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Stand der Technik
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Die
beiden kennzeichnenden Merkmale des hier vorgestellten Verfahrens
erfordern eine Abgrenzung zum Stand der Technik bzgl. des drahtlosen Fernwirkens
einerseits und zu drahtgebundenen Techniken zur Reduktion elektrischer
Wechselfelder andererseits.
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Drahtlose
Verfahren zum Fernwirken insbesondere im häuslichen Bereich sind hinlänglich bekannt
(z. B. der standardisierte „Funkbus", sowie unseres Wissens
nach nicht standardisierte Verfahren von den deutschen Firmen ELV
und Enocean).
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Alle
diese Verfahren arbeiten mit unterschiedlichen Komponenten für Sender
und Empfänger.
Es gibt keinen direkten Rückkanal,
die „Rückmeldung" erfolgt über den
Benutzer, der, wenn z. B. das Licht wie gewünscht angegangen ist, den Schalter loslässt oder,
wenn er losgelassen hat und das Licht nicht angeht, nochmals draufdrückt. Die
fehlende, quasi verzögerungsfreie „Quittung" ist in der Praxis ein
Problem, da z. B. bei Leuchtstoffröhren relativ lange Verzögerungen
auftreten, bevor der Benutzer beurteilen kann, ob der Empfänger den
Befehl erhalten bzw. „verstanden" hat.
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Auch
sind diese Verfahren auf eine Frequenz festgelegt, die bestenfalls
vorher vom Benutzer aus verschiedenen Möglichkeiten ausgewählt werden kann.
Wenn also temporär
eine Frequenz mit Störungen
behaftet ist, oder aber längerfristig
von anderen Systemen, z. B. benachbarten Fernwirksystemen, belegt
wird, so ist eine Umprogrammierung aller Komponenten erforderlich,
was die Störsicherheit und
Wartungsfreundlichkeit der Anlage herabsetzt.
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Aus
den beiden vorgenannten Eigenschaften der bekannten Verfahren folgt
außerdem,
dass diese zur Minimierung von Fehlschaltungen mit einer möglichst
hohen Sendeleistung arbeiten, welche einerseits kontraproduktiv
für benachbarte
Anlagen ist, andererseits die „Biokompatibilität" einschränkt.
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Zudem
arbeiten gerade die komplexeren Funkbus-Verfahren mit zentralisierte
Intelligenz, d. h. ein Programmiergerät muss alle Sender und Empfänger kennen
und diese müssen
möglichst
schon vor der praktischen Installation programmiert werden um eine
einigermaßen
schnelle und keine allzu große Fachkenntnis
erfordernde Installation vor Ort zu erlauben.
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Weil
für die
verschiedenen Anwendungsfälle unterschiedliche
Komponenten erforderlich sind, ist die Logistik auf der Baustelle
schwierig und es ist mehr Fachkompetenz nötig, als die meisten – gerade kleinere – Installationsfirmen
aufbringen können.
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Drahtgebundene Techniken:
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Die
Verbreitung der bekannten Bussysteme wie EIB etc. wird hauptsächlich durch
das oben beschriebene Problem der zentralisierten Intelligenz und
den daraus resultierenden Problemen auf der Baustelle gehemmt.
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Um
die „Biokompatibilität" der drahtgebundenen
Techniken zu verbessern kann man geschirmte Kabel zur Feldminimierung
einsetzten mit den Nachteilen der Schirmlücke an (i. d. R. ungeschirmten) Verbrauchern
und der Tatsache an sich, dass noch zwischen z. B. Lampe und Lichtschalter
nur für
die simple Information „an" oder „aus" extra Stromleitungen
verlegt werden müssen,
die man sich mit der Funktechnik sparen kann.
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Andererseits
lassen sich über
die Bussysteme ganze Netzwerkteile von der Versorgung trennen und
so die Feldbelastung reduzieren. Denselben Effekt kann man auch
mit sog. Netzabkopplern erreichen.
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Der
Stand der Technik wird in Lehrbüchern und
Firmenschriften ausführlich
beschrieben, so dass hier keine spezielle Auswahl von Literatur
zitiert werden soll.
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Aufgabenstellung
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Ein
fortschrittliches Verfahren zum biokompatiblen Fernwirken sollte
die größten Nachteile
existierender Verfahren selbstverständlich nicht aufweisen, nämlich den
hohen Installationsaufwand (Material und technischer Anspruch) und – bezogen
auf die drahtlosen Verfahren – deren
geringe Funktionssicherheit.
