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Die Erfindung betrifft ein Modul mit einer Funksendeempfangseinrichtung, einem Aktor und einer Aktivierungseinrichtung. Die Erfindung betrifft weiter ein System und ein Verfahren umfassend ein derartiges Modul und eine zentrale Einheit.
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Module mit den eingangs beschriebenen Merkmalen sind ausgebildet um zum Beispiel mit der zentralen Einheit drahtlos, zum Beispiel mittels Funksignale, zu kommunizieren. Mittels dieser drahtlosen Kommunikation werden zwischen dem Modul und der zentralen Einheit Informationen ausgetauscht. Das Modul übermittelt dabei zum Beispiel einen eindeutigen Identifikationscode an die zentrale Einheit, um sich gegenüber dieser zu identifizieren. Die zentrale Einheit wiederum übermittelt dem Modul Daten, die dem Modul Sollwerte für den Aktor vorgeben. Das Modul wandelt die Daten zu einem elektrischen Signal, welches als Sollwert, Stellwert oder Antriebssignal dem Aktor zugeführt wird. Der Aktor wandelt das elektrische Signal in einen physikalischen Effekt um. Dies kann eine Drehung eines Stellmotors oder eine Aktion an einem elektromechanischen Schaltelement sein. Ein solches Modul erfüllt zusammen mit dem Aktor die Aufgabe, mittels dem Aktor eine Steuereinheit oder eine Regeleinheit oder eine Beleuchtungseinrichtung oder andere technische Einrichtungen entweder ein- oder auszuschalten oder auch zu steuern oder zu regeln. Welcher Aktor dazu in dem Modul Verwendung findet oder mit dem Modul wirkt, hängt von der technischen Einrichtung ab, auf welche der Aktor wirkt oder mit welcher der Aktor gekoppelt ist. Ist der Aktor lediglich ein elektromechanischer Schalter, so eignet sich dieser zum Beispiel zum Ein- und Ausschalten von Beleuchtungseinrichtungen oder anderen elektrischen Verbrauchern, ist der Aktor ein Elektromotor, so eignet sich dieser für Regeleinrichtungen, zum Beispiel zum Betätigen von Heizventilen oder anderen gebäudetechnischen Einrichtungen. Mittels der zentralen Einheit ist eine Kommunikation mit einer Vielzahl von derartigen Modulen möglich. Damit sind zentral an einem Gebäude eine Vielzahl von Steuer- oder Regeleinrichtungen wie Heizkörperventile oder elektrische Verbraucher steuerbar, regelbar oder auch lediglich einzuschalten beziehungsweise auszuschalten. Es bedarf einer elektrischen Energieversorgung des Moduls um jede für das Modul bestimmte Nachricht der zentralen Einheit zu empfangen und um eine Aktion mittels des Aktors auszuführen. Die Nachricht wird mittels eines Funksignals von der zentralen Einheit an das Modul übermittelt. Das Modul muss um die Nachricht empfangen zu können mit elektrischer Energie versorgt sein, denn nur dann ist die Funksendeempfangseinheit auch empfangsbereit. Das heißt, es ist mit dem Empfang der Nachricht ein Verbrauch von elektrischer Energie verbunden, der auch über die Zeiträume in denen die zentrale Einheit keine Nachricht an das Modul sendet andauert. Das heißt, es wird auch während der Sendepausen, in denen kein Signal an das Modul gesendet wird, am Modul elektrische Energie verbraucht. Ein hoher Energieverbrauch ist die Folge.
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Die
US 2004/0077383 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei dem transponderunterstützt aus einem „Schlafmodus” mittels eines Aufweckereignisses die Vorrichtung in einen Betriebsmodus versetzt wird. Als Ernergieversorgung dient hierbei eine Batterie.
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Die
DE 10301 578 A1 Die Erfindung beschreibt einen energieautarken Sensor mit zumindest einem Speicherelement zur Speicherung von elektrischer Energie, einem Sensorelement zur Erfassung von physikalischen Umgebungsparametern, einer Steuerschaltung zur Codierung der erfassten physikalischen Umgebungsparameter und einem fotovoltaischem Element das zur Energieversorgung des Sensors an das Speicherelement (
3) angeschlossen ist. Es ist eine Timerschaltung vorgesehen, die mit dem Erreichen einer vorbestimmten elektrischen Spannung an dem Speicherelement aktiviert wird. In vorbestimmbaren Zeitintervallen wird das Sensorelement und die Steuerschaltung aktiviert und nach einer vorbestimmbaren Betriebszeit deaktiviert, so daß eine Zeitdauer eines Sensorbetriebes und einer Sensorbetriebspause entsteht. Das Zeitintervall zur Aktivierung der Steuerschaltung ist dabei in Abhängigkeit des Ladezustandes des Speicherelementes veränderbar.
