Die Erfindung betrifft eine Laststufenschaltervorrichtung sowie einen sicheren mobilen Zugang zu einer Laststufenschaltervorrichtung, insbesondere ein Verfahren für mobilen Zugang zu einer Laststufenschaltervorrichtung.

Für die Wartung von Laststufenschaltern ist es notwendig sämtliche Maßnahmen zu ergreifen, um Servicetechniker vor Ort während einer Wartung zu schützen. Deshalb wird nicht selten der gesamte Stufentransformator für eine Wartung vom Netz genommen. Dies ist jedoch aufwendig und kostspielig.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Laststufenschaltervorrichtung sowie ein Verfahren für mobilen Zugang zu einer Laststufenschaltervorrichtung zu schaffen, welche eine sichere und kostengünstige Wartung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Laststufenschaltervorrichtung sowie ein Verfahren für mobilen Zugang zu einer Laststufenschaltervorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt eine Laststufenschaltervorrichtung vor, umfassend: eine Steuervorrichtung und einen Laststufenschalter; wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine erste Datenverbindung mit einer ersten Bedieneinheit herzustellen; wobei die Steuervorrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine zweite Datenverbindung mit einer zweiten Bedieneinheit herzustellen; wobei die Steuervorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, über die jeweilige Datenverbindung mit den Bedieneinheiten einen Zugriff auf die Steuervorrichtung und damit den Laststufenschalter zu gewähren; wobei die Steuervorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, so lange die erste Datenverbindung zwischen der ersten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung besteht, die zweite Datenverbindung zwischen der zweiten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung zu unterbinden.

Die Laststufenschaltervorrichtung ermöglicht es, dass sobald ein Servicetechniker vor Ort mittels einer ersten Bedieneinheit mit Nahbereichskommunikation mit der Laststufenschaltervorrichtung verbunden ist, sämtliche Datenverbindungen zu einer zweiten Bedieneinheit unterbunden werden. Schaltsignale oder andere Handlungsanweisungen von einer zweiten Bedieneinheit, wie z.B. von einer Fernwarte, werden so unterbunden, sodass nur ein Servicetechniker vor Ort die Laststufenschaltervorrichtung bedienen kann bzw. einen Zugriff auf oder zu dieser hat. Fehlerfälle vor Ort werden vermieden. Eine hohe Sicherheit für Servicetechniker wird während der Wartung gewährleistet.

Der Laststufenschalter kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen Lastumschalter und Wähler aufweisen. Der Lastumschalter kann beispielsweise Vakuumschaltröhren oder Halbleiterschaltelemente aufweisen. Die Betätigung des Laststufenschalters erfolgt vorzugsweise mittels eines Motorantriebs, der über die Steuervorrichtung gesteuert wird. Der Motorantrieb ist direkt oder indirekt mit dem Laststufenschalter mechanisch verbunden.

Die Steuervorrichtung der Laststufenschaltervorrichtung kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise ein erstes Kommunikationsmodul aufweisen, welches ein Nahbereichskommunikationsmodul ist. Das erste Kommunikationsmodul überwacht den Nahbereich der Laststufenschaltervorrichtung in einem Radius von bis zu 20 Metern. Das erste Kommunikationsmodul ist vorzugweise ein Bluetooth- oder WLAN-Modul.

Die Steuervorrichtung der Laststufenschaltervorrichtung kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise ein zweites Kommunikationsmodul aufweisen, welches ein Fernbereichskommunikationsmodul ist. Das zweite Kommunikationsmodul ist vorzugsweise mit einer zweiten Bedieneinheit verbunden bzw. hat mit dieser eine zweite Datenverbindung. Das zweite Kommunikationsmodul ist vorzugweise ein LTE, 5G, MESH, LoRaWAN, Low Power Wide Area Network (LPWAN) wie z.B. Mioty oder ein beliebiges Mobilfunkmodul.

