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Title:
STATE MONITORING OR DIAGNOSTICS SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/175206
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a state monitoring or diagnostics system as well as a method for monitoring the state of or diagnosing devices (12), in particular for over-voltage protection devices (22), and for transmitting measured values. Each device (12) comprises a function component (22) that is to be monitored and a monitoring and transmission unit (28), said monitoring and transmission unit consisting solely of a resonator circuit (24) which is composed of passive electrical components without a microchip, in particular without an RFID transponder. The information to be retrieved is based on the resonance frequency of the resonator circuit.

Inventors:
BENT, Roland (Kleeweg 12, Detmold, 32758, DE)
KALHOFF, Johannes (Waldstr. 24a, Blomberg, 32825, DE)
Application Number:
EP2012/002618
Publication Date:
December 27, 2012
Filing Date:
June 21, 2012
Export Citation:
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Assignee:
PHOENIX CONTACT GMBH & CO KG (Flachsmarktstraße 8, Blomberg, 32825, DE)
BENT, Roland (Kleeweg 12, Detmold, 32758, DE)
KALHOFF, Johannes (Waldstr. 24a, Blomberg, 32825, DE)
International Classes:
H02H3/04; G06K19/07; H01R31/00; H01T1/12; H03K17/18
Foreign References:
US20020021226A12002-02-21
DE10248640A12004-04-29
EP1172638A12002-01-16
US5680106A1997-10-21
DE102004006987B32005-08-04
DE102004006987B32005-08-04
Attorney, Agent or Firm:
MERGEL, Volker (Blumbach Zinngrebe, Alexandrastrasse 5, Wiesbaden, 65187, DE)
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Claims:
Patentansprüche :

Zustandskontroll- oder Diagnosesystem für Geräte (12), wobei die Geräte (12) eweils eine Überwachungsund Übertragungseinrichtung (28) zum Überwachen eines Funktionsbausteins (22) in dem jeweiligen Gerät (12) und zum Übertragen einer Information über den

momentanen Zustand des Funktionsbausteins (22)

umfassen,

wobei ein Lesegerät (42) zum kontaktlosen Auslesen der Überwachungs- und

Übertragungseinrichtungen (28) umfasst ist,

wobei die Überwachungs- und

Übertragungseinrichtungen (28) jeweils lediglich aus einem Resonatorschaltkreis (24) aus passiven

elektrischen Bauelementen (32, 34, 36) bestehen,

wobei der Resonatorschaltkreis (24) derart an den zu überwachenden und in dem Gerät (12) eingebauten Funktionsbaustein (22) gekoppelt ist, dass eine

Zustandsänderung des Funktionsbausteins (22)

automatisch eine Veränderung der Resonanzfrequenz (f) oder eine Unterbrechung des Resonatorschaltkreises (24) bewirkt, so dass der Resonatorschaltkreis (24) als Informationsträger für den Zustand des

Funktionsbausteins (22) wirkt, dergestalt dass die Information über den jeweiligen Zustand des

Funktionsbausteins (22) lediglich in der

Resonanzfrequenz (f) des Resonatorschaltkreises (24) begründet liegt und

wobei das Lesegerät (42) die momentane Resonanzfrequenz des Resonatorschaltkreises (24) abfragt und anhand der ermittelten Resonanzfrequenz oder anhand der Abwesenheit einer Signalantwort (46) des Resonatorschaltkreises (24) den momentanen Zustand des Funktionsbausteins (22) feststellt.

Zustandskontroll- oder Diagnosesystem nach Anspruch 1, wobei die Information eine Diagnose-, Konfigurationsoder Statusinformation des Funktionsbausteins ist.

Zustandskontroll- oder Diagnosesystem nach Anspruch 2, wobei die Information eine Diagnoseinformation über den Funktionsbaustein ist und der Resonatorschaltkreis in einem Normalzus and des Funktionsbausteins eine erste Sollresonanzfrequenz (f0) aufweist und in einem

Fehlerzustand eine zweite von der Sollresonanzfrequenz abweichende Resonanzfrequenz (f') aufweist oder

unterbrochen ist, und das Lesegerät

i) bei Übereinstimmung der beim Abfragen

ermittelten Resonanzfrequenz mit der

Sollresonanzfrequenz das Vorliegen des Normalzustands und

ii) bei Abweichung der beim Abfragen ermittelten Resonanzfrequenz von der Sollresonanzfrequenz oder bei Abwesenheit einer Signalantwort das Vorliegen des

Fehlerzustands feststellt.

Zustandskontroll- oder Diagnosesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Überwachungs - und Übertragungseinrichtung (28) von dem Lesegerät (42) dadurch ausgelesen wird, dass das Lesegerät (42) den Resonatorschaltkreis (24) mittels eines

elektromagnetischen AnregungsSignals (44) zum Schwingen anregt und anhand der Signalantwort (46) die momentane Resonanzfrequenz des Resonatorschaltkreises (24) der Überwachungs- und Übertragungseinrichtung bestimmt, um in Ansprechen auf die ermittelte Resonanzfrequenz oder das Ausbleiben einer Signalantwort (46) den Zustand des Funktionsbausteins (22) festzustellen.

Zustandskontroll- oder Diagnosesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Überwachungs- und Übertragungseinrichtung (28) lediglich aus einem elektrischen Schwingkreis (26) , aus Impedanzen (36) , Kondensatoren (32), Induktivitäten (34) und/oder

Piezoelementen besteht.

Zustandskontroll- oder Diagnosesystem nach Anspruch 5, wobei bei Vorliegen des Fehlerzustands der Schwingkreis (26) unterbrochen oder dessen Frequenz durch Einwirkung auf die Impedanzen (36), Kapazitäten (32) ,

Induktivitäten (34) und/oder Piezoelemente des

Schwingkreises (26) verändert wird.

Zustandskontroll- oder Diagnosesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Überwachungs- und Übertragungseinrichtung (28) Energie-autark ist und keine elektrische Versorgung von Seiten des zu

überwachenden Geräts (12) aufweist.