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Die
DE 10 2004 032 618 A1 offenbart einen Solar-Funk-Temperatursensor, mit einer Funksendeempfangseinrichtung, einem Temperatursensor und einem Steuermittel. Dabei ist das Steuermittel mit der Funksendeempfangseinrichtung, dem Temperatursensor (und einem Energiespeicher, welcher von einer Solarzelle versorgt wird, verbunden. Das Steuermittel ist dabei derart gestaltet, dass es Temperatursensor und Funksendeempfangseinrichtung steuert. Wie bereits in Absatz [0013] dieser Schrift angeführt, kann die Anordnung Situationen ausgesetzt sein, in denen die Anordnung über einen längeren Zeitraum ohne Licht auskommen müssen und die Solarzellen somit keine Energie zum Betrieb bereitstellen können. Aus diesem Grund ist ein Energiespeicher als Puffer zwischengeschaltet, jedoch ist auch der Energieinhalt des Energiespeichers beschränkt und es ist somit bei einer längeren Abstinenz von Licht davon auszugehen, dass der Anordnung ab einem gewissen Zeitpunkt keine zum Betrieb notwendige Energie mehr zur Verfügung steht und die Anordnung somit nicht länger betreibbar ist.
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Somit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Modul vorzusehen, das eine zuverlässige und stabile Energieversorgung erlaubt.
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Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen beschriebenen Maßnahmen gelöst. Die Maßnahmen, welche in den diesen direkt oder indirekt untergeordneten Patentansprüchen beschrieben sind, bilden diese Maßnahmen in vorteilhafter Weise weiter.
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Im Folgenden ist das Verfahren mit dem Modul, das Modul selbst und ein System mit dem Modul und einer zentralen Einheit beschrieben.
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Es ist ein Modul vorgesehen, mit einer Funksendeempfangseinrichtung, einem Aktor und einer Aktivierungseinrichtung. Die Aktivierungseinrichtung ist mit der Funksendeempfangseinrichtung und mit dem Aktor und einer Energiequelle gekoppelt und ist ausgebildet, der Funksendeempfangseinrichtung und dem Aktor elektrische Energie aus der elektrischen Energiequelle zuzuführen.
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Die Funksendeempfangseinrichtung umfasst eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit, sowie eine Auswerteeinheit welche Signale auswertet und/oder bearbeitet die mit der Funksendeempfangseinrichtung gesendet werden sollen oder empfangen wurden. Empfangene Signale umfassen zum Beispiel Werte die dem Aktor durch ein elektrisches Signal als Stellwert oder als Sollwert zugeführt werden. Als Aktor ist nahezu eine jede Vorrichtung verwendbar, die mittels eines elektrischen Signals entweder eine mechanische Bewegung initiiert oder einen elektrischen Schalt- oder Steuervorgang auslöst und ist damit nicht alleinig auf einen elektromechanischen Schalter oder einen Elektromotor begrenzt. Der Aktor hat allgemein die Aufgabe, ein elektrisches Signal zu einem physikalischen Parameter zu wandeln. So kann ein Aktor zum Beispiel ein Teil eines Klimasystems oder Heizsystems sein. In einem einfachen Fall ist das elektrische Signal an den Aktor ein Einschaltbefehl, oder ein Ausschaltbefehl, oder ein Stellsignal, das mittels eines Elektromotors auf ein Ventil wirkt, wodurch eine Temperaturänderung an einem Heizsystem herbeigeführt wird, der zu einer Temperaturänderung mittels des Aktors oder der durch den Aktor ausgelosten Aktion führt. Als Aktoren bieten sich somit elektromechanische-, induktive-, kapazitive-, pyroelektrische-, fotoelektrische-, piezoelektrische- oder thermoelektrische Aktoren an. Aktionen welche durch den Aktor bewirkt werden sind zum Beispiel eine Beleuchtungssteuerung mittels eines Dimmers, eine Temperatursteuerung mittels einer Heizung oder Klimaanlage, ein Aussenden eines Alarmsignals, eine Informationsweiterleitung an ein Kommunikationsmedium wie zum Beispiel Telefon, Mobilfunk oder Internet.
