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Die
Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1 ein
Messgerät, insbesondere Energiezähler zur sicheren
Erfassung und Anzeige der Zählerstandsdaten und gemäß Patentanspruch
6 ein Verfahren zur Erkennung von Manipulationen.
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Heutzutage
werden Verbrauchsdaten für verschiedene Versorgungsarten
im Haushalt (Strom, Kaltwasser, Warmwasser, Wärme, Kälte,
Gas, Öl oder vergleichbare Stoffe) an physikalisch unterschiedlichen
Messstellen erfasst. Diese elementaren Versorgungsleistungen, die
auch mit dem Begriff Multi Utility zusammengefasst werden, gleichen
sich allerdings in folgenden Merkmalen:
- – dem
Bedürfnis, dass die gemessenen und geeichten Werte in der
Rechnung nicht angezweifelt werden (Stichwort: Verbraucherschutz),
- – die Übertragung der lokal angezeigten Messwerte
in Form von Zahlen an eine zentrale Stelle sowie die dortige Verarbeitung,
- – die Realisierung einer schnellen, zeit- und verbrauchsgerechten
Rechnungslegung sowie die Überwachung durch ein Cash Management
und
- – dem Bedürfnis, eine einheitliche Lösung
für alle Versorgungsarten zu schaffen.
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Bisherige
technische Entwicklungen für Messgeräte sowie
Systeme für ein kombiniertes Erfassen der Verbrauchsdaten
weisen bestimmte typische Schwächen und Probleme, wie fehlende
Durchgängigkeit oder Einzellösungen für
bestimmte Segmente, auf. Versorgungsunternehmen, etwa Energieversorgungsunternehmen
oder Wasserversorgungsunternehmen, erstellen in der Regel die Verbrauchsabrechnungen
auf der Basis von Zählerstandsdaten von den Kunden zugeordneten
Verbrauchszählern, welche meistens in der Nähe
der Verbrauchsstellen installiert sind. Verbrauchszähler können
beispielsweise Gaszähler, Wasserzähler, Stromzähler,
Wärmezähler, Heizkostenverteiler etc. sein, wobei
die Zählerstandsdaten jeweils für zurückliegende
Verbrauchsperioden ein Maß für die an der Verbrauchsstelle
verbrauchte Menge angeben. In der Regel erfolgt die Erfassung der
Zählerstandsdaten bzw. die Zählerablesung für
ein Haus, eine Wohnung oder ggf. eine einzelne Verbrauchsstelle
mindestens einmal jährlich.
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Aus
der
US 6,538,577 B1 ist
ein elektronischer elektrischer Zähler (Verbrauchszähler)
mit zwei verschiedenen Arten von Kommunikation zwischen Verbrauchszähler
und utility (Verbrauchsdatenerfassungszentrale) bekannt. Die Kommunikation
mit der Verbrauchsdatenerfassungszentrale erfolgt beim indirekten
Verfahren mittels zweiwegiger Funkübertragung (two-way
wireless transceiver) über ein Funk-LAN (local area network
mit 900 MHz, zweiwegig, Spread-Spektrum) zu einem Gateway Node (Gateway),
welcher über ein zweiwegiges, kommerziell verfügbares,
festes WAN (wide area network) mit der Verbrauchsdatenerfassungszentrale
in Verbindung steht. Beim direkten Verfahren ist ein Netzwerkinterface
(PLC modul → communication network module) vorgesehen,
das auf Rückseite der Zählerplatine aufgesteckt
wird. Dabei werden das LAN bzw. das Gateway überbrückt
(bygepasst, da hierfür nicht nötig). Der Verbrauchszähler
hat für das Entfernen und Austauschen von Schaltungsboards
und Modulen innerhalb des Zählers ein modulares Design,
wobei diese auf eine gemeinsame Backplane oder ein Bussystem gesteckt
werden und dient zur Übertragung von Verbrauchsdaten und
Stromqualität. Das Gateway ist entfernt vom Zähler
angeordnet und hat vier Komponenten, nämlich WAN Interface
Modul, Initialisierungs-μC, Spread-Spektrum-Prozessor und RF-Transceiver.
Der Funktransceiver kann auch Verbrauchsdaten anderer Zähler,
die Funktransceiver beinhalten, empfangen und an die Verbrauchsdatenerfassungszentrale
weiterleiten. Beim Gegenstand der
US 6,538,577 B1 findet der Austausch von
Daten zwischen Verbrauchszähler und dem Gateway nur im (LAN-)Funk-Betrieb
statt.
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Weiterhin
ist in der Anmeldung
EP
1 677 270 A1 ein Verfahren zum Aufbau von AMR-Netzwerken (automatic
meter reading) beschrieben, das folgende Komponenten umfasst:
- • Zähler,
- • Sammeleinheiten (Gathering Units) (z. B. Elektrizitätszähler
oder Terminal Units),
- • Konzentratoren (gewöhnlich; Industrie-PC),
und
bei dem drei Typen von Verbindungen:
- • LPRB (low power radio or Bluetooth),
- • PLC (power line communication),
- • MC (mobile connection, insbesondere über
Mobiltelefon),
zur Herstellung optimaler Verbindungen
in AMR-Netzwerken vorgesehen sind. Dabei wird in mindestens einer
Sammeleinheit eine Konversion zwischen LPRB (am Eingang) und PLC
(am Ausgang) durchgeführt.
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Um
sowohl eine zentrale Datenerfassung und Fernauslesung, d. h. Harmonisierung
der Dienste aller Verbrauchsmengen zu wirtschaftlichen Konditionen,
als auch eine Energiesteuerung auf der Basis von gemessenen Werten/Historie
zu ermöglichen, ist aus der Europäischen Patentanmeldung
EP 1 850 500 A1 der
Anmelderin ein Datenerfassungs und Steuerungssystem bekannt, welches
aufweist:
- • mindestens ein mit einer
Antenne verbundenes Funkmodul zur Anbindung mindestens eines mit einem
Funksender und/oder Funkempfänger ausgestatteten Remotemoduls
eines Gerätes oder eines Verbrauchszählers,
- • eine mit dem Funkmodul in Verbindung stehende Steuereinrichtung
mit einem Programm- und Datenspeicher zur Zwischenspeicherung der
vom Funkmodul zugeführten Daten,
- • ein mit der Steuereinrichtung verbundenes Kommunikationsmodul
und ein damit verbundenes erstes Ankoppelmodul zur Übertragung
der zugeführten Daten über Stromversorgungsleitungen, und
- • ein mit den Stromversorgungsleitungen über
ein Kommunikationsmodul und ein damit verbundenes zweites Ankoppelmodul
in Verbindung stehendes Kommunikationsgateway, welches am Ort eines
Summen-Stromzählers angeordnet ist,
so dass das
Kommunikations-Gateway zusammen mit den Stromversorgungsleitungen
im Haushalt ein Backbone-Netz für die Datenübertragung
ausgestaltet und der Aus tausch von Daten zwischen dem Remotemodul
oder Verbrauchszähler mit dem Kommunikations-Gateway im
kombinierten Funk-/Powerline-Betrieb stattfindet.