Die erste Bedieneinheit kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als externe Bedieneinheit, insbesondere als ein Smartphone, PDA oder Notebook. Die erste Bedieneinheit weist ein entsprechendes Kommunikationsmodul auf, welches mit dem ersten Kommunikationsmodul der Steuervorrichtung korrespondiert und eine Datenverbindung ermöglicht.

Die zweite Bedieneinheit kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als externe Bedieneinheit, insbesondere als Server. Die zweite Bedieneinheit weist ein entsprechendes Kommunikationsmodul auf, welches mit dem zweiten Kommunikationsmodul der Steuervorrichtung korrespondiert und eine Datenverbindung ermöglicht. Nach dem Herstellen der ersten Datenverbindung wird der ersten Bedieneinheit ein Zugang zur Steuervorrichtung und damit der Laststufenschaltervorrichtung gewährt. Die Steuervorrichtung dient der direkten oder indirekten Betätigung des Laststufenschalters. Direkt heißt, dass die Steuervorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, den Laststufenschalter über den Motorantrieb eigenständig zu steuern bzw. zu betätigen. Indirekt heißt, dass die Steuervorrichtung als Bindeglied zwischen den Bedieneinheiten eingesetzt wird und den Bedieneinheiten ermöglicht, den Laststufenschalter zu betätigen; durch Gewährung eines Zugriffs.

Die Bedieneinheiten können beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als Ausgabeeinheiten und Eingabeeinheiten. Ausgabeeinheit heißt, dass die von der Steuervorrichtung empfangenen Daten und Signale in Form von Daten und Diagrammen ausgeben werden. Eingabeeinheiten heißt, dass beispielsweise Schaltbefehle in die Bedieneinheit eingegeben werden können, die dann nach der Übertragung über die Datenverbindung von der Steuervorrichtung ausgeführt werden.

Bei jeder Datenverbindung zwischen den Bedieneinheiten und der Steuervorrichtung können Daten, Signale und/oder Steuer-/Schaltbefehle übertragen werden; mit anderen Worten wird ein Zugang zur Steuervorrichtung gewährt. Bei den Datenverbindungen handelt es sich um bidirektionale Datenverbindungen.

Die Steuervorrichtung der Laststufenschaltervorrichtung ist dazu eingerichtet und ausgebildet, beim Vorliegen einer ersten Datenverbindung mit der ersten Bedieneinheit, die Datenverbindung zur zweiten Bedieneinheit zu unterbinden. Dabei wird der Zugang der zweiten Bedieneinheit verwehrt und der ersten Bedieneinheit ein Zugang gewährt. Unterbinden bzw. Verwehren im Sinne der Erfindung heißt, dass Steuerbefehle, Schaltbefehle und/oder Signale, die über die zweite Datenverbindung zur Steuervorrichtung übertragen oder gelangen ignoriert und/oder nicht weiterverarbeitet und/oder gelöscht werden.

Die Erfindung schlägt gemäß einem zweiten Aspekt ein Verfahren für mobilen Zugang zu einer Laststufenschaltervorrichtung, umfassend folgende Schritte vor:

Überwachen eines Nahbereichs mittels Steuervorrichtung und erkennen einer ersten Bedieneinheit;

Herstellen einer ersten Verbindung zwischen der ersten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung;

Aufbauen einer sicheren Verbindung zwischen der ersten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung;

Herstellen einer ersten Datenverbindung zwischen der ersten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung;

Unterbinden einer zweiten Datenverbindung zwischen einer zweiten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung durch die Steuervorrichtung.

Die sich im Feld befindende Laststufenschaltervorrichtung ist üblicherweise mit einer zweiten Bedieneinheit, also einem Server verbunden. Über die zweite Datenverbindung werden Daten, Signale, etc. des Laststufenschalters mit Hilfe des zweiten Kommunikationsmoduls der Steuervorrichtung an den Server übermittelt. Der Server, also die zweite Bedieneinheit, kann diese Daten entsprechend verarbeiten und daraus Handlungen, wie z.B. Schaltbefehle für den Laststufenschalter, ableiten. Diese Schaltbefehle werden dann über die zweite Datenverbindung an die Steuervorrichtung übermittelt und der Laststufenschalter entsprechend über den Motorantrieb betätigt. Eine erste Kommunikationseinheit der Steuervorrichtung überwacht den Nahbereich der Laststufenschaltervorrichtung. Sobald sich nun ein Servicemitarbeiter mit einer ersten Bedieneinheit vor Ort, also in unmittelbarer Nähe der Laststufenschaltervorrichtung, befindet wird dies von dem ersten Kommunikationsmodul erfasst. Manuell oder automatisch wird versucht eine erste Datenverbindung - ein mobiler Zugang - zwischen der ersten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung herzustellen.

