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Die Erfindung betrifft eine Schaltanlage aufweisend mindestens zwei Leistungsschalter, ein Funktionsgerät für einen Leistungsschalter und ein Verfahren für eine Schaltungsanordnung mit Leistungsschaltern.
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Bei Wartungsarbeiten in Schaltanlagen kann nicht unter allen Umständen spannungsfrei gearbeitet werden, beispielsweise bei Arbeiten in Anlagen mit sehr hohen Verfügbarkeitsanforderungen, wie z.B. in Krankenhäusern oder der chemischen Industrie. Bei Wartungsarbeiten im Bereich spannungsführender Schalter, wie z.B. bei Leistungsschaltern, besteht in derartigen Fällen Gefahr für Leib und Leben des Wartungstechnikers, falls während der Dauer der Wartung ein Kurzschluss oder Überlastfall auftritt und ein Schalter auslöst. Durch die Auslösung im Kurzschluss- oder Überlastfall wird in der Regel ein Lichtbogen, Schaltgase und eine hohe Energie abgegeben, die gefährlich für den Wartungstechniker sind.
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Mit Schaltanlage sind Anordnungen von mindestens zwei Leistungsschaltern gemeint, die einen oder unabhängige Stromkreise schützen.
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Mit Leistungsschalter sind Schalter gemeint, wie sie insbesondere in Niederspannungsanlagen, für Ströme von 63 bis 6300 Ampere eingesetzt werden. Spezieller werden geschlossene Leistungsschalter für Ströme von 63 bis 1600 Ampere, insbesondere von 125 bis 630 oder 1200 Ampere eingesetzt. Offene Leistungsschalter werden insbesondere für Ströme von 630 bis 6300 Ampere, spezieller von 1200 bis 6300 Ampere verwendet.
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Offene Leistungsschalter werden auch als Air Circuit Breaker, kurz ACB, und geschlossene Leistungsschalter als Moulded Case Circuit Breaker oder Kompaktleistungsschalter, kurz MCCB, bezeichnet.
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Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Leistungsschalter mit einer elektronischen Auslöseeinheit, auch als Electronic Trip Unit, kurz ETU, bezeichnet, gemeint.
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Leistungsschalter überwachen den durch sie hindurchfließenden Strom und unterbrechen den elektrischen Strom bzw. Energiefluss zu einer Energiesenke bzw. einem Verbraucher, was als Auslösung bezeichnet wird, wenn Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitspannengrenzwerte, d.h. wenn ein Stromwert für eine gewisse Zeitspanne vorliegt, überschritten werden.
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Manche Leistungsschalter weisen neben einem Normalmodus bzw. ersten Modus, in dem die Leistungsschalter im Normalzustand bzw. üblicherweise betrieben werden, einen Wartungsmodus bzw. zweiten Modus auf. Dieser Wartungsmodus weist eine reduzierte Ansprechschwelle, d.h. zeitlich kürzere bzw. geringere Stromschwellwerte auf, d.h. zweite Stromgrenzwerte, die unter den ersten Stromgrenzwerten für den Normzustand sind. Durch dies geringeren bzw. kürzen Ansprechschwellen, wird eine Abschaltung des Leistungsschalters schneller oder/und bei geringeren Strömen durchgeführt, so dass die im Abschaltfall frei werdende Energiemenge verringert bzw. reduziert wird.
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Mit Niederspannung sind elektrische Spannungen von bis zu 1000 Volt Wechselspannung oder 1500 Volt Gleichspannung gemeint.
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Mit Kontakt ist ein elektrischer Kontakt, wie ein elektrischer Schaltkontakt gemeint, der einen geschlossenen bzw. offenen Zustand aufweist. Der Kontakt kann beispielsweise ein Türkontakt sein, der beispielsweise beim öffnen bzw. schließen einer Schaltanlage betätigt bzw. geöffnet oder geschlossen wird. Es kann aber auch ein so genannter Remote-Kontakt sein.