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Das
Verfahren zur Datenübertragung in einem Datenerfassungs-
und Steuerungssystem gemäß der Europäischen
Patentanmeldung
EP
1 850 500 A1 der Anmelderin ist dadurch ausgestaltet, dass:
- • zur Anbindung der Remotemodule oder
Verbrauchszähler das Funkmodul dient,
- • das Kommunikations-Gateway eine Knotenfunktion übernimmt
und Daten von und zu einer zentralen Mess- oder Übergabestelle überträgt,
- • das Kommunikations-Gateway zusammen mit den Stromversorgungsleitungen
im Haushalt ein Backbone-Netz für die Datenübertragung
ausgestaltet,
- • der Austausch von Daten zwischen den Remotemodulen
oder Verbrauchszählern mit dem Kommunikations-Gateway im
kombinierten Funk-/Powerline-Betrieb stattfindet und
- • das Kommunikations-Gateway eine Schnittstelle für
weitere Mehrwertdienstleistungen im Bereich Multi Utility, Sicherheitstechnik,
Haus- und Gebäudemanagement sowie Automatisierungstechnik
bis hin zu Dienstleistungen im Bereich Home Automation einschließlich
der Energiesteuerung bildet.
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Stromzähler
mit zwei und mehr Zählwerken, um unterschiedliche Tarife
abrechnen zu können, wobei wischen diesen Zählwerken
durch eingebaute oder externe Rundsteuerempfänger (die
durch zentrale Rundsteueranlagen im Energieversorgungsunternehmen
gesteuert werden) oder durch Tarifschaltuhren entsprechend umgeschaltet
wird sind seit vielen Jahren gebräuchlich. Die seit einigen
Jahren neu entwickelten elektronischen Energiezähler enthalten keine
mechanischen Elemente. Die Erfassung des Stromes erfolgt beispielsweise
durch Stromwandler mit einem weichmagnetischen Ringkern (beziehungsweise
einem Strommesssystemen mit Rogowskispulen) mittels Nebenschlusswiderstand (Shunt)
oder Hallelementen. Die Berechnung der Energie erfolgt mit einer
elektronischen Schaltung und das Ergebnis wird einer alphanumerischen
Anzeige (meist Flüssigkristallanzeige, LCD) zugeführt.
Bei Sondervertragskunden (Industrie) sind weitere Zählwerke,
auch für die Leistungserfassung, gebräuchlich.
Jedoch wird in der Praxis hier nach und nach auf elektronische Zähler
mit einer Aufzeichnung des Lastgangs umgestellt. Somit kann die
Tarifierung ohne Eingriff in den Zähler verändert
werden und es werden im Zähler keine getrennten Zählwerke
mehr benötigt.
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Manche
elektronischen Zähler können über Datenschnittstellen
per Fernabfrage vom Energieversorgungsunternehmen und der Gebäudeautomation ausgelesen
werden. Als Datenschnittstellen sind in der Praxis Infrarot, S0-Schnittstelle,
M-Bus, Potentialfreier Kontakt u. a. verbunden mit GSM-, PSTN-Modems
oder PLC-Modul gebräuchlich. Derzeit finden in der Bundesrepublik
Deutschland (ab April 2006) auch Feldversuche mit ständigen
Verbindungen über Internet (DSL) statt. In den USA wurden
elektronische Haushaltszähler mit einem integrierten Relais entwickelt,
die dem Energieversorger neben der Fernauslesbarkeit das ferngesteuerte
Abschalten ermöglichen, beispielsweise bei ausstehender
Zahlung der Rechnung. In Deutschland werden intelligente Zähler
zunehmend im Rahmen von Pilotprojekten zur Einführung der
Smart-Metering-Technologie eingesetzt. Die Impulsausgänge
(S0) liefern in der Regel Verbrauchsdatensignale, welche zwischen
2000 bis 5000 Impulsen pro kWh umfassen. Dieser Wert muss dann abhängig
vom Zähler mit einem festen Faktor von zum Beispiel 30
oder 50 multipliziert werden, um den kumulierten Messwert zu bekommen.
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Weiterhin
sind auch Kassierzähler (Münzzähler),
welche durch den Einwurf von Geld, Jetons oder Prepaidzähler,
welche durch Chipkarten, Chipschlüssel oder Eingabe einer
PIN den Abruf einer definierten Menge elektrischer Energie ermöglichen,
bekannt. In Deutschland werden solche Zähler beispielsweise
in Waschsalons oder auch von Energieversorgungsunternehmen bei Kunden
mit schlechter Zahlungsmoral eingesetzt.
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Bei
Großkunden wird der Stromverbrauch nicht nur anhand der
genutzten Energie (in kWh), sondern zusätzlich nach der
durchschnittlich genutzten Leistung (kW) berechnet. Hierfür
werden Lastgangzähler installiert, die über jedes
15-min-Intervall die dabei durchschnittlich genutzte Leistung ermitteln und
speichern (1/4-h-Leistungsmessung). Typischerweise werden diese
Zähler per Fernabfrage ausgelesen. Für kleinere
Kunden wird der Lastgang anhand eines Standardlastprofils (z. B.
H0 für Haushaltskunden) nachgebildet.
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Stromzähler,
die im geschäftlichen Verkehr eingesetzt werden, unterliegen
in der Bundesrepublik Deutschland der Eichpflicht. Nach Ablauf der
Eichgültigkeitsdauer (16 Jahre beziehungsweise 8 Jahre bei
elektronischen Zählern, 12 Jahre für mechanische
Messwandlerzähler mit Induktionswerk, d. h. mit Läuferscheibe)
muss das Messgerät ausgetauscht oder die Eichgültigkeit
verlängert werden.