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Als Energiequelle zur Versorgung des Moduls mit elektrischer Energie, sind verschiedene Energiequellen möglich, zum Beispiel ein Netzanschluss, der die elektrische Hausinstallation als Energiequelle nutzt, oder ein Akkumulator oder ein anderer elektrochemischer Speicher. Es sind auch andere Energiequellen verwendbar, wie zum Beispiel thermoelektrische Wandler, piezoelektrische Wandler oder andere elektrische Wandler, welche die in der Umgebung vorhandene Umgebungsenergie wie zum Beispiel Licht, Temperatur oder Bewegung in elektrische Energie wandeln. So ist zum Beispiel die Wärme einer Heizungsanlage oder deren Heizkörper, welche in einem Gebäude installiert sind, als Wärmequelle für einen thermoelektrischen Wandler verwendbar.
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Durch die Koppelung der Aktivierungseinrichtung mit der Energiequelle einerseits, und dem Aktor und der Funksendeempfangseinrichtung andererseits, bildet die Aktivierungseinrichtung eine Verbindung zwischen der Energiequelle und der Funksendeempfangseinrichtung und dem Aktor. Damit bestimmt die Aktivierungseinrichtung die Energieversorgung des Moduls. Die Aktivierungseinrichtung selbst ist dazu stets mit elektrischer Energie aus der Energiequelle versorgt. Dies gilt zumindest solange, solange die Energiequelle selbst ausreichend Energie zu Versorgung der Aktivierungseinrichtung aufweist.
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Damit ist erreicht, dass die energieintensiven Komponenten des Moduls, wie die Funksendeempfangseinrichtung und der Aktor nur dann mit elektrischer Energie versorgt werden, wenn die Aktivierungseinrichtung der Funksendeempfangseinrichtung und dem Aktor elektrische Energie zuführt.
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Eine Weiterbildung der vorstehend beschriebenen Maßnahmen sieht vor, dass die Aktivierungseinrichtung in Abhängigkeit von einer verfügbaren Menge an elektrischer Energie die Zuführung von elektrischer Energie an die Funksendeempfangseinrichtung und dem Aktor steuert. Dazu weist das Modul bevorzugt ein Mittel auf, welches die Menge an verfügbarer elektrischer Energie in der Energiequelle ermittelt. Bevorzugt umfasst das Mittel auch Entscheidungsalgorithmen, die mittels einer elektronischen Vergleichseinrichtung in Abhängigkeit von dem Energieniveau in der Energiequelle entscheidet, ob genügend Energie zur Versorgung der Funksendeempfangseinrichtung und des Aktor vorliegt, und erst beim Vorliegen von genügend Energie der Funksendeempfangseinrichtung und dem Aktor elektrische Energie zuführt.
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Weitergebildet ist dies damit, dass sich die Aktivierungseinrichtung durch vorbestimmbare oder zufällige Zeitabstände steuern lässt und somit nach vorbestimmbaren, im Wesentlichen regelmäßigen, Zeitabständen oder aber auch zufälligen Zeitabständen, die Zuführung von elektrischer Energie an die Funksendeempfangseinrichtung und dem Aktor erfolgt. Eine Weiterbildung sieht eine Kombination aus der Zuführung von elektrischer Energie nach vorbestimmbaren oder zufälligen Zeitabständen, kombiniert mit der Zuführung von elektrischer Energie an die Funksendeempfangseinrichtung in Abhängigkeit von der verfügbaren Menge an elektrischer Energie in der Energiequelle, vor. Damit ist ein weiteres Energiesparpotential gebildet da damit auch abhängig von der verfügbaren Menge an elektrischer Energie die Zeitabstände veränderbar sind.