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Mit Signalisierungsanzeige ist eine optische Anzeige gemeint, beispielsweise durch ein lichtemittierendes Element, wie eine Lampe (z.B. Glühlampe) oder eine Lichtemitterdiode, kurz LED.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2010 060 938 A1 offenbart ein Kontrollsystem. Es betrifft ein Kontrollsystem (10), das mindestens als Schutzsystem einer Schaltanlage (11) für ein elektrisches Energiesystem dient, wobei mit Hilfe des Kontrollsystems (10) mehrere Schutzfunktionen (83, 83') für das elektrische Energiesystem ausführbar sind, um einen sicheren Betrieb des elektrischen Energiesystems zu gewährleisten. Es ist vorgesehen, dass das Kontrollsystem (10) eine Kontrolleinheit (30) aufweist, wobei die Kontrolleinheit (30) eine Hardware (31, 32, 33, 34, 35) mit zumindest zwei Rechenkernen (31) zum Ausführen mindestens zweier Schutzfunktionen (83, 83') und mit mindestens einem Speicher (35) aufweist, und in dem Speicher (35) mindestens ein Programm (36, 36', 81, 83) hinterlegt ist, mit dessen Hilfe die Schutzfunktionen echtzeitfähig ausführbar sind.
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Die amerikanische Patentschrift
US 8,508,891 B2 offenbart eine Auslöseeinheit, die ein elektrisches Fernsignal liefert, um aus der Ferne anzuzeigen, dass ein Lichtbogenreduzierungs-Wartungsmodus aus der Ferne aktiviert ist. Ein elektrisches Schaltgerät umfasst trennbare Kontakte; einen Betätigungsmechanismus, der so aufgebaut ist, dass er die trennbaren Kontakte öffnet und schließt; und einen Auslösemechanismus, der mit dem Betätigungsmechanismus zusammenwirkt, um die trennbaren Kontakte auszulösen. Der Auslösemechanismus umfasst einen Eingang, der so strukturiert ist, dass er ein Fernsignal empfängt, um einen Aufrechterhaltungsmodus zur Lichtbogenreduzierung aus der Ferne zu aktivieren, einen ersten Schaltkreis, der so strukturiert ist, dass er den Aufrechterhaltungsmodus zur Lichtbogenreduzierung als Reaktion auf das empfangene Fernsignal aktiviert, und einen zweiten Schaltkreis, der so strukturiert ist, dass er ein elektrisches Signal bereitstellt vom Auslösemechanismus entfernt, um aus der Ferne anzuzeigen, dass der Wartungsmodus zur Lichtbogenreduzierung aus der Ferne aktiviert ist.
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Die deutsche Auslegungsschrift
DE 12 54 736 A offenbart eine Steuerung einer elektrischen Schaltanlage. Die Steuerung einer elektrischen Schaltanlage mit einer für mehrere Abzweige gemeinsamen zentralen Steuerungsapparatur, die wahlweise auf jeden Abzweig umschaltbar ist und mit einer gemeinsamen Verriegelungsapparatur ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die zentrale Steuerungsapparatur als auch die gemeinsame Verriegelungsapparatur für eine Vorortbetätigung umschaltbar sind.
