Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalteinrichtung vom Typ Relais oder Schütz, insbesondere Motorstarter, mit Steuerelektronik und eine externe Steuerbaugruppe, wobei die Schalteinrichtung über eine Hilfs- oder Ansteuerspannung mit einem Schaltsignal (Schaltstrom) von der externen Steuerbaugruppe (fern-)-geschaltet wird. Eine zu schaltende Lastspannung für einen Verbraucher (Betriebs ström) ist galvanisch getrennt von der Ansteuerspannung.

Bekannt sind elektrische Schutzschaltgeräte, insbesondere als Motorstarter oder Motorschutzschalter, deren Steuerelektronik über einen Kommunikationsbus anschließbar ist (beispielsweise DE 19820667 AI, DE 19924413 AI, DE 10010290 AI).

Nach der DE 10232375 AI umfasst einen mehrpoligen Schalter ein

Kommunikationsmodul, das mit der Verarbeitungseinheit eines Schutzmoduls kommuniziert. Über das Kommunikationsmodul können Betriebsdaten und

Zustandsinformationen der Trennkontakte und/oder des Auslösemechanismus geliefert werden.

Nach einer Darstellung in der US 2007-0188954 AI ist in einem Netz mit mehreren Verbrauchern und elektrischen Schalteinrichtungen zum Schutz der Verbraucher und/oder des Netzes gegen Überlast ein elektronisches Kommunikationssystem eingerichtet, das es erlaubt, über eine Steuerbaugruppe mit einer oder mehreren Schalteinrichtungen in elektronische Kommunikation zu treten, beispielsweise zur Programmierung der jeweiligen Schalteinrichtungen.

In der US 2008-0228324 AI ist eine Fernansteuerung einer Schalteinrichtung über ein elektronisches Kommunikationssystem beschrieben. Über das Kommunikationssystem kann unter anderem nach dem Abtrennen einer Last von der Schalteinrichtung (beispielsweise nach einem Kurzschluss oder einem Überstrom) die Schalteinrichtung in einen Ausgangszustand zurückgesetzt werden (reset). Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinrichtung vom Typ Relais oder Schütz mit externer Steuerbaugruppe mit einem elektronischem

Kommunikationssystem und ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben der Schalteinrichtung anzugeben, wo die Schalteinrichtung über eine Ansteuerspannung mit einem Schaltsignal betätigbar ist und das elektronische Kommunikationssystem erlaubt, Betriebsdaten von der auf der Lastseite betriebenen Verbrauchern zu erfassen.

Die Lösung der Aufgabe ist im Hauptanspruch dargestellt. Weiterführende

Ausführungsformen sind in Unteransprüchen und in Verfahrensansprüchen formuliert.

Es handelt sich um eine elektrische Schalteinrichtung mit Steuerelektronik vom Typ Relais oder Schütz, insbesondere Motorstarter, und eine externe Steuerbaugruppe wobei die Schalteinrichtung über eine Hilfs- oder Ansteuerspannung mit einem Schaltsignal (Schaltstrom) von der externen Steuerbaugruppe (fern-)-geschaltet wird. Eine zu schaltende Lastspannung für einen Verbraucher (Betriebs ström) ist galvanisch getrennt von der Ansteuerspannung in dem Ansteuerstromkreis.

Die Schalteinrichtung ist in einem Gehäuse angeordnet und umfasst noch folgende Funktionsgruppen: Auslösemechanismus, Schaltmechanismus, Steueret ektronik mit Verarbeitungseinheit für erfasste Betriebsgrößen, eine Datenübermittlungseinrichtung und eine Datenschnittstelle für von der Steuerelektronik gelieferte Daten.

Erfindungsgemäß umfasst die Schalteinrichtung wenigstens ein Erfassungsmittel (einen Sensor) zur Erfassung von Betriebsgrößen im Lastromkreis. Der wenigstens eine Sensor stellt eine Brücke oder ein Bindeglied zwischen Laststromkreis und Ansteuerstromkreis dar. Vorzugsweise soll die Datenübermittlungseinrichtung als Kommunikationsmodul einer Powerline-Kommunikations-Technologie ausgebildet sein. Die Kommunikation ist mindestens unidirektional (einseitige Kommunikationsrichtung), vorzugsweise bidirektional gestaltet.