Zustandskontroll- oder Diagnosesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Funktionsbaustein ein Überspannungsschutzbaustein (22) ist und der

Resonatorschaltkreis (24) eine Sicherung (48, 54) umfasst, wobei die Sicherung (48, 54) an den

Überspannungsschutzbaustein gekoppelt ist, dergestalt dass beim Auftreten einer Überspannung in dem Gerät (12) die Sicherung (48, 54) auslöst, wobei vermittels der Auslösung der Resonatorschaltkreis (24) unterbrochen oder seine Resonanzfrequenz (f) verändert wird.

Zustandskontroll- oder Diagnosesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Resonatorschaltkreis (24) und das Gerät (12) komplementäre Steckkontakte (52) aufweisen, so dass die Überwachungs- und

Übertragungseinrichtung (28) lösbar mit dem Gerät (12) verbindbar ist.

Zustandskontroll- oder Diagnosesystem nach Anspruch 9, wobei das Gerät (12) eine thermische Sicherung (54) umfasst, welche in dem Gerät (12) angeordnet ist und beim Verbinden der Steckverbindung (52) zwischen dem Resonatorschaltkreis (24) und dem Gerät (12) zu einem Teil des Resonatorschaltkreises (24) wird, so dass die Sicherung (54) die Resonanzfrequenz des

Resonatorschaltkreises (24) beeinflusst, wenn die

Sicherung (54) intakt ist und die Sicherung (54) in dem zusammen gesteckten Zustand die Resonanzfrequenz (f) des Resonatorschal kreises (24) verändert, wenn die Sicherung (54) durchbrennt.

Zustandskontroll- oder Diagnosesystem nach Anspruch 10, wobei der Resonatorschaltkreis (24) zwei parallel geschaltete Kondensatoren (32a, 32b) umfasst, welche mittels der thermischen Sicherung (54) verbunden sind, wenn der Resonatorschaltkreis (24) auf das Gerät (12) aufgesteckt ist und wobei einer der beiden

Kondensatoren (32a, 32b) aus dem Resonatorschaltkreis (24) genommen wird, wenn die thermische Sicherung (54) durchbrennt, wodurch sich die Resonanzfrequenz (f) des Resonatorschaltkreises (24) verändert.

Zustandskontroll- oder Diagnosesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine Vielzahl von Geräten (12) mit jeweils einer Überwachungs- und

Übertragungseinrichtung (28) , wobei die Überwachungsund Übertragungseinrichtungen (28) der Geräte

unterschiedliche Sollresonanzfrequenzen (foi, f02, fo3) aufweisen und das Lesegerät (42) die verschiedenen Geräte (12) anhand der unterschiedlichen

Sollresonanzfrequenzen (foi, f02/ I03) unterscheiden kann .

Zustandskontroll- oder Diagnosesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sollresonanzfrequenz (f0) des Resonatorschaltkreises (24) vom Benutzer einstellbar ist.

Verfahren zur Zustandskontrolle oder Diagnose von Geräten, wobei die Geräte (12) jeweils einen zu überwachenden Funktionsbaustein (22) und eine

Überwachungs- und Übertragungseinrichtung (28)

umfassen, um eine Information über den

Funktionsbaustein (22) zu speichern und abfragen zu können, wobei die Überwachungs- und

Übertragungseinrichtung (28) lediglich aus einem

Resonatorschaltkreis aus passiven elektrischen

Bauelementen (32, 34, 36) besteht,

wobei der Resonanzfrequenz (f) des

Resonatorschaltkreises (24) ein Funktionszustand zugeordnet wird,

wobei die Resonanzfrequenz (f) des

Resonatorschaltkreises (24) automatisch durch den Funktionsbaustein (22) verändert oder der

Resonatorschaltkreis (24) unterbrochen wird,

wobei der Resonatorschaltkreis (24) von einem Lesegerät (42) elektromagnetisch angeregt wird und das Lesegerät (42) anhand der Signalantwort (46) des

Resonatorschaltkreises (24) dessen momentane

Resonanzfrequenz ermittelt und

wobei das Lesegerät (42) den Funktionszustand des Funktionsbausteins (22) anhand der ermittelten

Resonanzfrequenz des Resonatorschaltkreises (24) bzw. des Fehlens einer Signalantwort (46) des

Resonatorschaltkreises (24) feststellt.

System zur Messung und kontaktlosen Übertragung von Messwerten, umfassend zumindest ein Gerät mit einer Messeinrichtung zur Messung einer physikalischen

Messgröße und ein Lesegerät (42),

wobei das Gerät einen Resonatorschaltkreis (24a, 24b, 24c) aufweist, welcher lediglich aus passiven elektrischen Bauelementen (32, 34, 36) besteht,

wobei die Messeinrichtung zur Messung der

physikalischen Messgröße mit dem Resonatorschaltkreis (24a, 24b, 24c) gekoppelt ist, dergestalt dass der von der Messeinrichtung gemessene Wert der Messgröße die Resonanzfrequenz (fi, f2/ f3) des Resonatorschaltkreises (24a, 24b, 24c) in vorbestimmter Weise beeinflusst, so dass die Resonanzfrequenz (fx, f2, f3) des

Resonatorschaltkreises (24a, 24b, 24c) eine Funktion des gemessenen Wertes der Messgröße ist,

wobei der Resonatorschaltkreis (24a, 24b, 24c) von dem Lesegerät (42) elektromagnetisch anregbar ist und das Lesegerät (42) anhand der Signalantwort (46) des Resonatorschaltkreises (24a, 24b, 24c) dessen momentane Resonanzfrequenz ermittelt und wobei das Lesegerät (42) Mittel zur Bestimmung des momentanen Wertes der Messgröße anhand der

ermittelten Resonanzfrequenz des Resonatorschaltkreises (24a, 24b, 24c) aufweist.