Das Überwachen des Nahbereichs über das erste Kommunikationsmodul der Steuervorrichtung kann auf beliebige Art und Weise erfolgen, insbesondere permanent oder zu bestimmten vorgegebenen Zeiten. Das Erkennen der ersten Bedieneinheit erfolgt automatisch. Als Nahbereich wird ein Radius von ca. 20 Metern verstanden. Der initiale Schritt zum Verbindungsaufbau kann durch die Steuervorrichtung oder den Servicetechniker durch die erste Bedieneinheit erfolgen.

Die zweite Bedieneinheit ist dazu ausgebildet und eingerichtet, die über die zweite Datenverbindung empfangenen Daten und Signale zu verarbeiten und daraus Handlungen und Schaltbefehle für die Laststufenschaltervorrichtung abzuleiten. Dies ist deshalb möglich, weil die zweite Bedieneinheit einen Zugriff auf die Steuervorrichtung hat.

Nach dem Herstellen der ersten Verbindung wird versucht eine sichere Verbindung aufzubauen. Dabei wird ein Vertrauensverhältnis zwischen der ersten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung überprüft. Hierfür ist die Steuervorrichtung entsprechend ausgebildet und eingerichtet bzw. weist entsprechende Mittel auf.

Weiterhin wird nach dem Herstellen der sicheren Verbindung, eine Autorisierung und Authentifizierung der ersten Bedieneinheit durch die Steuervorrichtung durchgeführt. Hierfür ist die Steuervorrichtung entsprechend ausgebildet und eingerichtet bzw. weist entsprechende Mittel auf. Beim Unterbinden der zweiten Datenverbindung zwischen der zweiten Bedieneinheit und der Steuervorrichtung, werden die von der zweiten Bedieneinheit ankommenden Befehle und/oder Signale von der Steuervorrichtung entweder ignoriert und/oder nicht weiterverarbeitet und/oder gelöscht werden. Hier ist es wichtig, dass nur noch Signale und Befehle von der ersten Bedieneinheit durch die Steuervorrichtung ausgeführt und übertragen werden. Damit wird der Servicetechniker vor Ort geschützt; ein sicherer mobiler Zugang entsteht. Dies erfolgt nach erfolgreicher Verbindung der ersten Bedieneinheit mit der Steuervorrichtung, also wenn die erste Bedieneinheit einen Zugriff auf die Steuervorrichtung hat.

Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Laststufenschaltervorrichtung;

Fig. 2 einen Verfahrensablauf.

Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Laststufenschaltervorrichtung 1, eine erste Bedieneinheit 20 und eine zweite Bedieneinheit 30. Sowohl die erste Bedieneinheit 20 als auch die zweite Bedieneinheit 30 sind externe Bedieneinheiten. Die Laststufenschaltervorrichtung 1 weist einen Laststufenschalter 2, einen Motorantrieb 3 und eine Steuervorrichtung 4 auf. Die Laststufenschaltervorrichtung 1 ist insbesondere durch die Steuervorrichtung 4 dazu ausgebildet und eingerichtet, eine erste Datenverbindung 21 zwischen der Laststufenschaltervorrichtung 1, also der Steuervorrichtung 4, und der ersten Bedieneinheit 20 herzustellen.