Powerline-Kommunikation, weitgehend auch mit PLC-Technologie abgekürzt, ist der Oberbegriff für die Übertragung von Daten über Niederspannungsstromleitungen. Die Technologie ist auch unter dem Begriff Digital Powerline (DPL) bekannt, und beispielsweise unter CENELEC im einzelnen genormt.

Die PLC-Technologie (mit Powerline-Modem und Powerline-Interface) ermöglicht das Übertragen von Daten über Energieleitungen (z.B. 24 VDC oder 230 VAC), die zur Versorgung von Verbrauchern dienen. Datenpakete werden mit speziellen Filter- und Kopplerschaltungen und Modulationsverfahren übertragen. Das PLC- Kommunikationsmodul ist die Ein-/ Ausgabeschnittstelle der Verbindung. Die Daten werden beispielsweise über ein Hochfrequenzträgersignal (z.B. 100 kHz) übermittelt. PLC-Module können prinzipiell bidirektional senden.

Die Erfindung weist weitere bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale auf, von denen mindestens einige einzeln oder gemeinsam verwirklicht sein können. Diese sind im folgenden kurz angesprochen.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung als

Motorstarter oder als Schutzschalter für einen Elektromotor zur Schutzbeschaltung gegen thermische Überlast oder Kurzschluss. Für eine solch implementierte

Motorschutzfunktion, beispielsweise als Schutz gegen erhöhte Erwärmung des Motors, kann die Größe des Motornennstroms oder es können Auslösekennlinien in der Steuerelektronik eingestellt und implementiert sein, die einer gewünschten Schutz-Klasse einer Schutzvorschrift, z.B. nach IEC/EN 60947 entsprechen.

Die Steuerelektronik steuert in erster Linie den Auslösemechanismus (Trennkontakte der Schalteinrichtung). Gemäß Erfindung ist sie auch zur Erfassung und Verarbeitung der Betriebsgrößen im Lastromkreis und von Zustandsinformationen ausgebildet. Die weiteren Informationen und Daten können dann bereitgestellt und über das PI.C- Kommunikationsmodul übertragen werden. Die Steuerelektronik ist somit zur Erfassung von Parametern des Laststroms und/oder der an der Last liegenden

Leistung ausgebildet und kann diese zur Darstellung der Parameter über die PI - Schnittstelle zur Steuerungsbaugruppe übermitteln. Die schalttechnischen Daten können auch Aussagen zur Lebensdauer (Zahl der Schaltspiele der Trennkontakte) umfassen. Über die Steuerbaugruppe und einer weiteren Elektronik können die übermittelten Daten auch zur Diagnose, zur Anzeige (grafische Darstellung) und/oder zu Warnmeldungen eingesetzt werden.

Der wenigstens eine Sensor ist zur Erfassung von Betriebsgrößen im Laststromkreis ausgebildet, also als Stromsensor, als Spannungssensor und/oder als

Temperatursensor. Vorzugsweise werden Betriebsspannung und/oder Betriebsstrom der zu schützenden Last erfasst, wie momentan fließender Laststrom, Feststellen des Leistungsfaktors cos(phi), Ermittlung verbrauchter Energie und/oder vergleichbare Daten. Ein Temperatursensor kann bei Einsatz einer Schalteinrichtung in einer Umgebung mit erhöhter Temperatur dazu dienen, einen angeschlossenen Motor oder die Schalteinrichtung selbst thermisch zu überwachen. In der Steuerelektronik kann ein permanenter Speicher für Betriebsgrößen,

Leistungsdaten, schalttechnische Daten und/oder für Messdaten vorhanden sein. Die erfmdungsgemäße Anordnung verliert ihre Funktion, wenn die Schalteinrichtung abgeschaltet ist, hierbei wird die Ansteuerleitung (Schaltstromkreis) spannungslos und damit ist eine Datenkommunikation über PLC-Technologie nicht (mehr) möglich. Nach Wiedereinschalten der Schalteinrichtung sind die gespeicherten Daten abfragbar.