16. Verfahren zur kontaktlosen Übertragung von Messwerten von Geräten zu einem Lesegerät (42),

wobei die Geräte jeweils eine Messeinrichtung zur Messung einer physikalischen Messgröße aufweisen,

wobei die Geräte jeweils einen

Resonatorschaltkreis (24a, 24b, 24c) aufweisen, welcher lediglich aus passiven elektrischen Bauelementen (32,

34, 36) besteht,

wobei die Messeinrichtung mit dem

Resonatorschaltkreis (24a, 24b, 24c) gekoppelt ist, dergestalt dass der von der Messeinrichtung gemessene

Wert der Messgröße die Resonanzfrequenz (fi, f2, f3) des

Resonatorschaltkreises (24a, 24b, 24c) in vorbestimmter Weise beeinflusst, so dass die Resonanzfrequenz (fx, f2, f3) des Resonatorschaltkreises eine Funktion des gemessenen Wertes der Messgröße ist,

wobei der Resonatorschaltkreis (24a, 24b, 24c) von dem Lesegerät (42) elektromagnetisch angeregt wird und das Lesegerät (42) anhand der Signalantwort (46) des Resonatorschaltkreises dessen momentane

Resonanzfrequenz ermittelt und

wobei das Lesegerät (42) den momentanen Wert der

Messgröße anhand der ermittelten Resonanzfrequenz des Resonatorschaltkreises (24a, 24b, 24c) und der in dem

Messgerät hinterlegten Funktion bestimmt.

Description:
Zustandskontroll- oder DiagnoseSystem

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Zustandskontroll- oder

Diagnosesystem sowie ein Verfahren zur Zustandskontrolle oder Diagnose von Geräten, insbesondere für

Überspannungsschutzschutzgeräte sowie ein System und

Verfahren zum Übertragen von Messwerten.

Hintergrund der Erfindung

Überspannungen sind potentielle Störfaktoren, die Schäden oder Zerstörungen in elektrischen Geräten verursachen können. Daher werden in vielen Bereichen der

Elektrotechnik, z.B. in der Stromversorgungstechnik, der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik, der

Informationstechnik und für Sende- und Empfangsanlagen Überspannungsschutzgeräte eingesetzt. Beispiele hierzu finden sich z.B. unter

www.phoenixcontact . de/ueberspannungsschutz .

Überspannungsschutzgeräte sind zwar dafür ausgelegt, hohen Stoßstrombelastungen Stand zu halten. Dennoch können energiereiche Überspannungs-Einkopplungen die Schutzgeräte überlasten. Wenn ein Überspannungspuls auftritt, kann es vorkommen, dass dieser zwar ordnungsgemäß von dem

Überspannungsschützgerät abgeleitet wird, das

Überspannungsschutzgerät aber selbst einen Schaden

davonträgt. Dann funktioniert das Überspannungsschutzgerät

BESTÄTIGUNGSKOPIE möglicherweise beim nächsten Auftreten einer Überspannung nicht mehr ordnungsgemäß und dann könnte ein Schaden an der elektrischen Anlage auftreten, welcher gerade durch das Überspannungsschutzgerät vermieden werden soll. Damit die Überspannungsschü z-Maßnahme immer wirksam ist, werden daher die Überspannungsabieiter gelegentlich überprüft. Hierzu werden die, häufig als Wechselmodule ausgestaltete, Überspannungsschutzgeräte vom Nutzer aus der Anlage

entfernt und in ein Prüfgerät eingesetzt, um dort geprüft zu werden.

Aus der DE 10 2004 006 987 B3 ist ferner bekannt, RFID- Transponder zur Zustandskontrolle und Protokollierung von Überspannungsschütz-Geräten zu verwenden, um eine

Fernabfrage zu ermöglichen. Dabei wird eine bekannte

Fehlererkennungseinheit verwendet, welche über einen RFID- Transponder ausgelesen und abgefragt wird. Im Fehlerfall des Überspannungsschutzgeräts wird die

Fehlererkennungseinheit veranlasst, den Transponder- Antennenkreis kurzzuschließen, zu unterbrechen oder die Schwingkreisfrequenz des Transponder-Antennenkreises zu verändern .

Die Verwendung von RFID-Transpondern, insbesondere in

Überspannungsschutzgeräten birgt allerdings die Gefahr, dass gerade die RFID-Transponder von einem

elektromagnetischen Puls zerstört werden können.

Problematisch bei dem in DE 10 2004 006 987 beschriebenen Verfahren ist dabei, dass unter Umständen nicht

unterschieden werden kann, ob der RFID-Transponder zerstört ist oder die Fehlererkennungseinheit angesprochen hat.

Möglicherweise wird nämlich der RFID-Transponder zerstört und das Überspannungsschutzgerät selbst ist aber noch funktionsfähig. Das kann zu einem unnötigen und

kostenträchtigen Austausch führen. Ferner haben RFID- Transponder eine geringe elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) , was besonders für die genannten Anwendungen

problematisch ist. Im Übrigen ist die Verwendung von RFID- Transpondern aufwändig und kostenträchtig, was deren

Einsatz auf komplexere Gerätschaften beschränkt.

Allgemeine Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein

Zustandskontroll- oder Diagnosesystem bzw. ein Verfahren zur Zustandskontrolle oder Diagnose von Geräten bereit zu stellen, welches einfach aufgebaut und kostengünstig ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein

Zustandskontroll- oder Diagnosesystem bzw. ein Verfahren zur Zustandskontrolle oder Diagnose von Geräten bereit zu stellen, welches eine hohe elektromagnetische

Verträglichkeit aufweist und unempfindlich, insbesondere gegen Überspannungen und elektromagnetische Pulse (sog. EMP) , insbesondere gegen elektromagnetische Pulse eines Blitzschlags (sog. LEMP) ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Übertragung von Messwerten bereit zu stellen, welches ohne eigene elektrische Versorgung auskommt und äußert einfach und kostengünstig ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte

Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert . Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass

Information von der Resonanzfrequenz eines

Resonatorschaltkreises repräsentiert wird und durch

elektromagnetische Anregung des Resonatorschaltkreises und Messung der Resonanzfrequenz anhand der Signalantwort ausgelesen wird. Die Signalantwort ist die (abklingende) elektromagnetische Resonanzschwingung des

Resonatorschaltkreises . Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein

Zustandskontroll- oder Diagnosesystem für Geräte,

insbesondere elektronische und elektromechanische Geräte bereit gestellt. Jedes der Geräte umfasst einen

Funktionsbaustein, welcher in dem Gehäuse des Gerätes untergebracht ist. Dieser Funktionsbaustein kann z.B. ein

Überspannungsschutzbaustein sein und soll mit der Erfindung überwacht werden, wobei die Erfindung in ihrer allgemeinen Form aber nicht auf die Überwachung von

ÜberspannungsSchutzbausteinen beschränkt ist.

