten für ein Display oder einen Touchscreen. Das Display 524 dient zum Anzeigen der Zustände der elektronischen Auslöseeinheit 200.
Der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 umfasst eine Funkverbindung 525, die beispielsweise eine NFC-, eine Bluetooth- oder eine WiFi-Verbindung sein kann.
Im Gegensatz zu 3 ist in der Variante in der Darstellung der 4 die Test- und Parameterschnittstelle 529 im zweiten Teil der Auslöseeinheit 220 implementiert.
In der Variante nach 5 sind keine Bedienelemente im zweiten Teil der Auslöseeinheit 220 enthalten, sondern stattdessen ein Touchscreen 526, der der Bedienung der elektronischen Auslöseeinheit 200 dient und des Weiteren auch als Display zum anzeigen der Einstellungen der elektronischen Auslöseeinheit.
In den 6A, 6B und 6C ist eine weitere Variante dargestellt. Bei dieser Variante sind keine Bedienelemente im zweiten Teil der Auslöseeinheit 220 enthalten, sondern es handelt sich um einen reinen Stecker (VIP: „Variant Identification Plug“), der die vom Kunden bestellten und bezahlten Schutzfunktionen freischaltet. Der erste Teil der Auslöseeinheit 220 enthält Bedienelemente 216; 217 und ein Anzeigeelement 215. Die Bedienelemente können ebenfalls beispielsweise Drehcodierschalter, DIP-Schalter oder Steuertasten für ein Display oder einen Touchscreen sein. Das Display 215 dient zum Anzeigen der Zustände der elektronischen Auslöseeinheit 200.
Ein dritter Teil der Auslöseeinheit, der ebenfalls wie der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 als Stecker („Rating Plug“) ausgebildet ist, kann der Einstellung des Bemessungsstroms der Auslöseeinheit dienen. Dieser dritte Teil der Auslöseeinheit kann in den ersten Teil der Auslöseeinheit 210 eingesteckbar ausgebildet sein.
Der erste Teil der Auslöseeinheit 210 beinhaltet alle Schutzfunktionen und die Messfunktionen und hat für die Schutzfunktionen alle notwendigen Hard- und Softwarefunktionen. Der erste Teil der Auslöseeinheit 210 ist somit variantenunabhängig und soll in allen Leistungsschaltern 100 gleich sein. Der Leistungsschalter 100 wird mit dem ersten Teil der Auslöseeinheit 210 in einer zentralen Fertigungsstätte des Herstellers nach Norm IEC 60947-2 stückgeprüft. Der erste Teil der Auslöseeinheit 210 ohne zweiten Teil der Auslöseeinheit 220 besitzt beispielsweise nur den Grundschutz LI in den kleinsten Einstellwerten.
Der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 beinhaltet variantenabhängig die Einstellmöglichkeiten der Schutzfunktionen und die Messfunktionen und schaltet im ersten Teil der Auslöseeinheit 210 die jeweiligen Schutz- und Messfunktionen frei. Je nach Variante kann sich das Bedien- und Anzeigekonzept des zweiten Teils der Auslöseeinheit 220 ändern.
Der erste Teil der Auslöseeinheit 210 ist fest mit dem elektrischen Schalter 100 verbunden. Dies kann beispielsweise ein Leistungsschalter sein.
Der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 ist montierbar und abnehmbar am elektrischen Schalter 100 ausgebildet. In einer Variante ist der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 auf dem ersten Teil der Auslöseeinheit 210 abnehmbar montiert.
Der erste Teil der Auslöseeinheit 210 beinhaltet alle Schutzfunktionen und die Messfunktionen. Die Funktionen werden im ersten Teil der Auslöseeinheit 210 durch den zweiten Teil der Auslöseeinheit 220 freigeschaltet. Der erste Teil der Auslöseeinheit 210 zusammen mit dem zweiten Teil der Auslöseeinheit 220 bestimmen die elektronische Auslöseeinheit-Versionen, beispielsweise LI, LSI, LSIG usw..
Der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 ist variantenabhängig und beinhaltet nur die Schutz- und Messfunktionen, die der Kunde gekauft hat. Der zweite Teil der Auslöseeinheit 220 schaltet diese Funktion im ersten Teil der Auslöseeinheit 210 frei.
Die Test- und Parametrier-Schnittstelle 519 bzw. 529 kann im ersten Teil der Auslöseeinheit 210 oder im zweiten Teil der Auslöseeinheit 220 integriert sein. Die Test- und Parametrier-Schnittstelle kann modular aufgebaut sein und kundenseitig getauscht werden.
Optional kann der erste Teil der Auslöseeinheit 210 oder zweite Teil der Auslöseeinheit 220 mit einer Wireless-Verbindung 525 wie beispielsweise NFC, Bluetooth oder WiFi ausgestattet werden. Diese Verbindung kann unter anderem dazu genutzt werden, Daten oder Messwerte auf einem Smartphone oder Tablett-Computer anzuzeigen.
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