Die erste Bedieneinheit 20 ist vorzugsweise als mobiles Endgerät also Smartphone, Notebook, etc. ausgestaltet. Zum Herstellen der ersten Datenverbindung 21 weist die Steuervorrichtung 4 ein erstes Kommunikationsmodul 22 auf, welches ein Nahbereichskommunikationsmodul ist und vorzugsweise eine erste Datenverbindung 21 über Bluetooth oder WLAN mit der ersten Bedieneinheit 20 herstellt. Die erste Bedieneinheit 20 ist entsprechend ausgestaltet und ausgebildet, um eine erste Datenverbindung 21 mit dem ersten Kommunikationsmodul 22 eingehen zu können und dieser einen Zugriff zu gewähren. Die erste Datenverbindung 21 ist eine bidirektionale Verbindung, bei der Daten sowohl von der Steuervorrichtung 4 als auch von der ersten externen Bedieneinheit 20 gesendet und empfangen werden können.

Die Laststufenschaltervorrichtung 1 ist insbesondere durch die Steuervorrichtung 4 dazu ausgebildet und eingerichtet eine zweite Datenverbindung 31 zwischen der Laststufenschaltervorrichtung 1, also der Steuervorrichtung 4, und der zweiten externen Bedieneinheit 30 herzustellen und dieser einen Zugriff zu gewähren.

Die zweite Bedieneinheit 30 ist vorzugsweise als ein Server, Rechner, etc. ausgestaltet. Zum Herstellen der zweiten Datenverbindung 31, weist die Steuervorrichtung 4 ein zweites Kommunikationsmodul 32 auf, welches ein Fernbereichskommunikationsmodul ist und vorzugsweise eine zweite Datenverbindung 31 über LTE, MESH, 5G, LoRaWAN oder einen weiteren beliebigen Mobilfunkstandard mit der zweiten Bedieneinheit 30 herstellt. Die zweite Bedieneinheit 30 ist entsprechend ausgestaltet und ausgebildet, um eine zweite Datenverbindung 31 mit dem zweiten Kommunikationsmodul 32 eingehen zu können. Die zweite Datenverbindung ist eine bidirektionale Verbindung, bei der Daten, sowohl von der Steuervorrichtung 4 als auch von der zweiten externen Bedieneinheit 30 gesendet und empfangen werden können.

Die Steuervorrichtung 4 der Laststufenschaltervorrichtung 1 ist dazu ausgebildet und eingerichtet, den Motorantrieb 3, der mit dem Laststufenschalter 2 gekoppelt ist, zu steuern und damit den Laststufenschalter 2 zu betätigen. Die Steuervorrichtung 4 weist hierfür einen entsprechenden Prozessor und einen Speicher auf. Die Steuervorrichtung 4 kann weiterhin einen Spannungsregler umfassen, mit dessen Hilfe entschieden wird, wann der Laststufenschalter 2 betätigt werden muss.

Weiterhin kann die Laststufenschaltervorrichtung 1 Stromsensoren und Spannungssensoren aufweisen, die mit der Steuervorrichtung 4 verbunden sind. Diese Sensoren können einerseits mit dem Spannungsregler verbunden sein und andererseits Messdaten und Signale liefern, die in der Steuervorrichtung gespeichert und verarbeitet werden und an jede der Bedieneinheiten über die entsprechende Datenverbindung übertragen werden.

Bei einer bestehenden zweiten Datenverbindung 31 zwischen der Laststufenschaltervorrichtung 1 und dem zweiten Bedienteil 30, können Schaltbefehle von dem zweiten Bedienteil 30 an die Steuervorrichtung 4 übertragen werden; die zweite Bedieneinheit hat einen Zugriff auf die Steuervorrichtung 4. Die Steuervorrichtung 4 gewährt dem zweiten Bedienteil 30 einen Zugriff auf die Laststufenschaltervorrichtung 1 und damit auf den Laststufenschalter 4. Die durch die Stromsensoren und Spannungssensoren bestimmten Messdaten, werden an das zweite Bedienteil 30 übertragen und bilden eine Grundlage für mögliche Schaltbefehle. Damit wird die Laststufenschaltervorrichtung 1 mittels des zweiten Bedienteils 30 gesteuert.