Das Gerät umfasst ferner eine Überwachungs- und

Übertragungseinrichtung, welche den Funktionsbaustein in dem Gerät überwacht und eine Information über den

momentanen Zustand des Funktionsbaustein übertragen kann. Die Information über den Zustand kann im einfachsten Fall lediglich die binäre Information sein, nämlich dass der Funktionsbaustein entweder noch funktionsfähig ist oder dass er möglicherweise beschädigt ist. Das Abfragen der Information erfolgt durch ein Lesegerät, welches die

Überwachungs- und Übertragungseinrichtungen der Geräte ausliest . Die Überwachungs- und Übertragungseinrichtung jedes Gerätes besteht jeweils lediglich aus einem Resonatorschaltkreis aus passiven elektrischen Bauelementen. Passive elektrische Bauelemente sind z.B. Widerstände (Impedanzen),

Kondensatoren (Kapazitäten), Induktivitäten (z.B. Spulen) und/oder Piezoelemente . Die Überwachungs- und

Übertragungseinrichtung enthält dabei keine aktiven

Bauelemente, wie z.B. integrierte Halbleiterschaltungen (Mikrochips) . Die Überwachungs- und Übertragungseinrichtung enthält insbesondere keinen RFID-Transponder oder RFID-

Chip, so dass keine Gefahr besteht, dass diese gestört oder z.B. bei einer Überspannung beschädigt werden.

Der Resonatorschaltkreis ist nun derart an den zu

überwachenden und in dem Gerätegehäuse angeordneten

Funktionsbaustein gekoppelt, dass eine Zustandsänderung des Funktionsbausteins automatisch eine Veränderung der

Resonanzfrequenz oder eine Unterbrechung des

Resonatorschaltkreises bewirkt. Somit wirkt der

Resonatorschaltkreis als primitiver Informationsträger für den Zustand des Funktionsbausteins, dergestalt dass die Information über den jeweiligen Zustand des

Funktionsbausteins lediglich in der Resonanzfrequenz des Resonatorschaltkreises begründet liegt. Im einfachsten Fall einer überspannungsausgelösten Unterbrechung des

Resonatorschaltkreises repräsentieren demnach das

Vorhandensein der Resonanzfrequenz und das

Nichtvorhandensein aufgrund der Unterbrechung eine 1-Bit Information über das Funktionieren oder mögliche

Nichtfunktionieren des Funktionsbausteins. Diese 1-Bit- Information ist in dem Resonanzschaltkreis entsprechend elektromagnetisch abfragbar „gespeichert" . Das Lesegerät fragt nun, z.B. auf Anforderung durch den Nutzer oder regelmäßig kontaktlos die momentane

Resonanzfrequenz des Resonatorschaltkreises ab und stellt ausschließlich anhand der ermittelten Resonanzfrequenz oder der Abwesenheit einer Signalantwort des

Resonatorschaltkreises den momentanen Zustand des

Funktionsbausteins fest und zeigt dem Nutzer den

festgestellten Zustand an. Auf die Verwendung von RFID-Transpondern wird ganz bewusst verzichtet, was den Vorteil hat, dass die Überwachungs- und Übertragungseinrichtung eine hohe elektromagnetische

Verträglichkeit aufweist und überdies generell

außerordentlich störungsunanfällig ist, insbesondere gegen die bei einem Überspannungsschutzgerät unvermeidbar

auftretenden elektromagnetischen Impulse (EMP, insbesondere LEMP) . Die abzufragende Information ist somit

ausschließlich in der Resonanzfrequenz (Betrag oder

Vorhandensein) des Resonatorschaltkreises „gespeichert". Außerdem ist der Einsatz der Erfindung wirtschaftlich nicht nur bei relativ teuren elektrischen Gerätschaften

einsetzbar, sondern ist so kostengünstig, dass die

Erfindung sogar bei sehr einfachen „Low-Cost-Produkten" , z.B. bei Steckverbindern, Klemmen etc. eingesetzt werden kann .

Die in dem Resonatorschaltkreis gespeicherte und abfragbare Information ist insbesondere eine Diagnose-,

Konfigurations- oder Statusinformation des

Funktionsbausteins. Eine Diagnoseinformation ist z.B. die ja-nein-Information (1-bit) , ob der Überspannungsschütz i) noch nicht angesprochen hat oder ii) bereits angesprochen hat und daher aus Sicherheitsgründen ausgetauscht werden sollte. Es können aber in der Resonanzfrequenz auch

komplexere Informationen „codiert" und abgefragt werden, nämlich wenn die Resonanzfrequenz des

Resonatorschaltkreises einstellbar ist. In diesem Fall wird jeder Resonanzfrequenz eine bestimmte Information

zugeordne .

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft, wie vorstehend erläutert, die Diagnose, lediglich ob der

Funktionsbaustein noch unversehrt ist oder möglicherweise einen Schaden aufweist und ausgetauscht werden sollte. D.h. die Information ist vorzugsweise eine binäre (1-bit)

Diagnoseinformation über den Funktionsbaustein. In diesem Fall weist der Resonatorschaltkreis in einem Normalzustand des Funktionsbausteins eine erste Sollresonanzfrequenz auf und in einem Fehlerzustand ist der Resonatorschaltkreis unterbrochen, so dass keine Signalantwort beim Abfragen erfolgt. Alternativ kann auch bei dieser 1-bit Information der Fehlerzustand durch eine zweite von der

Sollresonanzfrequenz abweichende Resonanzfrequenz

signalisiert werden.