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Auch
unterhalb der gesetzlichen Grenzwerte für hochfrequente Strahlung lassen
sich Einflüsse
auf biologische Systeme nachweisen. Im Sinne des Vorsorgegedankens
ist es insofern eine weitere Zielsetzung, dass das neue Fernwirkverfahren
und Vorrichtungen, welche das Verfahren nutzen, Belastungen mit
hoch- und niederfrequenten Feldern ceteris paribus minimiert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren
im Einzelnen
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Erfindungsgemäße Basis
für die
weiteren Schritte des hier neu vorgestellten Verfahrens ist der Umstand,
das jede einzelne in dem Verfahren eingesetzte Komponente sowohl
als Empfänger
wie auch als Sender fungieren kann (sie enthält also einen „Tranceiver") sowie über eine
eigene Ablaufsteuerung verfügt.
Dadurch wird erfindungsgemäß eine geschickte
Ansteuerung eines Netzwerkes dieser Komponenten ermöglicht und
zwar in einer Weise, welche die Feldbelastungen mit Hoch- und Niederfrequenz,
den Verkabelungs- und Inbetriebnahmeaufwand und insbesondere das
für die
Inbetriebnahme benötigte
Know-how minimiert. Gerade die Komplexität, bzw. die nötige Programmierung
für die
Inbetriebnahme ist, wie beschrieben, eines der Haupthemmnisse für die Verbreitung
der kabelgebundenen Bussysteme wie auch der komfortableren drahtlosen Fernwirksysteme.
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Durch
die Verwendung von Tranceivern und Controllern in jeder an dem Verfahren
beteiligten Komponente werden vielfältige Verfahrensbestandteile
oder -schritte überhaupt
erst möglich.
Tranceiver, Controller sowie die weiteren Verfahrensbestandteile
oder -schritte als solche sind aus anderen Einsatzgebieten bekannt,
jedoch im verfahrensgemäßen Zusammenhang
noch nicht eingesetzt worden und nur durch die Kombination der entscheidenden
Schritte wird das Gesamtverfahren erst möglich (es müssen allerdings nicht notwendigerweise
alle Einzelschritte realisiert werden, um das Verfahrensprinzip
zu realisieren).
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Überblick über die
Verfahrensschritte/-bestandteile:
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- 1. Verwendung von drahtlosen Tranceivern mit
eigener Ablaufsteuerung in allen an dem Verfahren beteiligten Komponenten
(Stromversorgung netzseitig oder durch Batterie)
- 2. Ausstattung aller am Verfahren beteiligten Komponenten mit
einer festen Hardwareadresse (werkseitig). Innerhalb der jeweilig
gebildeten Netzwerke werden nur logische, verschlüsselte Adressen
durch physikalisches Knopfdrücken übertragen,
wodurch sich eine zuverlässige
Trennung nach Außen
(d. h. gegenüber
benachbarten Netzwerken) erzielen lässt.
- 3. Ein Netzwerk aus den (vorzugsweise immer gleichberechtigten)
Komponenten ist durch die verfahrensgemäße Auslegung der Komponenten quasi
selbstorganisierend. Es kann durch wenige Schaltvorgänge Komponente
für Komponente und
insbesondere ohne externe Hilfsmittel (Programmiereinheit oder PC)
gebildet und ggf. umstrukturiert werden. Als einzige notwendige
Hilfsmittel für
die Inbetriebnahme haben alle Komponenten einen Knopf und eine Signalquelle
(z. B. Licht- oder
Tonsignal).
- 4. Alle Komponenten sind quasi kontinuierlich auf Empfang („quasi
kontinuierlich" heißt hier,
dass sie selbstverständlich
mit Stromsparschaltungen wie sie z. B. in Handys im Stand-by-Betrieb
verwendet werden, ausgestattet sein können).
- 5. Wenn Ausweichfrequenzen möglich
sein sollen arbeiten alle Komponenten durch geeignete Maßnahmen
synchron (z. B. hochgenauer Quarz).
- 6. Befehle werden mit Empfänger-
und Senderadresse sowie dem gewünschten
Fernwirkvorgang immer als „broadcast" (Rundfunksignal)
mit zunächst
minimaler Sendeleistung gesendet.
- 7. Wenn keine sofortige Quittung vom Empfänger des Fernwirksignals zurückgemeldet
wird, können
mehrere Wege oder Kombinationen hieraus eingeschlagen werden:
Es
kann synchron die Sende-/Empfangsfrequenz gewechselt und erneut
versucht das Fernwirksignal zu übertragen
bis die erfolgreiche Übertragung
quittiert wird.