Die Messdaten können also in der Steuervorrichtung 4 selbst oder aber auch in der zweiten Bedieneinheit 30 gespeichert und verarbeitet werden, sodass eine Regelung bzw. Betätigung der Laststufenschaltervorrichtung 1 bzw. des Laststufenschalters 2 erfolgen kann. Zusätzlich können über die zweite Datenverbindung 31 historische Betriebsdaten, die mittels Steuervorrichtung 4 im Laststufenschalter 2 ermittelt wurden, an die zweite Bedieneinheit 30 übertragen und zu einem späteren Zeitpunkt ausgewertet werden.

Bei den übertragenen Daten kann es sich vorzugsweise um Schaltbefehle an dem Laststufenschalter, Fehlermeldungen des Laststufenschalters, Messdaten der Sensoren etc. handeln.

Die erste Bedieneinheit 20 ist vorzugsweise als mobiles Gerät ausgestaltet und bildet vor allem für Servicetechniker die Möglichkeit sich mit der Laststufenschaltervorrichtung 1 zu verbinden; ein mobiler Zugang. Hierbei sind die Servicetechniker vor Ort, also in unmittelbarer Nähe der Laststufenschaltervorrichtung 1. Auch die erste Bedieneinheit 20 hat dann einen Zugriff auf die Laststufenschaltervorrichtung 1 und damit auf oder zu dem Laststufenschalter 4, sobald die erste Datenverbindung 21 besteht. Der Servicetechniker kann unterschiedliche Befehle an den Laststufenschalter 4 bzw. die Laststufenschaltervorrichtung 1 über die Steuervorrichtung 4 senden, um z.B. einen manuellen Schaltvorgang auszulösen. Zusätzlich kann der Servicetechniker historische Betriebsdaten, die mittels Steuervorrichtung 4 im Laststufenschalter 2 ermittelt wurden, auf sein mobiles Endgerät, also die erste Bedieneinheit 20 übertragen und sofort oder zu einem späteren Zeitpunkt Auswertungen vornehmen.

Aus Sicherheitsgründen ist es jedoch notwendig, dass sobald die erste Bedieneinheit 20, also ein Servicetechniker, mit der Laststufenschaltervorrichtung 1 verbunden ist, keine weiteren Bedieneinheiten, also damit auch keine zweite Bedieneinheit 30, Schaltbefehle an den Laststufenschalter 4 übermitteln kann. Deshalb ist die Steuervorrichtung 4 derart konfiguriert, dass die zweite Datenverbindung unterbunden wird, sobald die erste Datenverbindung 21 zwischen der Steuervorrichtung 4 und der ersten Bedieneinheit 20 besteht. Unterbinden kann beispielsweise heißen, dass die zweite Datenverbindung 31 getrennt wird, beispielsweise in dem das zweite Kommunikationsmodul 32 ausgeschaltet wird. Weiterhin kann unterbinden bedeuten, dass die eingehenden Befehle, die über die zweite Datenverbindung eingehen, ignoriert, direkt gelöscht oder einfach nicht ausgeführt werden.

Die Steuervorrichtung 4 ist weiterhin ausgebildet und eingerichtet einen Verbindungsaufbau und Verbindungsabbau, sowie Verbindungsabbrüche bei der ersten Datenverbindung 21 und der zweiten Datenverbindung 31 zu erkennen.

Figur 2 zeigt einen Verfahrensablauf für einen mobilen Zugang zur Laststufenschaltervorrichtung 1, bei dem sich eine erste Bedieneinheit 20 mit der Laststufenschaltervorrichtung 1, insbesondere mit deren Steuervorrichtung 4, verbindet. Die Steuervorrichtung 4 der Laststufenschaltervorrichtung 1 überwacht den Nahbereich (Nahbereichs- Kommunikationskanal) mittels des ersten Kommunikationsmoduls 22 der Steuervorrichtung 4 der Laststufenschaltervorrichtung und erkennt (Schritt 40), wenn eine erste Bedieneinheit 20 über diesen Kanal versucht, eine Verbindung mit der Laststufenschaltervorrichtung 1 herzustellen.