Das Lesegerät ermittelt i) bei Übereinstimmung der beim Abfragen ermittelten Resonanzfrequenz mit der

Sollresonanzfrequenz das Vorliegen des Normalzustands und ii) bei Abweichung der beim Abfragen ermittelten

Resonanzfrequenz von der Sollresonanzfrequenz oder bei Abwesenheit einer Signalantwort das Vorliegen des

Fehlerzustands und zeigt den ermittelten Normal- bzw.

Fehlerzustand an.

Hierzu wird die Überwachungs- und Übertragungseinrichtung von dem Lesegerät dadurch ausgelesen, dass das Lesegerät ein elektromagnetisches Anregungssignal einer definierten Frequenz, insbesondere der Sollresonanzfrequenz erzeugt und den Resonatorschaltkreis hiermit zum Schwingen anregt. Das Lesegerät empfängt anschließend die Signalantwort des

Resonatorschaltkreises auf die Anregung und bestimmt anhand der Signalantwort die momentane Resonanzfrequenz des

Resonatorschaltkreises der Überwachungs- und

Übertragungseinrichtung, um in Ansprechen auf die

ermittelte Resonanzfrequenz oder das Ausbleiben einer

Signalantwort den Zustand des Funktionsbausteins

festzustellen.

Die Überwachungs- und Übertragungseinrichtung besteht also insbesondere lediglich aus einem elektrischen Schwingkreis, umfassend Impedanzen, Kapazitäten, Induktivitäten und/oder Piezoelementen, allesamt passive elektrische Bauelemente, die sehr unempfindlich und kostengünstig sind. Bei

Vorliegen des zweiten Zustands bzw. Fehlerzustands wird der Schwingkreis entweder unterbrochen, so dass er keine

Signalantwort mehr geben kann oder seine Frequenz wird durch Einwirkung auf die Impedanzen, Kapazitäten,

Induktivitäten und/oder Piezoelemente verändert. Z.B.

können mittels thermischer oder mechanischer Auslösung Teile der Impedanz, der Kapazität, der Induktivität

und/oder von Piezoelementen von dem Schwingkreis getrennt werden, so dass sich die Resonanzfrequenz des

Schwingkreises verändert.

Der Schwingkreis wird vorzugsweise durch das Lesegerät angeregt und seine Signalantwort auf die Anregung wird von dem Lesegerät empfangen. Demnach benötigt die Überwachungsund Übertragungseinrichtung keine elektrische

Energieversorgung durch das zu überwachende Gerät, ist also Energie-autark. Somit funktioniert die Überwachungs- und Übertragungseinrichtung auch noch, wenn das Gerät aufgrund eines Fehlerfalls keine Energieversorgung mehr besitzt und lässt sich für Geräte verwenden, die selbst überhaupt keine Energieversorgung besitzen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Erfindung für Überspannungsschutzgeräte verwendet. Ein Beispiel auf welches hiermit Bezug genommen wird ist die Baureihe „TRABTECH" der Anmelderin (vgl.

www.phoenixcontact.de/ueberspannungsschutz). Hierbei ist der Funktionsbaustein also ein Überspannungsschutzbaustein. Für Überspannungsschutzgeräte umfasst der

Resonatorschaltkreis vorzugsweise eine Sicherung. Die

Sicherung ist so an den Überspannungsschutzbaustein

gekoppelt, dass beim Auftreten einer Überspannung, die von dem Überspannungsschutzbaustein abgeleitet wird, in dem Gerät die Sicherung auslöst. Die Auslösung der Sicherung unterbricht den Resonatorschaltkreis oder verändert seine Resonanzfrequenz durch Einwirken auf die Impedanz,

Kapazität, Induktivität und/oder Piezoelemente . Die

Sicherung ist vorzugsweise eine thermische Sicherung, welche ausgelöst durch die Überspannung durchbrennt, es kann aber auch eine mechanisch auslösbare Sicherung

vorgesehen sein.

Die Überspannung wird zwar durch den

Überspannungsschutzbaustein sicher abgeleitet, allerdings kann nun erfindungsgemäß von außen kontaktlos mittels der elektromagnetischen Antwortschwingungen der Schwingkreise festgestellt werden, ob und welches

Überspannungsschützgerät eine Überspannung abgeleitet hat. Dieses muss zwar nicht zwingend defekt sein, aber mit der Erfindung wird ermöglicht, das Überschutzgerät aus

Sicherheitsgründen auszutauschen, wenn es ausgelöst hat.

Es ist ferner vorteilhaft, den Resonatorschaltkreis und das Gerät jeweils mit zueinander komplementären Steckkontakten auszustatten, so dass die Überwachungs- und

Übertragungseinrichtung lösbar mit dem Gerät verbindbar ist. Dies hat den Vorteil, dass der Nutzer durch Aufstecken der Überwachungs- und Übertragungseinrichtung an das Gerät, selbst entscheiden kann, welche Geräte mit der Erfindung ausgerüstet oder ggf. nachgerüstet werden. In diesem Fall ist es ferner vorteilhaft, wenn die thermische Sicherung in dem Gerät, genauer in dem Gehäuse des zu überwachenden Geräts angeordnet ist und beim Verbinden der

Steckverbindung zwischen dem Resonatorschaltkreis und dem Gerät zu einem Teil des Resonatorschaltkreises wird. Somit wird die Sicherung beim Zusammenstecken zu einem Teil des Resonatorschaltkreises und beeinflusst dann dessen

Resonanzfrequenz , solange die Sicherung intakt ist. Wenn die Sicherung durchbrennt, verändert sich die

Resonanzfrequenz oder der Resonatorschaltkreis wird

unterbrochen.