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Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn die elektrische Energie in der Energiequelle mittels einer Wandlung von Umgebungsenergie in elektrische Energie gebildet ist. Denn dabei steht die elektrische Energie nicht immer in gleicher Menge zur Verfügung. Auch steht die Umgebungsenergie nicht immer zu dem Zeitpunkt zur Verfügung, wenn elektrische Energie benötigt wird. Ist die Energiequelle zum Beispiel mittels eines photoelektrischen Wandlers aus Solarenergie gespeist, so steht nur tagsüber, oder nur bei ausreichender Lichteinstrahlung elektrische Energie zur Verfügung. Aus diesem Grunde ist bevorzugt im Zusammenhang mit einer mit Umgebungsenergie gespeisten elektrische Energiequelle, ein elektrischer Energiespeicher vorgesehen, in dem die gewandelte elektrische Energie bis zum Zeitpunkt des Bedarfes gespeichert wird.
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Der Wandler basiert ebenso wie der Aktor auf einem elektrophysikalischen Prinzip, welcher Umgebungsparameter in elektrische Energie wandelt. Im Zusammenwirken mit dem Modul ist der Wandler an eine möglichst effiziente Energieausbeute ausgerichtet, so dass im Zusammenhang mit einem Modul auch andere als die mit dem Aktor erzeugten physikalischen Parameter zur Energiegewinnung herangezogen werden. Der Wandler ist je nach Einsatzort und nach der dort am häufigsten auftretenden wandelbaren Energieform zu wählen. Der Wandler ist ebenso wie der Aktor entweder nach einem elektromechanischen-, induktiven-, kapazitiven-, pyroelektrischen-, fotoelektrischen-, piezoelektrischen- oder thermoelektrischen Prinzip oder einer Kombination aus solchen gebildet.
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Zur zeitabhängigen Steuerung der Energiezufuhr umfasst die Aktivierungseinrichtung bevorzugt ein zeitgebendes Element. Das zeitgebende Element ist ein Element der Aktivierungseinrichtung, welches stets mit der Energiequelle verbunden ist und somit stets mit Energie versorgt wird, solange die Energiequelle auch ausreichend Energie zur Versorgung dieses zeitgebenden Elements aufweist.
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Mit der Zuführung von elektrischer Energie an die Funksendeempfangseinrichtung sendet die Funksendeempfangseinrichtung zunächst ein erstes Funksignal aus, und übermittelt dabei einer entfernt angeordneten zentralen Einheit ihre Empfangs- bzw. Kommunikationsbereitschaft. Das erste Funksignal bildet somit ein Kommunikationsbereitschaftssignal. Die entfernt angeordnete zentrale Einheit empfängt dieses Signal und wertet dies aus und erkennt mittels Vergleichsalgorithmen, dass eine Funksendeempfangseinrichtung eines Moduls mittels dieses Signals ihre Empfangs- bzw. Kommunikationsbereitschaft übermittelt hat. Mittels des Vergleichsalgorithmus ist zudem feststellbar, von welchem Modul das Kommunikationsbereitschaftssignal gesendet wurde. Insbesondere, wenn eine Vielzahl von Modulen mit der zentralen Einheit in Funkverbindung stehen, ist eine Identifikation jedes einzelnen Moduls vorteilhaft. Das Modul, beziehungsweise die Funksendeempfangseinrichtung sendet dazu mit dem Kommunikationsbereitschaftssignal noch ein Erkennungssignal. Dieses Erkennungssignal kann in Form einer digitalen ID-Nummer übermittelt werden. Die entfernte Einheit empfängt und identifiziert ein Funksignal zur Signalisierung der Kommunikationsbereitschaft einer bestimmten Funksendeempfangseinrichtung und damit eines bestimmten Moduls innerhalb einer Vielzahl von Modulen im Wirkungsbereich der zentralen Einheit. Die zentrale Einheit umfasst eine Datenspeichereinrichtung, welche die Daten speichert, die an die einzelnen Module zu übermitteln sind. Die Datenspeichereinrichtung speichert die Daten für jedes einzelne Modul solange, bis jedem einzelnen Modul die Daten erfolgreich übermittelt wurden.
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Nach dem Empfang des Kommunikationsbereitschaftssignals durch die zentrale Einheit, wird an der zentralen Einheit das für das Modul vorgesehene Informationspaket aus der Datenspeichereinrichtung ausgewählt und von der zentralen Einheit mittels eines Funksignals gesendet. Das Funksignal kann von dem Modul empfangen werden. Nach dem erfolgreichen Empfang des Informationspakets kann das Modul die Empfangsbereitschaft der Funksendeempfangseinrichtung beenden und damit elektrische Energie einsparen. Das Informationspaket kann mit einem Abschlusssignal erweitert sein. Ist das Abschlusssignal empfangen, wird die Empfangsbereitschaft beendet. Die Auswertung der empfangenen Daten erfolgt nach deren Empfang.