Wenn auf keiner Frequenz eine Quittung erreicht wird,
kann die Sendeleistung schrittweise hochgefahren werden.
Da
alle Komponenten Tranceiver enthalten kann jede Komponente, die
das Fernwirksignal „mithört" ebenfalls versuchen,
dieses zu senden und eine Quittung zu erhalten, die ggf. dann an
den Sender rückquittiert
wird. Für
diese Aufgabe können
aufgrund der werksseitig definierten Hardwareadressen ohne Privatsphärenprobleme
auch Komponenten benachbarter, anderer Netzwerke genutzt werden.
Die
drei oben genanten Wege können
in geeigneter Weise kombiniert werden, um die verschiedenen Parameter
wie Antwortgeschwindigkeit, Minimierung der Sendeleistung, Minimierung
der beteiligten Komponenten (zur Einschränkung der flächenmäßigen Signalausbreitung)
etc. dem Anwenderprofil entsprechend zu optimieren.
- 8. Stromversorgung kann wahlweise über Batterie oder – sofern
vorhanden – Netzstrom
erfolgen. Um vorzeitige Entladung der Batterie zu vermeiden wird
diese erst beim ersten Schaltvorgang aktiviert. Der Ladezustand
kann durch die in allen Komponenten vorhandenen Tranceiver dem Benutzer
kommuniziert werden.
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Erläuterungen
zum Vorgehen beim Erstellen eines erfindungsgemäßen Netzwerks gem. Schritt
3 am Beispiel der Licht-Installation eines Haushalts. Mit nachfolgendem
Beispiel soll verdeutlicht werden, dass alle nötigen Aktionen mit den weiter
oben genannten, einfachsten Benutzerschnittstellen „Knopf/Schalter" und „Signalisierung" dargestellt werden
können.
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Definition eines Paars aus zwei Komponenten:
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Platzierung
der beiden Komponenten in der Nähe
voneinander (z. B. auf dem Arbeitstisch). Drücken des Knopfes an einer von
beiden. LED geht an und ein Signal wird gesendet. Knopf der zweiten Komponente
drücken
(Senden der Quittung und setzen der „Zugehörigkeitskennung", durch z. B. LED dem
Benutzer mitgeteilt). Damit sind beide Komponenten verbunden. Ob
die LEDs zeitgesteuert wieder ausgehen oder ausgeschaltet werden
müssen
ist zweitrangig.
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Addition weiterer Komponenten in ein Netzwerk:
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An
irgendeiner der beteiligten Komponenten wird der Knopf gedrückt. Die
LEDs an allen Komponenten des Netzwerkes gehen an und die Komponenten
senden. An der zusätzlich
einzufügenden Komponente
wird der Knopf gedrückt
und sie empfängt
die Signale aller Komponenten, quittiert diese und aktiviert eine
Zugehörigkeitsken nung.
Damit ist sie eingemeindet. Falls diese Komponente schon in einem
anderen Netzwerk ist, ist das kein Problem – sie kann in mehreren Netzwerken
zugleich sein. Es wird vorzugsweise aber nicht die ganze „andere" Netzwerk mit eingemeindet,
obwohl das möglich
wäre.
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„Ausgemeinden" einer Komponente
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An
irgendeiner der beteiligten Komponenten wird der Knopf gedrückt. Die
LEDs an allen Komponenten des Netzwerks gehen an. An der auszugemeindenden
Komponente wird der Knopf gedrückt (Signal
gesendet). Damit ist sie ausgemeindet. Signalisierung etc. analog
der obigen Beispiele.
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Zwei
denkbare Problemfälle
ließen
sich einfach lösen.
- Fall 1: Eine an unzugänglicher
Stelle montierte Komponente soll in das Netzwerk einbezogen werden. Fall
2: Der einzige leicht zugängliche
Schalter für
ein Netzwerk ist aufgrund eines technischen Defekts ausgefallen.
Lösung: „Montagekomponente" für Installateure,
welche neben den bei allen Komponenten vorhandenen Benutzerinterfaces
mit einer Richtantenne ausgestattet ist. Damit könnte er auch mit einem räumlichen
Abstand genau die gewünschte Komponente
ansprechen und dadurch dass alle Komponenten miteinander kommunizieren,
kann die angesprochene Komponente durch Abgleich mit den anderen
Komponenten leicht feststellen, dass sie „angesprochen" werden soll (aufgrund
der höheren Signalstärke/Feldstärke).
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Vorteile des Verfahrens gegenüber dem
Stand der Technik
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Durch
das Verfahren lassen sich naheliegenderweise zuverlässig die
genannten Nachteile des Standes der Technik vermeiden.