Nachdem eine erste Verbindung von der ersten Bedieneinheit 20 zur Laststufenschaltervorrichtung 1 hergestellt wurde, wird im nächsten Schritt 41 eine sichere Verbindung aufgebaut. Als Beispiel für eine sichere Verbindung kann hier das TLS-Protokoll herangezogen werden. Hier wird im ersten Schritt eine verschlüsselte Verbindung zwischen der ersten Bedieneinheit 20 und der Laststufenschaltervorrichtung 1 hergestellt. Als Beispiel kann hier eine AES-Verschlüsselung verwendet werden und als Algorithmus für den Schlüsselaustausch kann das Diffie-Hellman-Verfahren verwendet werden.

Im nächsten Schritt 42 wird noch das Vertrauensverhältnis zwischen der ersten Bedieneinheit 20 und der Laststufenschaltervorrichtung 1 geprüft, um potenzielle Angriffe wie Man-In-The-Middle-Attacken auszuschließen. Beispielhaft kann hier das RSA-Verfahren verwendet werden.

Im nächsten Schritt 43 muss noch geprüft werden, ob sich der Benutzer überhaupt an der Laststufenschaltervorrichtung anmelden darf (Autorisierung) und welche Rechte dieser Benutzer besitzt (Authentifizierung). Dazu kann ein signierter JWT-Token verwendet werden, der alle für die Autorisierung und Authentifizierung benötigten Informationen enthält. Durch die Überprüfung der Signatur des Tokens kann sichergestellt werden, dass der Inhalt des Tokens nicht verändert wurde und es sich um einen validen Token handelt. Zusätzlich kann mit den weiteren Informationen des Tokens entschieden werden, ob dem Benutzer Zugriff auf die Laststufenschaltervorrichtung 1 gewährt wird.

Sollte während des Aufbaus der sicheren ersten Datenverbindung ein Fehler auftreten; die Identität der beteiligten Akteure nicht 100%ig bestätigt werden können oder die Autorisierung bzw. Authentifizierung fehlschlagen, wird die Verbindung beendet (Schritt 44). Zusätzlich werden bei einem erfolglosen Verbindungsaufbau, alle während des Verbindungsaufbaus versendeten Informationen wie Zertifikate, Basiswerte zur Berechnung der Session-Schlüssel, usw. gelöscht. In Schritt 45 erfolgt eine Autorisierung und Authentifizierung.

Nachdem sich die erste Bedieneinheit 20 erfolgreich mit der Laststufenschaltervorrichtung 1 verbunden hat, also eine erste Datenverbindung hergestellt wurde (Schritt 46), wird der aktuelle Zustand der zweiten Datenverbindung 31 in Schritt 47 ermittelt. Dabei wird insbesondere die Einstellung ermittelt, ob Daten, die über die zweite Datenverbindung an der Laststufenschaltervorrichtung 1 eintreffen, verworfen werden sollen oder nicht. Der aktuelle Zustand der zweiten Datenverbindung 31 und insbesondere die Einstellung, ob eintreffende Daten über die zweite Datenverbindung verworfen werden sollen oder nicht, werden auf einem nicht flüchtigen Speicher gesichert. Als nicht flüchtiger Speicher kann hier ein Flash-Speicher dienen. Die Einstellung, die signalisiert, ob eintreffende Daten über die zweite Datenverbindung verworfen werden sollen oder nicht, wird so gesetzt, dass die eintreffenden Daten verworfen werden. Damit wird die zweite Datenverbindung 31 in Schritt 48 zwischen der zweiten externen Bedieneinheit 30 und der Laststufenschaltervorrichtung 1 unterbunden.

Bezugszeichenliste

1 Laststufenschaltervorrichtung

2 Laststufenschalter

3 Motorantrieb 4 Steuervorrichtung

20 erste Bedieneinheit

21 erste Datenverbindung

22 erstes Kommunikationsmodul

30 zweite Bedieneinheit 31 zweite Datenverbindung

32 zweites Kommunikationsmodul