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Alternativ zu der eben beschriebenen Kommunikation zwischen der zentralen Einheit und dem Modul, kann von beiden Parteien gemeinsam eine bidirektionale Kommunikation aufgebaut werden, mittels derer nicht nur einseitig ein Informationspaket von der zentralen Einheit an das Modul übermittelt werden kann, sondern zudem auch Werte, beziehungsweise Informationen von dem Modul an die zentrale Einheit übermittelt werden können. Dies ist zum Beispiel ein Bestätigungssignal nachdem alle Daten des Informationspakets empfangen wurden, oder Messdaten eines Sensors der mit dem Modul gekoppelt ist, oder im Modul integriert ist. Die Informationen können auch im Zusammenhang mit einer bidirektionalen Kommunikation mit einem Abschlusssignal erweitert sein. Ist das Abschlusssignal empfangen, wird die bidirektionale Kommunikation beendet.
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Während der bidirektionalen Kommunikation empfangt also die Funksendeempfangseinrichtung des Moduls sämtliche für sie vorgesehenen an der zentralen Einheit gespeicherten und vorbereiteten Informationen. Mit diesen Informationen führt das Modul Aktionen mittels des Aktors aus, und betätigt mit dem Aktor eine Steuer- oder Regeleinrichtung oder einen Schalter. Auch der Aktor wird durch die Aktivierungseinrichtung mit elektrischer Energie versorgt.
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Die bidirektionale Kommunikation wird solange aufrechterhalten, bis entweder sämtliche Daten der zentralen Einheit an das Modul übermittelt sind, ein Abschlusssignal empfangen wurde oder das Modul aufgrund von nachlassender elektrischer Energie in der Energiequelle die Kommunikation unterbricht. Für diesen Fall behält die zentrale Einheit die nicht gesendete Information in ihrem Speicher zurück, und sendet die verbleibenden Informationen mit der nächsten Funkverbindung die mit dem Modul gebildet wird
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Die zentrale Einheit verfügt, um die vorstehend beschrieben Vorgänge durchführen zu können, über eine Funksendeempfangseinrichtung, so dass Funksignale von der zentralen Einheit empfangen als auch gesendet werden können.
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Wie bereits erwähnt, ist das Modul zusätzlich mit einem Sensor erweiterbar. Dieser wird ebenfalls mittels der Aktivierungseinrichtung mit elektrischer Energie versorgt. Der Sensor ermittelt einen physikalischen Wert, wandelt diesen in ein elektrisches Signal, welches ein Referenzsignal zu dem physikalischen Wert ist. Mittels der Funksendeempfangseinrichtung ist der durch den Sensor ermittelte Wert an die zentrale Einheit übermittelbar. Dies bietet zusätzlich den Vorteil, dass die zentrale Einheit Istwerte am Sensor sofort zur Verfügung hat und diese einer Bearbeitung zuführen kann. Somit sind sofort die Sollwerte die an den Aktor übermittelt werden, neu berechenbar und können an den Aktor über die Funksendeempfangseinrichtung übermittelt werden. Die bidirektionale Kommunikation zwischen dem Modul und der zentralen Einheit ermöglicht in Verbindung mit dem Sensor an dem Modul ein derartiges Verfahren.
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Vorstehend ist das Verfahren mit dem Modul, das Modul selbst und ein System mit dem Modul und einer zentralen Einheit beschrieben. Nachfolgend ist die Erfindung unter Zuhilfenahme eines Ausführungsbeispiels und drei Figuren näher beschrieben.
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Es zeigt die
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1 eine schematische Darstellung des Moduls,
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2 eine schematische Darstellung des Systems mit dem Modul und
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3 das System mit Modul in Verbindung mit einem gebäudetechnischen System.
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In 1 ist ein Modul 10 mit einzelnen Komponenten in einer schematischen Darstellung gezeigt, wobei das Modul 10 in diesem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Funksendeempfangseinrichtung 20 aufweist, welche eine Antenne aufweist, die zum Senden und Empfangen von Funksignalen eingerichtet ist. Die Funksendeempfangseinrichtung 20 ist mit einem Aktor 30 gekoppelt und verfügt über ein Mittel 25, mit dem Aktor 30 zu kommunizieren, beziehungsweise an dem Aktor 30 Signale weiterzuleiten, so dass mittels dem Aktor 30 eine mechanische Bewegung oder ein anderer physikalischer Effekt durch ein elektrisches Signal auslösbar ist.