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Zur
Kommunikation (primär Messdatenaustausch, aber auch Firmwareupgrades)
wird bei dem ab 2008 laufenden Feldversuches, bei dem insgesamt
2.000 taktsynchronen Lastgangzähler auf verschiedene Unternehmen
aufgeteilt wurden, die Smart Message Language SML benutzt, bei der
es sich um eine Sprache ähnlich dem Industriestandard eXtensible
Markup Language XML handelt, und welche ebenfalls getestet wird.
Diese soll die bisherigen herstellerspezifischen Kommandos zur Zählerabfrage
ablösen. Bei herkömmlichen Lastgangzählern
ist eine Echtzeituhr eingebaut, welche nach einem Stromausfall auf
eine vordefinierte Startzeit springt. Tritt zwischen zwei Ablesungen
ein derartiger Fehler mehrmals auf, so sind, da kein korrekter Zeitbezug mehr
vorliegt und die Zeiten verschiedener Zähler auseinander
laufen, die Messwerte nicht brauchbar.
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Für
die Lösung des Problems gibt es verschiedene Ansätze.
Einige Lastgangzähler verwenden eine Echtzeituhr und Verfahren
zur Synchronisation, wobei die Uhren regelmäßig
gestellt werden. Gemäß Spezifikation des taktsynchronen
Lastgangzählers ist statt der Echtzeituhr ein (Sekunden-)Zähler
eingebaut. Der Stand dieses Zählers wächst mit jeder
Sekunde streng monoton und dient zur eindeutigen Kennzeichnung der
(Strom-)Zählerstände. Nach dem Auslesen des taktsynchronen
Lastgangzählers wird dieser Sekundenindex mit der absoluten Zeit
verknüpft. Kommt es bei diesem Zähler zu (mehrfachen)
Spannungsunterbrechungen, bleibt die Reihenfolge der Werteblöcke
eindeutig. Beim taktsynchronen Lastgangzähler gibt es eine
Aufteilung in ein Basisgerät und verschiedene Module, wobei
die Basisgeräte und Module aller Hersteller kompatibel sein
sollen. Das Basisgerät stellt nur die Grundfunktionen,
wie den eichpflichtigen Teil, eines Zählers bereit. Alle
anderen Funktionen wie Schnittstellen zu anderen Geräten
oder Kommunikationseinheiten (z. B. GSM- oder GPRS-Modul) können
als Modul aufgesteckt werden. Es entfällt somit die Notwendigkeit für
jede mögliche Anwendung ein eigenes Gerät zu entwickeln,
bzw. einkaufen und vorhalten zu müssen. Andererseits wird
es immer wichtiger einen Manipulationsschutz bei Verbrauchsabrechnungen
auf der Basis von Zählerstandsdaten zu gewährleisten.
Das Hauptaugenmerk liegt dabei darauf Manipulationen, insbesondere Öffnen
der in der Regel plombierten Zählergehäuse durch
den Verbraucher zu erkennen.
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Beispielsweise
ist aus der
WO
2006/048143 A1 eine Vorrichtung zur zuverlässigen
und energiesparenden Erkennung von Gehäusemanipulationen an
Verbrauchszählern ohne mechanisch betätigbaren
Taster oder Magnetschalter oder Lichtschranke bekannt. Im Einzelnen
umfasst diese Vorrichtung ein eine Auswerteelektronik aufnehmendes
erstes Gehäuseteil sowie ein vom ersten Gehäuseteil
lösbares zweites Gehäuseteil und das erste Gehäuseteil
ist gegen unberechtigtes Entfernen des zweiten Gehäuseteiles
gesichert. Im ersten Gehäuseteil ist hierzu ein aus einer
Spule und einem Kondensator bestehender elektrischer Schwingkreis
vorgesehen, dessen Spule durch ein im zweiten Gehäuseteil
befindliches metallisches Material bei einer Änderung des Abstandes
zwischen der Spule und dem metallischen Material ein Signal erzeugt
und das Signal der im ersten Gehäuseteil befindlichen nachgeschalteten Auswerteelektronik
zuführt und zur weiteren Verarbeitung bereitstellt. Für
die Erkennung des Entfernens des zweiten Gehäuseteils vom
ersten Gehäuseteil, die eine Änderung der Güte
der Spule des Schwingkreises bedingt, wird die Stärke der
Bedämpfung des Schwingkreises und damit die Dauer der Impulsantwort
der elektrischen Schaltung herabgesetzt. Der elektrische Schwingkreis
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise
als Annäherungsschalter mit einem geringen Strombedarf ausgeführt.
Zur Anregung des Schwingkreises genügt ein sehr kurzer
Spannungsimpuls mit sehr niedriger Energie. Erfolgt die Anregung
gleichzeitig mit vergleichsweise niedriger Periodizität,
beispielsweise alle zehn Sekunden, ergibt sich ein sehr niedriger mittlerer
Leistungsbedarf der erfindungsgemäßen Überwachungsschaltung,
der auch über sehr lange Zeiträume einen Betrieb
aus primären oder sekundären Batterien oder hochkapazitiven
Kondensatoren ermöglicht. Die Dauer der Impulsantwort ist
von der Stärke der Bedämpfung des Schwingkreises
direkt abhängig und wird mit Hilfe einer Mikroprozessorschaltung
ausgewertet.
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Ein ähnlicher
Schutz gegen unberechtigte Manipulation ist aus der
WO 2004/021020 A1 bekannt,
welcher darin besteht, dass bei einem Gehäuse für
einen Zähler mittels einer plombierbaren Gehäuseabdeckung,
die die Zähleranschlüsse abdeckt, mindestens eine
weitere Zählervorrichtung abgedeckt ist, die mittels einer
zweiten Plombierung gegen unberechtigten Zugriff schätzbar
ist. Die Plombierung der weiteren zu schützenden Zählervorrichtung
ist so gestaltet, dass sie bei klemmendeckelfreiem Zustand frei
zugänglich ist und somit visuell einfach und schnell überprüfbar
ist. Hierzu weist das Zählergehäuse mindestens
eine Plombieröse auf, mit der die Plombierbohrung der Zusatzabdeckung zusammenwirkt,
wobei ein Plombierstift durch die mindestens eine Plombieröse
und die Plombierbohrung als Bindeglied funktioniert. Dabei ist besonders vorteilhaft,
wenn die mindestens eine Plombieröse von der Plombierbohrung
beabstandet angeordnet ist, so dass eine Sollbruchstelle des Plombierstiftes, insbesondere
ein transparenter Plombierstift, zwischen ihnen sichtbar ist.