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Die Übersetzung der europäischen Patentschrift
DE 60 2005 002 389 T2 offenbart ein Verfahren und Leistungsschalter zur Verminderung von Bogenblitzen während der Wartung an einer Niederspannungsschaltung. Verfahren zum Vorsehen von Schutz gegenüber Kurzschlussbogen bzw. Bogenblitz (arc flash) während der Wartung einer Niedrigspannungs-Leistungsschaltung (1) mit einem Schalter (3), der eine bestimmte oder spezifizierte Auslösefunktion zum Ansprechen auf einen Fehler besitzt, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Übersteuern der spezifizierten Auslösefunktion mit einer Wartungsauslösefunktion, was zu einer reduzierten Bogenenergie im Fehler während einer Auslösung führt und zwar gegenüber der Bogenenergie, während einer Auslösung mit der spezifizierten Auslösefunktion; und Wiederherstellen der spezifizierten Auslösefunktion darauf folgend auf die Wartung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltanlage zu verbessern und Mittel bzw. Verfahren anzugeben, um eine Verbesserung zu bewirken.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schaltanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 2 gelöst.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltanlage gelöst, die folgende Elemente aufweist:
- - mindestens zwei Leistungsschalter, wobei die Leistungsschalter zwei Modi aufweisen, einen Normalmodus und einen Wartungsmodus, wobei der Wartungsmodus eine reduzierte Ansprechschwelle für die Unterbrechung eines elektrischen Stromkreises des Leistungsschalters aufweist,
- - mindestens zwei Funktionsgeräte, wobei ein Funktionsgerät eine Kommunikationsverbindung zur Kommunikation mit einem Leistungsschalter, einen Eingang und einen Ausgang aufweist,
- - einen Kontakt, der jeweils mit den Eingängen der Funktionsgeräte verbunden ist,
- - eine Signalisierungsanzeige, die in Serie mit der Serienschaltung der Ausgänge der Funktionsgeräte geschaltet ist, und die Einheiten (Leistungsschalter, Funktionsgerät, Kontakt, Signalisierungsanzeige) derart ausgestaltet sind,
dass bei einem Öffnen oder Schließen, je nach gewünschten Randbedingungen, d.h. bei einer Betätigung, Statusänderung oder Zustandsänderung des Kontaktes dies von den Funktionsgeräten erkannt wird,
daraufhin vom Funktionsgerät ein erstes Signal zum verbundenen Leistungsschalter gesendet wird,
der Leistungsschalter in den Wartungsmodus schaltet,
nach eingeschaltetem Wartungsmodus der Leistungsschalter ein zweites Signal zum Funktionsgerät sendet,
daraufhin, d.h. nach Empfang des zweiten Signals, das Funktionsgerät seinen Ausgang schließt, so dass bei geschlossenem Ausgang aller Funktionsgeräte die Signalisierungsanzeige einen Wartungsmodus signalisiert.
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Dies hat den besonderen Vorteil, dass sichergestellt wird, dass alle betroffenen Schalter innerhalb der Schaltanlage den Wartungsmodus eingenommen haben. Eine Signalisierung eines Wartungsmodus erfolgt nur dann, wenn alle betroffenen Schalter im Wartungsmodus sind. Bei einem Öffnen des Kontaktes erfolgt ferner ein Einschluss der Überprüfung hinsichtlich von Drahtbrüchen. Bei einem Drahtbruch würde beispielsweise automatisch der Wartungsmodus der Leistungsschalter getriggert.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei Fehlen einer Spannung am Eingang des Funktionsgerätes ein erstes Signal über die Kommunikationsverbindung gesendet. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache Realisierung zu Abfrage eines Kontaktes gegeben ist, ferner ein Wartungszustand auch bei Ausfall einer Energieversorgung oder einem Drahtbruch realisiert werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Signalisierungsanzeige ein lichtemittierendes Element, insbesondere eine Lampe oder Lichtemitterdiode. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache Signalisierung gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kontakt ein Türkontakt, der bei geöffneter Tür offen und bei geschlossener Tür geschlossen ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein Schutz einer Schaltanlage ermöglicht wird, unter Einschluss einer Drahtbruchüberwachung, so dass bei geöffnetem Zugang zur Schaltanlage oder einem Drahtbruch von Leitungen die Leistungsschalter in einem Wartungsmodus gehen, so dass ein erhöhter Schutz von Anlagen gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Eingang eines Funktionsgerätes zwei Anschlüsse auf, die Anschlüsse der Eingänge der Funktionsgeräte sind parallel geschaltet und diese Parallelschaltung ist mit einer Serienschaltung des Kontaktes und einer Energieversorgung verbunden.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine besonders einfache Realisierung für den Kontaktstromkreis gegeben ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Ausgang eines Funktionsgerätes zwei Anschlüsse auf, die Anschlüsse der Ausgänge der Funktionsgeräte sind in Serie geschaltet mit der Signalisierungsanzeige und einer Energieversorgung.
Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein besonders einfacher Signalisierungsstromkreis gegeben ist.
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Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 oder 2, als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung einer Schaltanlage.
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Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.
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Dabei zeigt die Figur der Zeichnung:
- Eine Darstellung zur Erläuterung der Erfindung
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Die Figur zeigt eine Schaltanlage AN, aufweisend einen ersten Leistungsschalter LS1, für einen ersten elektrischen Stromkreis, und einen zweiten Leistungsschalter LS2, für einen zweiten elektrischen Stromkreis. Beide Leistungsschalter können auch nur einem elektrischen Stromkreis zugeordnet sein und beispielsweise diesen schützen. Die Leistungsschalter weisen zwei Modi auf, einen Normalmodus und einen Wartungsmodus, der eine reduzierte Ansprechschwelle für die Unterbrechung eines elektrischen Stromkreises des Leistungsschalters aufweist, wie eingangs beschrieben.
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Der erste Leistungsschalter LS1 ist über eine erste Kommunikationsverbindung KV1 mit einem ersten Funktionsgerät FG1 verbunden. Das erste Kommunikationsgerät weist dazu einen Kommunikationsanschluss KAI auf.
Das erste Funktionsgerät FG1 ist über einen Anschluss Power mit einer ersten Energieversorgung PS1 verbunden.
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Das erste Funktionsgerät FG1 weist einen Eingang E1 auf. Dieser kann beispielsweise spannungssensitiv sein, d.h. bei anliegen einer Spannung erkennt das Funktionsgerät diese. Der Eingang E1 kann beispielsweise einen Optokoppler aufweisen, um eine galvanische Trennung zu realisieren, um beispielsweise Potentialprobleme zu vermeiden.
Das erste Funktionsgerät FG1 weist einen Ausgang A1 auf. Dieser kann zwei Anschlüsse aufweisen, die beispielsweise kurzgeschlossen werden, beispielsweise durch Relaiskontakte, wobei eine galvanische Trennung realisiert werden kann. Alternativ kann auch eine Transistor den Ausgang kurzschließen bzw. nach Masse schalten.
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In analoger Weise ist der zweite Leistungsschalter LS2 über einen Kommunikationsverbindung KV2 mit dem Kommunikationsanschluss KS2 eines zweiten Funktionsgerätes FG2 verbunden. Das zweite Funktionsgerät ist beispielsweise ebenso mit der ersten Energieversorgung PS1 verbunden.
In analoger Weise weist das zweite Funktionsgerät FG2 einen Eingang E2 und einen Ausgang A2 auf.
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Die zweipoligen Ausgänge A1, A2 sind in Serie mit einer Signalisierungseinheit SA und einer dritten Energieversorgung PS3 geschaltet. Dadurch signalisiert die Signalisierungseinheit SA nur dann, wenn beide Ausgänge durchgeschaltet bzw. kurzgeschlossen sind.
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Die beispielsweise zweipoligen Eingänge E1, E2 sind parallel geschaltet. Die Parallelschaltung ist mit einer Serienschaltung eines Kontaktes KT und einer zweiten Energieversorgung PS2 verbunden. So werden die Eingänge nur mit Energie bzw. Spannung versorgt, wenn der Kontakt KT geschlossen ist.
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Der Kontakt KT kann dabei der Türkontakt der Tür einer Schaltanlage sein. D.h. wenn Wartungsarbeiten vorgenommen werden sollen, muss die Tür der Schaltanlage geöffnet werden. Der Kontakt KT kann dabei, je nach Randbedingungen, geöffnet oder geschlossen werden. Beispielsweise kann der Kontakt KT geöffnet werden. Dadurch werden die Eingänge E1, E2 der Funktionsgeräte FG1, FG2 nicht mehr mit Energie versorgt.
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Die Funktionsgeräte FG1, FG2 sind derart ausgestaltet, dass das Fehlen der Energie bzw. Spannung an ihren Eingängen erkannt wird. Daraufhin wird vom Funktionsgerät FG1, FG2 ein erstes Signal über die Kommunikationsverbindung KV1, KV2 zum verbundenen Leistungsschalter LS1, LS2 gesendet wird.