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Beide Komponenten, sowohl die Funksendeempfangseinrichtung 20 als auch der Aktor 30 sind mit einer Aktivierungseinrichtung 40 gekoppelt. Die Aktivierungseinrichtung 40 führt der Funksendeempfangseinrichtung und dem Aktor 30 elektrische Energie zu deren jeweiligen Betrieb zu. Dazu ist die Aktivierungseinrichtung 40 mit einer Energiequelle 50 gekoppelt. Die Aktivierungseinrichtung 40 entnimmt die elektrische Energie, welche sie der Funksendeempfangseinrichtung 20 und dem Aktor 30 zuführt der Energiequelle 50, und ist selbst dabei stets mit der Energiequelle 50 verbunden und wird von dieser mit elektrischer Energie versorgt. Die energieintensiven Prozesse des Moduls 10 wie zum Beispiel das Senden oder das Empfangen von Funksignalen, sowie das Erzeugen physikalischer Werte, oder Effekte mittels des Aktors, oder das Ausführen von Bewegungen mittels des Aktors, wie zum Beispiel einen Elektromotor anzutreiben. Sind somit auf die Zeiträume begrenzt, in denen der Funksendeempfangseinrichtung und/oder dem Aktor elektrische Energie zugeführt wird. Die Energieversorgung der Funksendeempfangseinrichtung 20 und dem Aktor 30 ist demzufolge abhängig von der Aktivierungseinrichtung 40.
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Die Aktivierungseinrichtung 40 ist ausgebildet die Funksendeempfangseinrichtung 20 sowie auch den Aktor 30 mit Energie zu versorgen. Dazu sind verschiedene Varianten vorgesehen. Eine erste Variante sieht von, mittels eines zeitlich bestimmten Ablaufvorgangs, in vorbestimmten oder zufälligen Zeitabständen mit der Aktivierungseinrichtung 40 die Funksendeempfangseinrichtung 20 und dem Aktor 30 mit Energie zu versorgen. Damit sind die energieintensiven Prozesse nur über den Zeitraum in Betrieb während dem die Aktivierungseinrichtung diese mit Energie versorgt. Eine weitere Variante sieht vor, abhängig von dem Energieniveau in der Energiequelle 50 die Energieversorgung der Funksendeempfangseinrichtung 20 und des Aktors 30 zu steuern. So ist es zum Beispiel möglich, bei geringem Energieniveau in der Energiequelle 50 die Zeitabstände zwischen der Energiezuführung länger zu wählen, oder die Dauer der Energiezuführung an der Funksendeempfangseinrichtung 20 und dem Aktor 30 zu verkürzen. Steigt das Energieniveau in der Energiequelle 50, so können die Zeitabstände angepasst werden. Als Energiequelle 50 ist zum Beispiel eine Netzstromversorgung der üblichen Hausinstallation zu verwenden. In diesem Fall kann von genügend Energiereserven in der Energiequelle 50 ausgegangen werden, da diese elektrische Energie in ausreichender Menge liefert. Bei Hausinstallationen mit einer Vielzahl von Modulen welche durch eine zentrale Steuerung mit Informationen versorgt werden ist das Energieeinsparpotential alleine schon auf Grund der Vielzahl von Modulen besonders groß.
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Ein anderes Beispiel für eine Energiequelle 50 ist die Energiequelle aus Umgebungsenergie zu speisen. Dazu ist ein elektrophysikalischer Wandler vorgesehen, welcher die in der Umgebung des Moduls vorhandene Umgebungsenergie in elektrische Energie wandelt. Eine derartige Energiequelle ist vorteilhaft mit einem elektrischen Energiespeicher, zum Beispiel mit einem Kondensator oder einem Akkumulator gekoppelt.
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Alternativ dazu lässt sich als Energiequelle 50 auch ein Energiespeicher in Form einer elektrochemischen Batterie oder eines elektrochemischen Akkumulators verwenden. Jedoch sind damit die Energievorräte an der Energiequelle verglichen mit der Netzenergieversorgung begrenzt. Der Energiesparvorteil nimmt mit einer derartigen Energiequelle deutlich an Bedeutung zu, da der Bedarf an Funksendeereignissen auf ein Minimum mit dem vorgesehenen Modul 10 reduzierbar ist.