Die Schalteinrichtung weist eingangs- und ausgangsseitige Anschlussklemmen für die Ansteuerleitung (Schaltstromkreis) auf. Über die PLC-Schnittstelle ist auch das Parametrieren der Steueret ektronik (Verarbeitungseinheit) durch die

Steuerungsbaugruppe möglich. Die Steuerelektronik kann zur Ansteuerung des Auslösemechanismus ausgebildet sein. Das ist von Vorteil, wenn beispielsweise von der Verarbeitungseinheit ein Überschreiten einer Maximaltemperatur der Last gemeldet wird. Die Steuerelektronik und das PLC-Kommunikationsmodul erhalten ihre

Versorgungsspannung über die Ansteuerleitung aus dem Schaltstromkreis und über ein Netzteil. Der Schalt Stromkreis kann über Wechsel Spannung oder über

Gleichspannung betrieben werden. Die PLC-Schnittstelle ist entsprechend der verwendeten Spannung mit einer geeigneten Filterschaltung ausgestattet und im Falle einer Wechsel Stromversorgung galvanisch isoliert ausgebildet. Im Falle des

Wechselspannungsbetriebs muss das PLC-Kommunikationsmodul galvanisch getrennt von der Ansteuerleitung ausgebildet sein.

Die Steuerbaugruppe umfasst eine Netzversorgung (Schwachstrom oder

Niederspannungseinspeisung) und mindestens eine Datenschnittstelle zu einem

Kommunikationsbus oder zu einer Steuerzentral, hierzu sind auch Anschlussklemmen für Busleitungen und Steuerleitungen vorhanden. Eine Datenschnittstelle in der Steuerbaugruppe kann als Feldbus-Gateway, beispielsweise mit Profibus, Modbus, o.ä. ausgebildet sein. Die Steuerungsbaugruppe wird typischerweise an ein SPS- System (SPS = Speicherprogrammierbare Steuerung) angereiht oder kann ein Bestandteil einer Speicherprogrammierbare Steuerung sein.

Die Steuerbaugruppe kann weiter mehrere Schaltausgänge (als Relais oder als Halbleiter-Schalter) umfassen, mit denen mehrere Schalteinrichtungen zum EIN- und AUS-Schalten einer Last aktivierbar sind.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Schalteinrichtung vom Typ Schütz oder Relais und einer externen Steuerbaugruppe besteht darin, dass die Sc alteinrichtung über eine Ansteuerleitung (dem Schaltstromkreis) mit einem Schaltsignal von der externen Steuerbaugruppe geschaltet wird, wobei die von der in der Schalteinrichtung eingerichtete Steuerelektronik gelieferten Daten und die über die Datenübermittlungseinrichtung und die Datenschnittstelle anstehenden Daten, insbesondere solche des Laststromskreises in einem PLC-Kommunikationsmodul umgesetzt werden und über die Ansteuerleitung an die Steuerbaugruppe übermittelt werden. Eine Datenübermittlung kann vorzugsweise auch von der Steuerbaugruppe über ein PLC-Kommunikationsmodul in Richtung zur Schalteinrichtung

vorgenommen werden.

Die Erfindung wird in Ausführungsbeispielen in Figuren dargestellt, wobei diese im Einzelnen zeigen:

Fig. 1 : Blockschaltbild von Schalteinrichtung und Steuerbaugruppe,

Fig. 2: die Steuerbaugruppe und

Fig. 3 : die Schalteinrichtung in detaillierter Darstellung.

Die Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild der elektrischen Schalteinrichtung 8 für einen Verbraucher 18 und die externe Steuerbaugruppe 50. Die Schalteinrichtung 8 vom Typ Schütz oder Relais liegt am Schalt Stromkreis 14 und wird darüber mit einem Schaltsignal S von der externen Steuerbaugruppe 50 geschaltet. Im nur angedeuteten Gehäuse sind folgende Funktionsgruppen angeordnet: Auslösemechanismus 10, Schaltmechanismus mit Trennkontakten 11, eine Steuerelektronik 12. Die in der elektrischen Schalteinrichtung vorhandene Datenübermittlungseinrichtung 30 (und die Datenschnittstelle) ist für von der Verarbeitungseinheit 12 gelieferte Daten 24 als PLC-Kommunikationsmodul 30 ausgebildet. Mit den Bezugszeichen 16, 18 sind Lastanschlussklemmen zur Durchleitung eines Laststroms gekennzeichnet.