Zweckmäßig umfasst der Resonatorschaltkreis zwei parallel geschaltete Kondensatoren, welche mittels der thermischen

Sicherung verbunden sind, wenn der Resonatorschaltkreis auf das Gerät aufgesteckt ist. Wenn die Sicherung durchbrennt, wird dadurch einer der beiden Kondensatoren aus dem

Schwingkreis genommen, wodurch sich die Resonanzfrequenz des Resonatorschaltkreises verändert.

Damit das Lesegerät geräteselektiv sein kann, d.h. nur ein bestimmtes einer Mehrzahl von zu überwachenden Geräten abfragt, wird z.B. die Sende- und Empfangsreichweite so kurz gewählt, dass der Nutzer das Handgerät unmittelbar an das abzufragende Gerät heranführen muss, um die Information zu übertragen, d.h. den Schwingkreis anzuregen und das Antwortsignal zu empfangen. Allerdings lassen sich

trotzdem, obwohl die Erfindung sehr einfach ist, eine

Vielzahl von Geräten mit jeweils einer Überwachungs- und Übertragungseinrichtung nicht nur überwachen, sondern sogar unterscheiden. In diesem Fall wird eine kontaktlos

abfragbare Gerätekennung ausschließlich durch die

Sollresonanzfrequenz des Schwingkreises definiert. Mit anderen Worten weisen die mehreren Überwachungs- und

Übertragungseinrichtungen der unterschiedlichen Geräte unterschiedliche Sollresonanzfrequenzen auf. Das Lesegerät kann somit verschiedene Geräte ausschließlich anhand der unterschiedlichen Sollresonanzfrequenzen unterscheiden. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Nutzer die

Sollresonanzfrequenz des Resonatorschaltkreises selbst einstellen kann, was z.B. mittels Dip-Schaltern erfolgt. Neben dem Handgerät kann auch ein fest installiertes Sende- und Empfangsgerät genutzt werden, soweit es im Sende- und Empfangsbereich der Geräte liegt.

Es ist allerdings nicht nur möglich, Informationen über den Fehlerzustand eines Gerätes zu übertragen, was

typischerweise nur eine 1-bit-Information ist, sondern es können auch komplexere Informationen, wie z.B. Messwerte kontaktlos übertragen werden. In diesem Fall weisen die Geräte jeweils eine Messeinrichtung zur Messung einer physikalischen Messgröße und ebenfalls jeweils einen

Resonatorschaltkreis auf, welcher lediglich aus passiven elektrischen Bauelementen besteht. Der Resonatorschaltkreis ist nun derart an die Messeinrichtung gekoppelt, dass der von der Messeinrichtung gemessene Wert der Messgröße die Resonanzfrequenz des Resonatorschaltkreises in

vorbestimmter Weise beeinflusst, so dass die

Resonanzfrequenz des Resonatorschaltkreises eine stetige Funktion des gemessenen Wertes der Messgröße ist. Somit kann einer bestimmten Resonanzfrequenz ein bestimmter Wert der Messgröße zugeordnet werden. Z.B. besitzt die Kapazität des Schwingkreises ein Dielektrikum, welches seine

Dielektrizitätskonstante in Anhängigkeit des elektrischen Feldes verändert. Wird eine solche Kapazität im

elektrischen Feld eines stromdurchflossenen Leiters

angeordnet, beeinflusst die Stromstärke direkt die

Resonanzfrequenz des Schwingkreises. Allgemein wirkt der Messwert auf zumindest ein abstimmbares Element des

Schwingkreises (d.h. auf die passiven elektrischen

Bauelemente wie z.B. Impedanz, Kapazität, Induktivität oder Piezoelement ) ein. Das Lesegerät liest dann analog die Resonanzfrequenz des Resonatorschaltkreises bestehend aus ausschließlich passiven elektrischen Bauelementen aus und bestimmt ausschließlich anhand der ermittelten

Resonanzfrequenz den gemessenen Wert der Messgröße.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von

Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können. Kurzbeschreibung der Figuren

Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines

Überspannungsschutzgeräts mit einem

Resonatorschaltkreis und einem Hand-Lesegerät, Fig. 2 eine schematische Darstellung des

Überspannungsschutzgeräts aus Fig. 1 mit einem auf einer Hutschiene montierten Lesegerät,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des

Überspannungsschutzgeräts aus Fig. 1 mit einer

Ausschnittsvergrößerung des

Resonatorschaltkreises ,

Fig. 4 eine schematische der Kopplung des

Resonatorschaltkreises an den

Überspannungsschutzbaustein,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines steckbaren

Resonatorschaltkreises mit thermischer Sicherung und

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Übertragung

eines Strom-Messwertes.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Bezug nehmend auf Fig.l ist ein Überspannungsschutzgerät oder Überspannungsschutzmodul 12 auf einer Hutschiene 14, typischerweise in einem Schaltschrank (nicht dargestellt) montiert. Das Überspannungsschutzmodul 12 weist einen

Eingang 16 und einen Ausgang 18 auf und ist zweiteilig aus zwei Teilmodulen 12a und 12b aufgebaut, wobei das Teilmodul 12a auf der Hutschiene montiert ist und den

Überspannungsschutzbaustein 22 enthält. Das Teilmodul 12b ist an das Teilmodul 12a gesteckt, so dass ggf. das

Teilmodul 12b ausgetauscht werden kann, ohne das Teilmodul 12a austauschen zu müssen. Das beispielhaft dargestellte Überspannungsmodul 12 gehört der TRABTECH-Reihe der Anmelderin an. Der Überspannungsschutzbaustein 22 ist in diesem Beispiel als ein Gasabieiter mit einer

Gasentladungsröhre realisiert und ist auf der Seite des Teilmoduls 12a symbolisiert.