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2 zeigt ein Modul, das gekoppelt ist mit einer Energiequelle 50 die einen Wandler 60 umfasst. Der Wandler 60 ist eingerichtet, Umgebungsenergie in elektrische Energie zu wandeln. Die Umgebungsenergie kann nun durch thermische Energie gebildet sein, in Form einer Temperaturdifferenz entlang eines Temperaturgradienten oder einer Temperaturänderung über die Zeit. Aber auch Licht, oder Bewegung oder Vibration oder andere in elektrische Energie wandelbaren Energieformen, stellen in elektrische Energie wandelbare Energieformen dar.
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Weiter verfügt die Energiequelle 50 des Ausführungsbeispiels der 2 über einen Energiespeicher 70, der als kapazitiver Energiespeicher zum Beispiel in Form eines Kondensators gebildet ist. Die durch den Wandler 60 gewonnene elektrische Energie wird dem Energiespeicher 70 zugeführt und steht hier der Aktivierungseinrichtung 40 zur Verfügung. Die Aktivierungseinrichtung 40 verfügt über ein zeitgebendes Element 80 und über ein Mittel 90 zur Ermittlung des Energieniveaus in der Energiequelle 50. Somit ist durch das zeitgebende Element in regelmäßigen oder zufälligen Zeitabständen die Funksendeempfangseinrichtung 20 und der Aktor 30 mit elektrischer Energie versorgbar. Durch die zeitbestimmte Energiezuführung oder durch die Energiezuführung in zufälligen Zeitabständen, werden die Energieressourcen der Energiequelle deutlich geschont. Zusätzlich ist mit dem Mittel 90 möglich, die Zeitintervalle zur Energiezuführung an die Funksendeempfangseinrichtung 20 und den Aktor 30 an das Energieniveau der Energiequelle 50 anzupassen.
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Der Aktor 30 ist mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung 300 gekoppelt, welche Teil einer Gebäudetechnischen Einrichtung ist. Dies ist zum Beispiel ein Heizkörper, eine Klimaanlage, eine Beleuchtungseinrichtung, ein Lichtschalter, eine Alarmanlage oder ähnliches.
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Wird die Funksendeempfangseinrichtung 20 von der Aktivierungseinrichtung 40 mit elektrischer Energie versorgt, so beginnt die Funksendeempfangseinrichtung 20 ihren Funkbetrieb mit einem ersten Funksignal, welches ein Kommunikationsbereitschaftssignal 100 ist. Dieses Kommunikationsbereitschaftssignal 100 wird abgesendet und von einer entfernten zentralen Einheit 200 empfangen. Die entfernte zentrale Einheit 200 identifiziert das Modul welches das Signal abgesendet hat, ermittelt ob für das Modul Informationen vorliegen und sendet diese Informationen mittels eines Funksignals an die Funksendeempfangseinrichtung 20. Im Ausführungsbeispiel ist eine bidirektionale Kommunikation 110 vorgesehen, die Kommunikation muss jedoch nicht bidirektional ausgebildet sein. Eine bidirektionale Kommunikation zwischen der zentralen Einheit 200 und dem Modul 10 bietet zum Beispiel den Vorteil, dass die Funksendeempfangseinrichtung 20 des Moduls 10 den vollständigen Empfang mittels eines Bestätigungssignals gegenüber der zentralen Einheit 200 bestätigen kann.
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Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem das Modul 10 zusätzlich mit einem Sensor 35 ausgestattet ist, und zeigt Beispiele für die zentrale Steuer- oder Regeleinrichtung 300.
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Das Modul 10 mit dem Sensor 35 kann physikalische Effekte PE wie zum Beispiel Temperatur, Licht, Luftdruck, Feuchte oder andere physikalische Effekte erfassen welche sich in ein elektrisches Signal wandeln lassen. Diese in ein elektrisches Signal wandeln, und dieses der Funksendeempfangseinrichtung 20 zum Senden über die bidirektionale Kommunikation 110 an die entfernte Einheit 200 übermitteln.