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Ein
weiteres Problem entsteht bei elektronischen Zählern, welche
in der Regel elektronische Schaltungen zum Messen, Quantifizieren
und Anzeigen von Energieverbrauchsinformationen aufweisen, bei einem
Stromausfall oder einer sonstigen Unterbrechung des elektrischen
Wechselstroms zur Stromversorgung. Zu diesem Zweck sind Verfahren entwickelt
worden, um kritische Daten bei Erkennung einer Unterbrechung im
Wechselstrom zur Stromversorgung in einen nichtflüchtigen
Speicher wie beispielsweise einen elektrisch löschbaren,
programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM – electrical erasable
programmable read only memory) einzuschreiben. Einige Zählvorrichtungen
enthalten auch Batteriezellen, die zulassen, dass Teile der digitalen Schaltung
während eines Stromausfalls in einer verringerten Betriebsart
arbeiten, damit Takte und andere Schaltungen während des
Stromausfalls weiterarbeiten. Um eine Zählerablesung während
einer Unterbrechung der externen Wechselstromversorgung zum Zähler
zu ermöglichen, ist aus der
DE 600 01 358 T2 ein elektronischer Zähler
bekannt, der während einer Unterbrechung des Wechselstroms
zum Zähler ein von einem Bediener aktiviertes Anzeigeanforderungssignal
erkennt (beispielsweise Betätigen eines Druckknopfschalters)
und dann als Reaktion auf das Anzeigeanforderungssignal die Anzeige von
Zählerstandsinformationen für eine begrenzte Zeitdauer
bewirkt. Im Einzelnen enthält der elektronischer Zähler
eine Messschaltung mit einer Energieverbrauchsschaltung, welche
analoge Messsignale von Sensorschaltungen (Stromwandler, Strommesswiderstände,
eingebettete Spulen oder dergleichen) erhält und rohe Energieverbrauchsdaten
und andere Daten daraus bereitstellt, einem Prozessor, einem nichtflüchtigen
Speicher und einer Anzeigevorrichtung. Weiterhin enthält
die Messschaltung Schaltungen zur Bereitstellung von Vorstrom für
die oben beschriebenen Bauteile einschließlich einer Stromversorgung,
einer Stromausfallerkennungsschaltung, einer ersten Reservestromversorgung
und einer zweiten Reservestromversorgung. Der Strom für
die Anzeige während der Stromunterbrechung wird also durch
die Reservestromversorgung bereitgestellt, wobei der zu liefernde
Strom deshalb gering ist, weil die Anzeige nur als Reaktion auf
ein von einem Bediener aktiviertes Anzeigeanforderungssignal betätigt
wird und selbst dann die Anzeige von Zählerstandsinformationen
nur für eine begrenzte Zeitdauer erfolgt. Während
des normalen Betriebs kann eine erste ausgewählte Menge
von Zählerstandsinformationen angezeigt werden, und während
einer Wechselstromunterbrechung kann eine zweite ausgewählte
Menge von Zählerstandsinformationen angezeigt werden. Die
erste ausgewählte Menge von Zählerstandsinformationen
kann dieselbe wie die zweite ausgewählte Menge von Zählerstandsinformationen sein
oder sich davon unterscheiden. Die Teile der erzeugten Zählerstandsinformationen,
die die erste und die zweite ausgewählte Menge von anzuzeigenden
Zählerstandsinformationen ausmachen, können vom
Benutzer programmiert sein. Die vorstehend beschriebene Anordnung
zur Bereitstellung einer elektronischen Anzeige von Verbrauchsinformationen während
einer elektrischen Wechselstromunterbrechung kann leicht in andere
Arten von elektronischen Verbrauchszählern, einschließlich
von Gasuhren, Wassermessern oder sonstigen Verbrauchszählern, eingebaut
werden.
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Ein
weiteres Problem entsteht mit der Liberalisierung des Energiemarktes,
welche es dem Endverbraucher ermöglicht, den Strom von
beliebigen Versorgern zu beziehen. Um eine Fernablesung zu ermöglichen,
insbesondere unterschiedliche, zeitabhängige Verbrauchsmengen
automatisch bearbeiten zu können, ist aus der
DE 100 24 544 A1 eine Anordnung
bekannt, bei der eine Datenerfassungseinrichtung mit dem Verbrauchszähler
gekoppelt ist, die von diesem den Verbrauch entsprechende Verbrauchsdaten
erhält, den Verbrauchsdaten eine Absolutzeitgröße
zuordnet und die daraus Übertragungsdaten erzeugt, wobei
die Übertragungsdaten einander zugeordnete Zeitdaten und
Verbrauchsdaten aufweisen. Der Datenerfassungseinrichtung ist eine
Fernübertragungsstrecke (wie beispielsweise ISDN-Datenübertragungsstrecken,
Internet Verbindungen, analoge Telefonverbindungen, Funkstrecke:
und sonstige geeignete Datenübertragungswege) zur Übertragung der Übertragungsdaten über
eine größere Distanz nachgeschaltet. Schließlich
ist mit der Fernübertragungsstrecke eine Datenverarbeitungseinrichtung zum
Empfang und zur Auswertung der Übertragungsdaten gekoppelt,
welche die Verbrauchsdaten abhängig von den Zeitdaten erfasst.
Die Datenerfassungseinrichtung weist eine Speichereinrichtung auf, die
die Übertragungsdaten sammelt, zwischenspeichert und die
gesammelten Daten an die Datenerfassungseinrichtung überträgt.
Die Übertragung der gesammelten Daten kann dabei zu bestimmten
Zeitpunkten erfolgen, an bestimmte Ereignisse gekoppelt sein oder
von der Datenbearbeitungseinrichtung oder von der Datenerfassungseinrichtung
(z. B. bei einer bestimmten Datenmenge in der Datenerfassungseinrichtung)
initiiert werden. Weiterhin werden neben den Übertragungsdaten
auch Identifizierungsdaten zu Kennzeichnung und Identifizierung
der Verbrauchszähler von der Datenerfassungseinrichtung zur
Datenbearbeitungseinrichtung übermittelt. Bei Ausfall der
Stromversorgung ist die Datenerfassungseinrichtung nicht ansprechbar.