Schaltstromkreis 14 und Laststromkreis sind galvanisch getrennt. Datenleitungen sind mit den Bezugszeichen 24 (24', 24" Fig. 2) gekennzeichnet. Die PLC-Kommunikation läuft über die Ansteuerleitung 14 unidirektional oder bidirektional und ist mit ^Λ bits ^' bezeichnet.

Die Schalteinrichtung 8 kann einen Messdaten-Eingang 15 und ein Messdatenmodul für im Laststromkreis 16 und an dem Verbraucher 18 anstehende und dem Messdaten- Eingang 15 zugeführte Messdaten umfassen. Das Messdatenmodul ist als

Übermittlungs- und/oder Verarbeitungsbaustein zwischen Messdaten-Eingang 15 und Steuerelektronik 12 zu verstehen. Beispielsweise können thermische Daten in einem als Motor ausgebildeten

Verbraucher erfasst und ausgewertet werden. Das Messdatenmodul ist nicht gesondert in den Figuren dargestellt. Ebenso ist nicht zeichnerisch dargestellt, dass in der Steuerelektronik 12 ein permanenter Speicher für Betriebsgrößen, Leistungsdaten, schalttechnische Daten und/oder für Messdaten vorhanden ist. Der permanente

Speicher kann ein RAM, FRAM oder EEPROM sein, er kann batteriegepuffert oder ähnlich ausgebildet sein. Durch die permanente Speicherung sind die gespeicherten Daten bei aktivem Betrieb der Ansteuerleitung jederzeit abrufbar. Die Steuerbaugruppe 50 ist sowohl in Fig. 1 als auch in der Fig. 3 dargestellt. Die Steuerbaugruppe (50, 50') umfasst, neben einem Schaltausgang 52 mit

Anschlussklemmen Bl, B2 für die Ansteuerleitung 14, eine Netzversorgung 54 (Netzspannung oder Kleinspannung z.B. 24 VDC); eine Ansteuerungselektronik 57, ein PLC-Kommunikationsmodul 56 und eine Datenschnittstelle (58) zu einem

Kommunikationsbus 60 oder zu einer externen Zentraleinheit (HOST). Der

Kommunikationsbus 60 kann als Rückwandbus oder als externer Feldbus ausgebildet sein. Weiter sind ein Netzteil 53 (53' in Fig. 3) und eine Spannungsversorgung 61 (siehe noch Fig. 3) vorhanden. Die Fig. 2 zeigt detaillierte eine elektrische Schalteinrichtung mit

Betätigungsspannung über die Ansteuerleitung 14 als Niederspannungswechsel ström (z.B. 230 VAC). Die Steuerelektronik 12 gemäß Fig. 1 ist hier als in zwei Teilen mit den Bezugszeichen 12' und 12" dargestellt, wobei der Kern dieser Teile je ein Mikrokontroller ist. Gemäß Erfindung kann die Verarbeitungseinheit 12" als

Einzelbaustein oder integriert in der Steuerelektronik ausgebildet sein. In letzterem Fall würde ein einziger Mikrokontroller das Herz der Steuerelektronik bilden. Ebenso kann auch der PLC-Kontroller 36 als Teil des PLC-Kommunikationsmoduls 30 ausgebildet sein, oder er kann in der Verarbeitungseinheit 12" integriert sein. Steuerelektronik 12, bzw. Verarbeitungseinheit 12" und das PLC- Kommunikationsmodul 30 erhalten eine Versorgungsspannung 22 über ein an der Ansteuerleitung (dem Schaltstromkreis) 14 angeschaltetes Netzteil 20. Das PLC- Kommunikationsmodul ist in seinen Teilen dargestellt: Trafo 32 (galvanische Trennung); Hochpass-Filter 34, PLC-Kontroller 36. Weiterhin ist in Fig. 2 dargestellt: ein erster Sensor (41, US) zur Erfassung der Betriebsgröße Lastspannung U und ein zweiter Sensor (40, IS) zur Erfassung der Betriebsgröße Laststrom jeweils im

Lastromkreis. Der Spannungssensor umfasst einen Abgriff US (oder einen Trafo als Spannungswandler) und eine Signalaufbereitung 41. Der Stromsensor (mit

Strom/Spannungswandlung 40) kann beispielsweise aus einem Ringkerntrafo (IS) oder aus einer Rogowski- Spule bestehen.