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Sensor 35 und Aktor 30 sind in ihren prinzipiellen physikalischen Wirkprinzipien grundsätzlich ähnlich, häufig nur zueinander invertiert. So bewirkt das Anlegen einer elektrischen Spannung an einer Spule eines elektromagnetischen Wandlers ein Magnetfeld, welches eine mechanische Kraft auf einen ferromagnetischen Körper ausübt. Im Umkehrschluss bewirkt eine mechanische Kraft beziehungsweise eine Bewegung des ferromagnetischen Körpers im Magnetfeld des elektromagnetischen Wandlers eine elektrische Spannung an der Spule. Welcher Sensor und welcher Aktor zum Einsatz kommt, ist von den Umgebungsbedingungen die zu erfassen sind, bzw. von der technischen Einheit die mit dem Modul gekoppelt ist, abhängig.
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Die entfernte Einheit 200 umfasst ihrerseits ebenfalls eine Funksendeempfangseinheit 210, eine Prozessor- und Speichereinrichtung 220 und eine eigene Energieversorgung 230, welche über Netzstromversorgung mit Energie versorgt ist. Diese ist im Ausführungsbeispiel gebildet durch einen L-Leiter und N-Leiter welche Phase und Null-Leiter bilden. Die entfernte Einheit 200 ist zum Beispiel gekoppelt mit weiteren Sensoren oder Geräten, um physikalische Werte aus der Umgebung zu erfassen und sie einer Berechung von neuen Sollwerten und Stellwerten zuzuführen. In der Figur sind diese weiteren Sensoren oder Geräte nicht dargestellt. Die Prozessor- und Speichereinrichtung 220 verarbeitet die von der Funksendeempfangseinrichtung 20 des Moduls 10 abgesendeten und von der entfernten zentralen Einheit 200 empfangenen Signale. Durch die zeitnahe Verarbeitung der Signale sind nach Berechnung neuer Sollwerte mittels der bidirektionalen Kommunikation 110 die neuen Sollwerte sofort an das Modul übermittelbar. Das Modul empfängt die neuen Sollwerte mit der Funksendeempfangseinrichtung 20 und übermittelt über das Mittel 25 dem Aktor 30 ein entsprechendes Signal, womit dieser die Steuer- und Regeleinrichtung 300 ansteuert.
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Die Steuer- und Regeleinrichtung 310 des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels kann zum einen ein elektrischer Schalter 310 sein der einen elektrischer Verbraucher 350 an eine Netzstromversorgung ankoppelt, wobei die Netzstromversorgung durch N-Leiter und L-Leiter gebildet sind. Auch kann die Steuer- und Regeleinrichtung 310 ein Regelventil 320 sein, welches mittels eines Elektromotors betätigt wird, und zum Beispiel ein Heizelement 360 steuert.
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Eine besonders energiesparende Variante des Moduls 10 sieht vor, die Kommunikation 110 nicht bidirektional zu betreiben, sondern nach dem Senden eines Kommunikationsbereitschaftssignals 100 lediglich die Funksendeempfangseinrichtung für den Funkempfang auszubilden, und somit weiter Energie zu sparen und lediglich auf ein von der zentralen Einheit 200 gesendetes Funksignal zu warten und dies zu empfangen und nach dem Empfang eines Funksignals von der zentralen Einheit 200 die Energieversorgung der Funksendeempfangseinrichtung und des Aktors nach dem Ausführen der Aktion am Aktor durch die Aktivierungseinrichtung 40 zu beenden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Modul
- 20
- Funksendeempfangseinrichtung
- 25
- Mittel zur Kommunikation mit dem Aktor
- 30
- Aktor
- 35
- Sensor
- 40
- Aktivierungseinrichtung
- 50
- Energiequelle
- 60
- Wandler
- 70
- Energiespeicher
- 80
- zeitgebendes Element
- 90
- Mittel
- 100
- Kommunikationsbereitschaftssignal
- 110
- Kommunikation bidirektional, Datenübertragung unidirektional
- 200
- zentrale Einheit
- 210
- Funksendeempfangseinrichtung der Zentralen Einheit
- 220
- Prozessor- und Speichereinrichtung
- 230
- elektrische Energieversorgung
- 300
- Steuer- und/oder Regeleinrichtung
- 310
- elektromechanischer Schalter
- 320
- Regelventil
- 350
- elektrischer Verbraucher
- 360
- Heizelement
- UE
- Umgebungsenergie
- PE
- Physikalischer Effekt