Die gespeicherten Daten bleiben jedoch erhalten. Die Dauer des Stromausfalls
wird protokolliert und kann jederzeit abgerufen werden. Nach einem
Stromausfall fordert beispielsweise die Datenerfassungseinrichtung
das aktuelle Datum und die aktuelle Uhrzeit an und übermittelt
der Datenbearbeitungseinrichtung eine Meldung, dass ein Stromausfall
stattgefunden hat. Die internen Speicherzellen für die
Zählerdaten werden ab dem Beginn des Stromausfalls mit
Nullen gefüllt. Somit ist jederzeit nachvollziehbar, wie
lange der Stromausfall stattgefunden hat. Als Schnittstellenprotokolle
kommen auch hier insbesondere das TCP/IP-Protokoll (Transmission
Control Protocol/Internet-Protocol) oder das PPP-Protokoll (PPP
= Point-to-Point-Protokoll) zur Anwendung.
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Ein
weiteres Problem im Zusammenhang mit der Liberalisierung des Energiemarktes
ist die unverschlüsselte Übermittlung von vertraulichen,
personenbezogenen Daten über eine Vielzahl von Stellen, welche
das Risiko birgt, dass auch Unberechtigte ohne großen Aufwand
Kenntnis erlangen und die Daten missbräuchlich verwenden.
Aus der
DE 10
2006 030 533 A1 ist ein Verfahren zur Übertragung
und Weiterverarbeitung von Informationen aus Verbrauchsmessgeräten
bekannt, bei dem im ersten Schritt sämtliche relevante
Informationen zum Verbrauchsmessgerät (Datum und Zeit,
Gerätenummer, aktueller Verbrauchsstand, technische Stati,
Eichgültigkeit, Manipulationsinformationen, Anschlussbedingungen,
Temperatur etc.) durch das Verbrauchsmessgerät selbst erhoben
und als digitale Information verfügbar gemacht werden.
Im zweiten Schritt werden diese Informationen durch ein Verarbeitungsmodul
aufgenommen und mittels eines mathematischen Algorithmus kodiert
in einem Gesamtstatusbericht alphanumerisch zusammengefasst. Das
Verarbeitungsmodul besteht aus einem Mikroprozessor mit einer Programmeinheit,
die das Verschlüsselungsprogramm beinhaltet sowie Speichern.
Der kodierte Statusbericht wird in einem nichtflüchtigen Speicher
abgelegt und kann auf unterschiedliche Anforderung in vielfältiger
Form zur Übermittlung bzw. Verarbeitung zur Verfügung
gestellt werden. Der kodierte und sich selbst verifizierende Statusbericht kann
z. B. am Verbrauchsmessgerät z. B. durch Betätigen
eines Tasters in einem (LCD-)Display sichtbar gemacht werden sowie über
eine Infrarot-Schnittstelle oder über eine elektrische
Schnittstelle ausgegeben werden (Übermittlung über
das Internet, per Funk, per Telefon (Festnetz, GSM, GPRS, UMTS etc.)
sowie per Fax oder über power line communication (PLC)).
Sämtliche relevanten Stamm- und Bewegungsdaten des korrespondierenden
Verbrauchsmessgerätes werden in einem komplementären
Auftragsmanagement- und Informationssystem zur Abwicklung von Ablese-
und Verbrauchsdatenerhebungsprozessen entschlüsselt und
automatisiert der planmäßigen Nutzung und Verarbeitung
zugeführt.
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In
der Datenverarbeitung werden als elektronischer Identitätsnachweis
elektronische Signaturen, zunehmend digitale Signaturen (das ist
ein kryptografisches Verfahren, bei dem zu einer „Nachricht” eine
Zahl berechnet wird, deren Urheberschaft und Zugehörigkeit
zur Nachricht durch jeden geprüft werden können)
benutzt. Digitale Signaturen basieren auf asymmetrischen Kryptosystemen
und verwenden folglich ein Schlüsselpaar, das aus einem
privaten (geheimen) und einem öffentlichen (nicht geheimen) Schlüssel
besteht. Diese Schlüssel werden im deutschen Signaturgesetz
als (privater) Signaturschlüssel und (öffentlicher)
Signaturprüfschlüssel bzw. mit englischen Begriffen
Private Key und Public Key bezeichnet. Bei einer digitalen Signatur
wird der private Schlüssel in der Regel nicht direkt auf
die Nachricht angewandt, sondern auf deren Hash-Wert, der mittels
einer Hash-Funktion (wie beispielsweise SHA-1) aus der Nachricht
berechnet wird. Soweit der öffentliche Schlüssel
mittels eines elektronischen Zertifikats einer Person zugeordnet
wurde, kann aufgrund dessen, dass es nur einen zum öffentlichen
Schlüssel korrespondierenden privaten Schlüssel
gibt, über das öffentliche Verzeichnis des Zertifizierungsdiensteanbieters
(ZDA) die Identität des Zertifizierungsstelle, welche ihrerseits
wieder von höheren Stellen beglaubigt sein kann, ermittelt
bzw. überprüft werden. Ein Gerät, das
eine digitale Signatur mit einem Zeitstempel anfügt, ist
im allgemeinen als Zeitstempelgerät bekannt. Um die digitale
Signatur mit einem Zeitstempel anzufügen, ist es wesentlich,
die Differenz zwischen der lokalen Zeit des Zeitstempelgeräts und
der Standardzeit innerhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts zu
halten. Die lokale Zeit des Zeitstempelgeräts kann mit
Hilfe einer Funkwelle, die darin als Standardzeit die falsche Standardzeit
enthält, so manipuliert werden, dass sie der echten oder
authentischen Zeit voraus- oder nacheilt. Um die Verfälschung
der lokalen Zeit durch einen nicht autorisierten Nutzer verhindern,
ist beispielsweise aus der
DE 10 2005 033 162 A1 ein Zeitstempelgerät
mit einem Stromversorgungsmechanismus bekannt, der den Stromverbrauch
nicht nur während des ”Nicht-Betriebsmodus”,
sondern auch nachdem das Zeitstempelgerät erstmals betriebsbereit
geschaltet wurde, während der Periode reduziert, in der
das Zeitstempelgerät nicht genutzt wird ”Schlafmodus”.