Die Verarbeitungseinheit 12" dient vornehmlich der Verarbeitung der von den Sensoren erfassten Betriebsgrößen im Lastromkreis (Lastspannung und Laststrom) der zu betreibenden und/oder zu schützenden Last.

Weiterhin kann eingerichtet sein, dass die Verarbeitungseinheit 12" Statusdaten aus der Steueret ektronikeinheit 12' abrufen kann (Leitung 24').

Die Fig. 3 zeigt eine besondere Ausführungsform als Steuerbaugruppe 50' mit Ansteuerelektronik 57 und ein PLC-Kommunikationsmodul 56, und mehrere

Schaltausgänge 52', 52" und 52"' mit den Klemmen B1/B2 zu Ansteuerleitungen 14. Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 3 bei einem Kunden bildet die Steuerbaugruppe 50' eine Einheit, an die jeweils nach Bedarf eine oder mehrere Schalteinrichtungen (mehrere Schütze oder Relais) 8 anschließbar sind. Die Schaltausgänge bewirken, dass jeweilige EIN-/AUS-Schalten der zugeschalteten Schalteinrichtungen und ermöglichen die parallele Anbindung der

Schalteinrichtungen an das einzige PLC-Kommunikationsmodul 56 der

Steuerbaugruppe 50' und die Weitervermittlung der Daten an einen Bus 60. In Fig. 3 ist das PLC-Kommunikationsmodul 56 detailliert (entsprechend wie in Fig. 2) mit den Modulen Trafo 55, Hochpassfilter 59 und Datenschnittstelle 58 dargestellt.

Die Steuerungselektronik 57 als auch die PLC-Schnittstelle 58 wird über ein Netzteil 53' versorgt, welches über eine Spannungsversorgung 61 gespeist wird. Die

Spannungsversorgung 61 könnte beispielsweise parallel zu einem Rückwandbus eines SPS-Systems geführt sein. Bei einer Gatewaylösung kann die Einspeisung über gesonderte Anschlussklemmen realisiert sein. Letztere ist aber in der Fig. 3 nicht näher dargestellt.

In der Steuerungsbaugruppe 50, 50' werden die Schaltausgänge 52, 52', 52", 52"' über einen Sperrfilter 51 mit der Spannungseinspeisung 54 verbunden. Der Sperrfilter ist so ausgelegt, dass die auf der Ansteuerleitung aufmodulierten PLC- Kommunikationssignale nicht in das einspeisende Versorgungsnetz, welches an die Spannungseinspeisung 54 angeschlossen wird, verschleppt werden.

Bezugszeichen

8 Schalteinrichtung vom Typ Schütz oder Relais

10 Auslösemechanismus

11 Schaltmechanismus mit Trennkontakten

12 12' Steuerelektronik

12" Verarbeitungseinheit

14 Ansteuerleitung für Schaltstromkreis

AI, A2 Anschlussklemmen Schalteinrichtung

15 Messdateneingang

16 Einspeisung Last- oder Betriebsstrom

18 Last, Verbraucher unter Last- oder Betriebsstrom

20 Netzteil

22 22' Versorgungsspannung

24 24' 24" 25 Datenleitungen

30 PLC-Kommunikationsmodul in der Schalteinrichtung

32 Trafo (galv. Trennung)

34 Hochpass-Filter

36 PLC-Kontroller

S Schaltsignal

bits digitale Daten

40, IS Strommessung mit Stromsensor

41, US Spannungsabgriff mit Spannungssensor

50 50' Steuerungsbaugruppe, Ansteuermodul 51 Sperrfilter

52, 52', 52", 52"' Schaltausgang

53, 53' interne Spannungsversorgung (Netzteil)

54 externe Spannungseinspeisung (Netzspannung)

55 Trafo (galv. Trennung)

56 PLC-Kommunikationsmodul in Steuerungsbaug

57 Ansteuerelektronik

58 Datenschnittstelle

59 Hochpassfilter

60 Bus, Rückwandbus

61 Spannungsversorgung (Rückwandbus)

Bl, B2 Anschlussklemmen zum Schutzschalter