Das Überspannungsschutzmodul 12 weist erfindungsgemäß einen Resonatorschaltkreis 24 als Überwachungs- und

Übertragungseinrichtung 28 auf, welcher ebenfalls auf dem Modul 12 symbolisiert ist. Der Resonatorschaltkreis 24 besteht lediglich aus einem einfachen elektrischen

Schwingkreis 26 mit einer Resonanzfrequenz. Der

Schwingkreis besteht lediglich aus einem Kondensator 32, einer Induktivität 34 und zwei Impedanzen 36. Der

Schwingkreis 26 weist in dem Auslieferungszustand eine bestimmte Sollresonanzfrequenz f 0 auf. Der Schwingkreis 26 ist nun so an den Überspannungsschutzbaustein 22 gekoppelt, dass beim Auftreten einer Überspannung der

ÜberspannungsSchutzbaustein 22 derart auf den Schwingkreis 26 einwirkt, dass dieser seine Resonanzfrequenz verändert und somit nicht mehr die Sollresonanzfrequenz f 0 , sondern eine veränderte Resonanzfrequenz f f 0 aufweist. Zum Überprüfen verwendet der Benutzer, z.B. ein

Servicetechniker, ein Handlesegerät 42, welches eine elektromagnetische AnregungsSchwingung 44 mit der

Sollresonanzfrequenz f 0 aussendet. Mit der

AnregungsSchwingung 44 wird auf kurze Distanz der

Schwingkreis 26 angeregt, wenn er noch schwingungs fähig ist. Anschließend empfängt das Handlesegerät 42 die

Signalantwort 46 des Schwingkreises 26 und bestimmt die momentane Resonanzfrequenz f des Schwingkreises 26 anhand der Signalantwort 46. Die Verwendung eines Handlesegerätes 42 hat den Vorteil, dass das Handlesegerät 42 vom Servicetechniker unmittelbar in kurzer Distanz zu dem Überspannungsschutzmodul 12 gebracht werden kann und somit sogar bei identischen

Sollresonanzfrequenzen f 0 mehrerer

Überspannungsschutzmodule 12 festgestellt werden kann, welches Überspannungsschutzmodul 12 noch mit f 0 antwortet und welches nicht, da es ausgelöst hat. Bezug nehmend auf Fig.2 ist ein Diagnosesystem mit einem Lesegerät 42' dargestellt, welches in einem nicht

dargestellten Schaltschrank auf einer Hutschiene 14

montiert ist. Bei dieser Ausführungsform sind die Geräte 12 frequenzselektiv ausgebildet, wenn mehrere zu überwachende Geräte 12 in dem Schaltschrank vorhanden sind, d.h. dass unterschiedliche Geräte 12 unterschiedliche

Sollresonanzfrequenzen f 01/ f 02 , f 0 3 usw. aufweisen, mittels welcher sie unterscheidbar sind. Bezug nehmend auf Fig.3 ist eine Ausschnittsvergrößerung des Schwingkreises 26 dargestellt, welcher in diesem

Beispiel in dem Teilmodul 12a angeordnet ist. Der

Schwingkreis 26 weist mehrere Einwirkpunkte 38 auf, an denen die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 26 verändert werden kann, nämlich durch Veränderung der Kapazität des

Kondensators 32, der Induktivität der Spule 34 und/oder der Impedanz (en) 36.

Bezug nehmend auf Fig.4 ist eine beispielhafte

Ausführungsform für die Kopplung des Schwingkreises 26 an den ÜberspannungsSchutzbaustein 22 dargestellt. Der

Überspannungsschutzbaustein 22 leitet eine Überspannung gegen Erde 46 ab. Der Schwingkreis 26 umfasst eine Energie kann genutzt werden, um das Senden des Antwortsignals 46 zeitlich zu verlängern. Hierdurch wird eine verbesserte Signalqualität erreicht, die wiederum die Empfangselektronik in dem Lesegerät 42 vereinfacht, da weniger Resonanzstörungen im Empfangsspektrum entstehen.

Werden mehrere Geräte, z.B. Überspannungsmodule 12 in einer Umgebung, z.B. innerhalb eines Schaltschrankes verwendet, weisen die verschiedenen Geräte 12 in dem Schaltschrank Schwingkreise 26 mit jeweils unterschiedlicher

Sollresonanzfrequenz f 0 i, f 0 2 fo3 usw. auf. Hiermit kann das Lesegerät 42 die Signalantwort 46 eindeutig einem

bestimmten Gerät 12 zuordnen. Im einfachsten Fall werden alle Sollresonanzfrequenzen f 0 i, fo2 fo3 usw. abgefragt und das Lesegerät 42 zeigt diejenigen Geräte 12 an, welche mit der zugehörigen Sollresonanzfrequenz geantwortet haben, demnach also funktionsfähig sind und/oder zeigt diejenigen Geräte 12 an, welche keine Signalantwort gegeben haben und somit ggf. fehlerhaft sind und ausgetauscht werden sollen.

Die Geräte 12 können entweder werkseitig durch fixe

Auslieferung oder abhängig von einer Fertigungseinstellung, z. B. Typen-, Artikel- oder Seriennummer ausgeführt werden. D.h. die Sollresonanzfrequenz f 0 ist entweder werksseitig vorgegeben oder die Sollresonanzfrequenz der

Resonatorschaltkreise 24 ist projektierbar ausgeführt.