Dabei muss jedoch der interne Taktgeber nicht ständig in Betrieb
gehalten werden, und die Zeitkalibrierungssignale müssen
nicht ständig empfangen werden. Dies ist darauf zurückzuführen,
dass durch Vorsehen des Authentifizierungsschlüssels die
Standardzeit von einem Zeit-Server zu einer vorbestimmten Zeit empfangen
werden kann. Ferner wird ein Direktzugriffsspeicher (RAM), insbesondere
ein flüchtiger Speicher genutzt, um den Authentifizierungsschlüssel
zu speichern, und Strom wird ständig an das RAM geliefert,
um zu verhindern, dass ein nicht autorisierter Nutzer den Authentifizierungsschlüssel
erlangt. Während des ”Nicht-Betriebsmodus” wird
Strom nur an das flüchtige RAM geliefert, welches den Authentifizierungsschlüssel
speichert. Während des ”Betriebsmodus” wird
Strom an alle Funktionseinheiten des Zeitstempelgeräts
geliefert. Dabei entschlüsselt die eine authentische Zeit
empfangende Einheit die verschlüsselte authentische Zeit
unter Verwendung des Authentifizierungsschlüssels, der
in der den Authentifizierungsschlüssel speichernden Einheit
gespeichert ist. Entsprechend einer Ausführungsform modifiziert
ein Zeitmodifizierungsprozessor die lokale Zeit mit Hilfe einer
Funkwellenzeit, und ein Zeitkorrekturprozessor empfängt
bei Erfüllung vorbestimmter Bedingungen eine authentische
Zeit von einem Zeit-Server, um die lokale Zeit zu korrigieren Während
des ”Schlafmodus” wird mittels eines Stromversorgungs-Controllers
die Stromversorgung zum Empfänger für Zeitkalibrierungssignale
und der Anzeigeeinheit unterbrochen. Falls ein nicht autorisierter
Nutzer versucht, das Zeitstempelgerät zu demontieren, um
in den Besitz des Authentifizierungsschlüssels zu gelangen,
wird die Stromversorgung zum Speicher (RAM) unterbrochen, und der
gespeicherte Authentifizierungsschlüssel wird ebenfalls
gelöscht
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Schließlich
ist aus der
DE 102
04 065 A1 ein Verfahren und eine Anordnung zur Authentifizierung und
Integritätssicherung von Verbrauchsmesswerten bekannt.
Dabei erfolgt die Übermittlung von bereitgestelltem Datensatz
und/oder Kontroll-Code und/oder Identitäts-Kontroll-Code über
ein öffentliches Netz, beispielsweise das Stromversorgungsnetz
und/oder Internet und/oder Telefonnetz und/oder GSM-Netz und/oder
UMTS-Netz. Die durch ein individuell gekennzeichnetes Datenerfassungsinstrument
erfassten Daten sind Verbrauchsmesswerte von Strom, Gas, Wasser.
Darüber hinaus erweist es sich als vorteilhaft, dass der
Kontroll-Code einer vorgebbaren Anzahl von Datensätzen
in dem Datenerfassungsinstrument abrufbar gespeichert und dass der
Identitäts-Kontroll-Code in der die Beglaubigung des individuell
gekennzeichneten Datenerfassungsinstruments vornehmenden Prüfstelle
archiviert wird. Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht
vor, dass eine Kontrolle der Integrität eines übermittelten
Datensatzes erfolgt, indem dem übermittelten Datensatz
erneut automatisch ein Kontroll-Code zugewiesen wird, wobei dieser
erneut zuzuweisende Kontroll-Code auf dieselbe Weise wie der vor
der Übermittlung dem Datensatz zugewiesene Kontroll-Code
generiert wird, und anschließend der neu erzeugte Kontroll-Code mit
dem übermittelten und/oder mit dem in dem individuell gekennzeichneten
Datenerfassungsinstrument gespeicherten, vor der Übermittlung
dem Datensatz zugewiesenen Kontroll-Code verglichen wird. Im einzelnen
umfasst die Anordnung Mittel zum Einlesen von Daten, einen Zufallszahlengenerator,
Mittel zum Empfang von Steuersignalen zur Aktivierung/Deaktivierung
eines Zufallszahlengenerators, Mittel zur Verknüpfung der
eingelesenen Daten mit durch den Zufallszahlengenerator erzeugten
Zufallszahlen, Mittel zur Berechnung eines die eingelesenen Daten
oder die mit den Zufallszahlen verknüpften eingelesenen
Daten kennzeichnenden Kontroll-Codes und Mittel zur Ausgabe des
Kontroll-Codes. Weiterhin umfasst die Anordnung mindestens ein Sicherungselement,
welches unberechtigte Eingriffe in die Anordnung verhindert oder
anzeigt, Mittel zur Wiedergabe von Daten in Form eines Displays,
Mittel zur Datenspeicherung und/oder Mittel zur Eingabe von Steuerbefehlen
für den Zugriff auf den Datenspeicher und/oder für
die Wahl der wiederzugebenden Daten. Wie aus vorstehender Würdigung
hervorgeht wird beim Verfahren und bei der Anordnung zur Authentifizierung
und Integritätssicherung von Verbrauchsmesswerten gemäß der
DE 102 04 065 A1 davon ausgegangen,
dass in dem Zähler entweder die übertragenen Messwerte
oder der dazu gehöriger Kontrollcode im Messgerät
gespeichert wird. Nur was innerhalb des Messgerätes gespeichert
ist, wird auf dessen Display dargestellt.
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Vom
Stand der Technik her gesehen sind also verschiedene Systeme zur
Auslesung von Zählerdaten bekannt, die heutzutage meist
unter dem Begriff AMM-Systeme (AMM: Automatic Meter Management)
zusammengefasst werden. Der Begriff AMM ersetzt dabei weitgehend
den länger bekannten Begriff AMR (Automatic Meter Reading)
(im Deutschen auch als ZFA (Zählerfernauslesung) bezeichnet),
da gegenüber der anfangs betrachteten Hauptfunktionalität
der Datenauslesung einige neue Features hinzugefügt wurden.