IEC 60947-2 [0004]
EN 60947-2 Niederspannungsschaltgeräte – Teil 2: 2014-01 [0004]
Norm IEC 60947-2 [0045]

Claims

Elektrischer Schalter (100) zum Schalten eines elektrischen Stroms umfassend eine elektronische Auslöseeinheit (200) (Electronic Trip Unit, ETU), dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseeinheit zweiteilig ausgebildet ist und der erste Teil der Auslöseeinheit (210) fest mit dem elektrischen Schalter (100) verbunden ist und Schutzfunktionen des elektrischen Schalters (100) beinhaltet und der zweite Teil der Auslöseeinheit (220) montierbar und abnehmbar am elektrischen Schalter (100) ausgebildet ist und die für den Kunden freigeschalteten Schutzfunktionen definiert.
Elektrischer Schalter (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Authentifizierung zwischen erstem Teil der Auslöseeinheit (210) und zweitem Teil der Auslöseeinheit (220) die Kommunikation zwischen diesen beiden Teilen sicherstellt.
Elektrischer Schalter (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zweite Teil der Auslöseeinheit (220) auf dem ersten Teil der Auslöseeinheit (210) abnehmbar montiert ist.
Elektrischer Schalter (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zweite Teil der Auslöseeinheit (220) im am elektrischen Schalter (100) montierten Zustand mittels einer drahtgebundenen, mittels einer optischen oder mittels einer Funk-Verbindung mit dem ersten Teil der Auslöseeinheit (210) kommuniziert.
Elektrischer Schalter (100) gemäß Anspruch 4, bei dem die Funk-Verbindung zwischen dem ersten Teil der Auslöseeinheit (210) und dem zweiten Teil der Auslöseeinheit (220) eine NFC-, Bluetooth- oder WiFi-Verbindung ist.
Elektrischer Schalter (100) gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, bei dem die Funk-Verbindung zur Übertragung von Daten zu einem mobilen Gerät verwendet werden kann.
Elektrischer Schalter (100) gemäß Anspruch 6, bei dem das mobile Gerät ein Smartphone oder Tablett-Computer ist.
Elektrischer Schalter (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die drahtgebundene Verbindung zwischen erstem Teil der Auslöseeinheit (210) und zweitem Teil der Auslöseeinheit (220) einen Steckkontakt umfasst.
Elektrische Schalter (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Teil der Auslöseeinheit (220) zusätzliche Bedien-(226; 227) und Anzeigeelemente (225) umfasst.
Elektrische Schalter (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite Teil der Auslöseeinheit (220) einen Touchscreen als Bedien- und Anzeigeelement umfasst.
Elektrische Schalter (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Teil der Auslöseeinheit (210) zusätzliche Bedien-(216; 217) und Anzeigeelemente (215) umfasst.
Elektrische Schalter (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Teil der Auslöseeinheit (210) einen Touchscreen als Bedien- und Anzeigeelement umfasst.
Elektrischer Schalter (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der elektrische Schalter (100) ein Leistungsschalter ist.