Projektierbare Geräte 12 können z.B. mechanisch codiert werden, z.B. mit Schaltern oder durch das Abbrechen von Platinenabschnitten oder durch Druck-, Widerstands-,

Dielektrizitäts- und/oder Induktivitätsänderung. Die

Veränderung der Sollresonanzfrequenz kann aber auch durch eine Parametrierungsoberfläche, z.B. eine Software mit Geräteanbindung über ein Netzwerk erfolgen, so dass der thermische Sicherung 48 in dem Schwingkreis 26, in diesem Beispiel im Bereich der Spule 34. Wenn der

Überspannungsschutzbaustein 22 eine Überspannung gegen Erde ableitet, löst die thermische Sicherung 48 mittels des in die Spule induzierten elektromagnetischen Pulses aus und unterbricht den Schwingkreis 26. Mit dem Handlesegerät 42 kann hiernach wiederum das nicht mehr Vorhandensein der Resonanzfrequenz abgefragt werden. Bezug nehmend auf Fig.5 ist ein Diagnosesystem mit einem aufgesteckten Resonatorschaltkreis 24 auf dem Gerät 12 dargestellt. Der Resonatorschaltkreis 24 und das Gerät 12 weisen zueinander komplementäre Steckkontakte 52 auf. Ein Abschnitt 54 der Leiterbahn 56 des Gerätes 22 verbindet im aufgesteckten Zustand des Resonatorschaltkreises 24 zwei parallel geschaltete Kondensatoren 32a und 32b. Der

Abschnitt 54 der Leiterbahn 56 ist als Sicherungselement ausgestaltet und wird bei einem Gerätedefekt, z.B. durch Überspannungseinwirkung thermisch, durchtrennt. Bei

Durchtrennung des Sicherungselements 54 wird der zweite

Kondensator 32b aus dem Schwingkreis 26 heraus genommen, so dass sich die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 26 entsprechend von f 0 auf f f 0 ändert. Alternativ kann eine kapazitive Änderung auch durch thermisches Einwirken auf das Dielektrikum erfolgen.

In einer weiteren Ausführungsform des

Resonatorschaltkreises 24 weist dieser einen

Energiezwischenspeicher (nicht dargestellt) auf, welcher die mittels des Lesegerätes bzw. des Abfragesignals von außen eingebrachte Energie in einem geeigneten Speicher, z.B. einem Kondensator, einer Spule oder ähnlichem

zwischengespeichert wird (sog. energy harvesting) . Diese Benutzer den jeweiligen Schwingkreis 26 selbst abstimmen kann .

Mögliche Anwendungen für die Erfindung sind neben dem vorstehend beispielhaft erläuterten Überspannungsschütz auch Reihenklemmen, Messklemmen oder Messstecker, z.B.

jeweils mit einer Statusdiagnose des verbundenen Signals. Bei einer Messklemme oder einem Messstecker können ferner elektrische Messgrößen, wie Strom oder Spannung und/oder physikalische Messgrößen wie Temperatur etc. gemessen und mittels der Signalantwort 46 mit der Resonanzfrequenz des Schwingkreises an das Lesegerät 42 übertragen werden, wie nachfolgend erläutert wird. Bezug nehmend auf Fig.6 sind z.B. drei elektrische

Messklemmen 70a, 70b, 70c in eine Verdrahtung 74 eingebaut. Jede der Messklemmen 70a, 70b, 70c verbindet einen Leiter 72a, 72b, 72c der Verdrahtung 74 und weist jeweils einen erfindungsgemäßen Resonatorschaltkreis 24a, 24b, 24c auf, wobei deren Resonanzfrequenzen fi, f 2 , f 3 stufenlos

abstimmbar sind. Die Frequenzbereiche Fi, F 2 , F 3 der

Resonanzfrequenzen fi, f 2 , f 3 der Resonatorschaltkreise 24a, 24b, 24c der drei Messklemmen 70a, 70b, 70c sind nicht überlappend gewählt, so dass das Handbediengerät 42 anhand der jeweiligen Resonanzfrequenz fi, f 2 , f 3 die drei

Resonatorschaltkreise 24a, 24b, 24c unterscheiden kann. An den Messklemme 70a, 70b, 70c erfolgt eine Spannungsmessung ohne Referenzspannung durch Ausnutzung nichtlinearer

Effekte in dem elektrischen Feld, welches durch den

Speisestrom erzeugt wird. Die Kondensatoren der

Schwingkreise 26a, 26b, 26c weisen jeweils ein Dielektrikum aus einem Material auf, dessen Dielektrizitätszahl ε von der elektrischen Feldstärke abhängt, so dass die Kondensatoren jeweils eine von dem Strom abhängige

Kapazität aufweisen. Diese stromabhängige Kapazität

wiederum führt zu einer stromabhängigen Resonanzfrequenz f (I) der Schwingkreise 26a, 26b, 26c. Somit kann das

Lesegerät 42 durch Messen der jeweiligen Resonanzfrequenz fi(I), f 2 (I), f 3 (I) der Schwingkreise 26a, 26b, 26c in jeder der Messklemmen 70a, 70b, 70c unabhängig voneinander den Stromwert abfragen und den jeweiligen Messwert der

zugehörigen Messklemme zuordnen.

Zusammenfassend kann das zu überwachende Gerät die Frequenz des Resonatorschaltkreises in vorbestimmter Art und Weise, z.B. mittels Temperatur-, Größen-, Medien- oder

Druckänderung oder über Schaltelemente/Federspannung ändern. Der Resonatorschaltkreis kann Piezo-Elemente, Spulen, Kondensatoren oder elektrische wirkende

Dielektriken enthalten. Diese bilden einen Schwingkreis und enthalten mindestens ein Schwingkreiselement, welches von Außen beeinflussbar ist. In einem einfachen Fall kann ein Schwingkreiselement von dem Gerät aus dem Schwingkreis herausgenommen oder kurz geschlossen werden. Der

Resonatorschaltkreis erzeugt somit verschiedene

Antwortfrequenzen, die Diagnose-, Konfigurations- oder Statusinformationen entsprechen. Als Antwortsignal gibt der Resonatorschaltkreis seine eingeprägte Sollresonanzfrequenz oder die veränderte Frequenz zurück. Über das Lesegerät des Servicetechnikers wird die zurückgesendete Frequenz

empfangen, ausgewertet und der weiteren Verarbeitung zugängig gemacht, z.B. als Diagnoseanzeige.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind, und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne die Erfindung zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung

definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind. Insbesondere sind die Merkmale des Kontroll- oder Diagnosesystems und des Systems zur Übertragung von Messdaten sowie die System- und

Verfahrensmerkmale untereinander kombinierbar.