Hauptaugenmerk der Entwicklung ist jedoch der Schutz vor Manipulationen
für den Endverbraucher/-kunden bzw. die eindeutige, automatische,
störungs- und fehlerfreie Übermittlung und Zuordnung
der Verbrauchswerte zum jeweiligen Verbrauchszähler, um
auf deren Basis in der Abrechnungsstelle des jeweiligen Versorgungsunternehmens
(Abrechnungszentrale) die Verbrauchsabrechnungen erstellen zu können.
In der Regel sind die Geräte für das Energieversorgungsunternehmen also
derart ausgestaltet, um Verbrauchsdaten vom Ort des Entstehens (also
beim Endkunden, z. B. Heimbereich, aber auch Industrie oder Kommunen), möglichst
einfach und kostengünstig zu erfassen (Ressourcenzähler
z. B. Strom-, Wasserzähler) und ebenfalls möglichst
einfach und kostengünstig an eine Zentrale zu überträgen
(Kommunikationsverfahren), wo Sie in automatisierten Abrechnungen
für die oben genannten Endkunden verarbeitet werden können.
Der Anwender ist immer das Energieversorgungsunternehmen, welches
die Ressourcenzähler beschafft, beim Kunden einbaut, wartet,
abliest; das Gleiche gilt für die Kommunikationseinrichtungen. Die
Verbrauchszählerdaten werden beim vorstehend gewürdigten
Stand der Technik stets an eine Zentrale zur Abrechnung zu übertragen,
bzw. es werden eventuelle Störungen, beispielsweise Leckagen,
an eine Zentrale gemeldet. Wenig Beachtung fand jedoch der Personenkreis
der Endkunden, z. B. im Heimbereich. Deshalb fehlt in der Praxis
ein Verbrauchszähler und ein Verfahren zur Erkennung von
Manipulationen, welcher/s unabhängig von anderen technischen
Gegebenheiten universell einsetzbar ist und welcher/s dem Kunden
die Möglichkeit der Selbstüberwachung (Verbrauch/Leckage
u. a.) vor Ort gegeben. Besonders bedeutsam ist dies, weil die Messgeräte
herstellende Industrie als äußerst fortschrittliche,
entwicklungsfreudige Industrie anzusehen ist, die schnell Verbesserungen
und Vereinfachungen aufgreifen und in die Tat umsetzen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät mit
Datenkommunikation zu mindestens einem System derart auszugestalten,
dass die Möglichkeit zur Identifizierung vom System zurückgelieferter
Messdaten als die eigenen, einschließlich zur Überprüfung
auf Manipulation geschaffen wird.
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Diese
Aufgabe wird, gemäß Patentanspruch 1, durch ein
Messgerät, mit Datenkommunikation zu mindestens einem System
mit der Möglichkeit vom System über die Datenkommunikation
zurückgelieferte Messdaten als die eigenen zu identifizieren
und eine Manipulation der Messwerte auszuschließen und
somit diese zurückgelieferten Messdaten vertrauenswürdig
zur weiteren Verarbeitung/Auswertung oder Anzeige bereitzustellen,
welches aufweist:
- • mindestens eine
Kommunikationsschnittstelle zu Komponenten eines Systems, welches
mindestens in der Lage ist, signierte und oder verschlüsselte
Messwerte zu empfangen, in einem Speicher aufzubewahren und zurückzuliefern,
als auch Zeitinformationen bezogen auf eine Zeitreferenz anzubieten,
- • mindestens ein Messmodul, welches den von mindestens
einem Sensor gelieferten Messsignalen Energiemesswerte oder Zählerstände
zuordnet,
- • mindestens einen Speicher für den zuletzt
ermittelten Energiemesswert oder Zählerstand (kurz: Messwert),
- • mindestens einen Speicher für den Zeitstempel, welcher
im Zeitmodul zu dem zuletzt erzeugten Messwert ermittelt wurde,
- • mindestens ein Zeitanpassungsmodul, welche die über
die Kommunikationsschnittstelle vom System angebotene Zeit überprüft
und die lokale Zeit im Zeitmodul nachführt,
- • mindestens einen Speicher für die dem Messgerät
zugewiesene Identifikation,
- • mindestens einen Speicher für den oder die
zum Verschlüsseln und/oder Signieren benötigten Schlüssel,
- • mindestens einen Verschlüsselungs- und/oder Signatur-Kodierer,
welcher unter Verwendung der Schlüssel im Schlüsselspeicher
die den vorgenannten Speichern angebotenen Informationen einschließlich
der Gültigkeits- und Vertrauenskennzeichen mit Informationen
zur Überprüfung der Unversehrtheit der Daten versieht
und in einem Datensatz zusammenfasst und mindestens der Kommunikationsschnittstelle
zur Übertragung übergibt,
- • mindestens einen Verschlüsselungs- und/oder Signatur-Dekodierer,
welcher unter Verwendung der Schlüssel im Schlüsselspeicher,
die über die Kommunikationsschnittstelle gelieferten Datensätze
mit Messwerten auf Unversehrtheit des Dateninhalts und die Identifikation
des Messgeräts überprüfen kann, und bei
erfolgreicher Überprüfung diese Daten zur weiteren
Verarbeitung/Auswertung oder Anzeige bereitzustellen,
gelöst.
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Weiterhin
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei einem Verfahren
zur Erkennung von Manipulationen bei einem Messgerät, welches
zugelassen und/oder eichrechtlich geprüft wird, nach Patentanspruch
6 gelöst, bei dem
- • Datenpakete
generiert werden, die mindestens eine Identifikation, einen Zeitwert,
einen Messwert und eine Signatur enthalten,
- • diese Datenpakete an ein System oder Komponenten
des Systems übergeben werden, welche nicht zugelassen und/oder
eichrechtlich geprüft sind, welche diese Datenpakete oder
die relevanten Teile speichern und welche diese Datenpakete oder
relevanten Teile auf Aufforderung vom Messgerät an dieses
zurückliefen,
- • die Datenpakete oder deren Inhalt zwischenzeitlich
nicht im Messgerät gespeichert werden,
- • das Messgerät die vom System oder Komponenten
des Systems gelieferten Datenpakete oder deren relevanten Inhalt
anhand von Schlüssel und Signatur mit nachgewiesener Sicherheit
darauf überprüfen kann, dass die Daten des Datenpakets
nicht verändert wurden und von diesem Messgerät
stammen und
- • diese erfolgreich geprüften Daten an einer
eichrechtlich zugelassenen Anzeige mit demselben Vertrauensstatus,
wie Messwerte, welche das Messgerät nicht verlassen haben,
dargestellt werden.