Der Leistungsschalter LS1, LS2 schaltet daraufhin in den Wartungsmodus. Nach eingeschaltetem Wartungsmodus der Leistungsschalter LS1, LS2 wird von diesen ein zweites Signal über die Kommunikationsverbindung KV1, KV2 zum Funktionsgerät FG1, FG2 gesendet. Nach Empfang des zweiten Signals vom Funktionsgerät FG1, FG2 schließt dieses seinen Ausgang A1, A2. Sind beide Ausgänge der Funktionsgeräte bzw. bei mehr als zwei Schaltern die Ausgänge der Funktionsgeräte geschlossen, wird ein Stromfluss von der dritten Energieversorgung PS3 über die Ausgänge A1, A2 der Funktionsgeräte FG1, FG2 zur Signalisierungsanzeige SA ermöglicht, so dass die Signalisierungsanzeige SA einen Wartungsmodus aller beteiligten Leistungsschalter beispielsweise einem Wartungstechniker signalisieren kann.
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Erfolgt ein Drahtbruch, beispielsweise bei den Eingängen E1, E2 der Funktionsgeräte, beim Kontakt KT oder bei der zweiten Energieversorgung PS2, bzw. fällt die zweite Energieversorgung PS2 aus, wird dies von den Funktionsgeräten FG1, FG2 erkannt und es erfolgt eine Umschaltung in den Wartungsmodus, was die Sicherheit erhöht.
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In analoger Weise kann auch mit schließenden Kontakten verfahren werden.
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Die Kommunikationsverbindung kann beispielsweise eine RS-485 (EIA-485) Verbindung sein.
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Im Folgenden soll die Erfindung nochmals erläutert werden.
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Die Überführung des Leistungsschalters LS1, LS2 in den Wartungsmodus erfolgt z.B. durch einen Türkontakt, der bei Öffnen der Schaltanlage betätigt wird.
Befindet sich der oder die Leistungsschalter LS1, LS2 im Wartungsmodus, wird dieser Zustand an das Funktionsgerät FG1, FG2, beispielsweise eine Maintenance-Mode-Box oder external function box, weitergegeben.
Diese gibt über einen potentialfreien Schaltkontakt, wie einen Schließer, die Information an ihrem Ausgang A1, A2 weiter. Um sicherzustellen, dass alle betroffenen Schalter innerhalb der Schaltanlage den Wartungsmodus eingenommen haben, werden diese Ausgänge A1, A2 der Funktionsgeräte FG1, FG2 in einer Serienschaltung bzw. Daisychain hintereinander geschaltet.
Eine Signalisierungsanzeige SA bzw. Signalvorrichtung, z.B. eine grüne Leuchte, wird nur dann den sicheren Zustand signalisieren, wenn alle Schalter LS1, LS2 in der Signalisierungskette den Wartungsmodus eingenommen haben und keinerlei Fehler, wie z.B. Drahtbrüche im Bereich der Tür- oder Meldekontakte bzw. zwischen Leistungsschalter LS1, LS2 und Funktionsgerät FG1, FG2 vorliegen.
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Der Ausgang A1, A2 bzw. Meldekontakt der Funktionsgeräte FG1, FG2 wird von den Leistungsschaltern LS1, LS2 bzw. deren elektronische Auslöseeinheiten ETU nur dann angesteuert, wenn dieser den sicheren Zustand eingenommen hat. Durch die Möglichkeit der Bildung einer Signalkette kann sichergestellt werden, dass alle betroffenen Leistungsschalter einer Schaltanlage den sicheren Zustand eingenommen haben.
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Die Funktionsgeräte können in analoger Weise auch mehrere Ein- oder/und Ausgänge aufweisen. Ebenso kann ein Funktionsgerät mehre Kommunikationsschnittstellen KA1, KA2 aufweisen, für die Verbindung mit mehreren Leistungsschaltern. In analoger Weise kann dann die serielle Logik in einem Funktionsgerät realisiert sein.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