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Das
erfindungsgemäße Messgerät bzw. das erfindungsgemäße
Verfahren weisen im Vergleich zum Stand der Technik den Vorteil
einfacherer Prozesse und niedrigerer Kosten auf, da die Daten in nicht
zugelassenen Geräten oder Systemen gespeichert werden können,
z. B. Messwertdatenbank des Netzbetreibers in einem Rechenzentrum.
Weiterhin ist von Vorteil, dass Wertepaare, nämlich Zählerstand und
Zeitstempel, für die nachgelagerte Tarifbildung verwendet
werden können, so dass die relevanten Wertepaare z. B.
auch auf einer Rechnung mit ausgegeben werden können. Insbesondere
kann die Korrektheit der Wertepaare mit einfachen Hilfsmitteln,
z. B. Taster am Zähler zum Durchblättern von Messwerten,
direkt vom Kunden überprüft werden, ohne dass
der Kunde gezwungen ist die lange Liste von allen an den Netzbetreiber übermittelten
Messwerte darzustellen und die rechnungsrelevanten Daten herauszusuchen.
Die Messgeräte erzeugen eine Vielzahl von Messdaten (z.
B. Zählerstandsprofil mit einem Wert pro 15 min.), welche
an ein überlagertes System übertragen werden.
Die nachgelagerte Tarifierung entscheidet abhängig von
dem mit dem Kunden geschlossenen Vertrag, welche Werte nun für
die Abrechnung relevant sind und auch auf der Rechnung mit ausgegeben
(ausgedruckt bei Papierform) werden. Für die Überprüfung
der Abrechnungswerte genügt es – ist vielmehr
sogar wesentlich angenehmer als beispielsweise aus 96 Werten pro
Tag die 2 bis 4 relevanten Werte herauszusuchen – wenn
der Zähler nur die verwendeten Werte anzeigt. Dies ist erfindungsgemäß einfach
zu realisieren, da das überlagerte System auf Anforderung
des Kunden (z. B. Taster am Zähler oder Kommunikationsmodul) nur die
verwendeten Abrechnungswerte zurückliefert und in diesen
zurückgeblättert wird. Durch die vorhandene Signatur,
kann der Zähler sicherstellen, dass er nur unmanipulierte
Werte von sich selbst auf seinem Display anzeigt, obwohl diese Werte
nicht innerhalb des Messgerätes gespeichert wurden. Somit können
erfindungsgemäß die Messgeräte wesentlich einfacher
werden, da diese gerade keinen Messwert- oder Kontrollcodespeicher
beinhalten müssen. Weiterhin ist von Vorteil, dass der
Kunde dem Zähler vertraut, da durch PTB oder vergleichbare
Organisationen sichergestellt wird, dass nur gültige und
richtige Daten angezeigt werden (welche aus dem eichrechtlich geprüften
Teil des Messgeräts/Zählers kommen).
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist, gemäß Patentanspruch
2, das Messgerät eine Kundenschnittstelle auf und übergibt über diese
auf Unversehrtheit des Dateninhalts und der Identifikation überprüfte
Datensätze an ein beliebiges, geeignetes Gerät
des Kunden, welches über eine eigene Anzeige verfügt
oder zur Weitergabe an ein Gerät mit Anzeige dient.
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Diese
Ausgestaltung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass über
die am Zähler vorhandene und von der Physikalisch-Technische
Bundesanstalt PTB ebenfalls geprüften Kundenschnittstelle
der Kunde mit Geräten seiner freien Wahl (z. B. Lesekopf
mit USB-Schnittstelle (Universal Serial Bus) und PC-Software vom
Versandhandel) die geprüften Daten direkt auslesen und
weiterverarbeiten kann.
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In
Weiterbildung der Erfindung wird, gemäß Patentanspruch
5, als Zeitreferenz eine von Zeitinstituten koordinierte Weltzeit
UTC, insbesondere die UTC (PTB) der Physikalisch-Technische Bundesanstalt
(Deutschland) benutzt.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme
auf die Zeichnung entnehmen. In der Zeichnung zeigt:
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1 das
Blockschaltbild eines Messgeräts in der Ausgestaltung als
Energiezähler,
-
2 den
Ablaufplan für eine Ausgestaltung des Energiezählers
nach 1 in der Ausführungsform ohne Taster
und bei Benutzung zweier optischer Schnittstellen,
-
3 den
Ablaufplan für eine Ausgestaltung des Energiezählers
nach 1 in der Ausführungsform mit Taster und
Benutzung einer optischen Schnittstelle am Kommunikationsmodul,
-
4 den
Ablaufplan für eine Ausgestaltung des Energiezählers
nach 1 mit verifizierter Datenausgabe an Kundenschnittstelle
oder Anzeige und
-
5 verschiedene
Ausführungsformen der Anbindung von Energiezählern
nach der Erfindung.
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1 zeigt
das Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Messgeräts EZ, dessen
Bedienung für den Benutzer sehr einfach und ohne EDV-Kenntnisse
durchführbar ist. Auch wenn nachfolgend die Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Lösung für
den Einsatz bei einem Energiezähler EZ beschrieben ist,
so ist der Einsatz des Messgeräts EZ und des Verfahrens
auch bei anderen Geräten mit entsprechenden Schnittstellen, beispielsweise
zur Messung der Energieeinspeisung von Solaranlagen in das Energieversorgungsnetz, möglich.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass das erfindungsgemäße
Konzept. auf Konfigurierbarkeit aufbaut, eine einheitliche, geräteunabhängige
Fehlerbehandlung ermöglicht, und die einfache Anpassung
an die jeweiligen Gegebenheiten und Einbindung ohne Änderung
der Erfindung bzw. des Grundkonzepts erlaubt. Das System beruht
neben der Hauptfunktionalität der Messwerterfassung, des
Zählens, im Wesentlichen auf einer Kommunikation nach außen. Diese
Kommunikation kann verschiedene Schnittstellen beinhalten, insbesondere
eine Schnittstelle KSS zur Auslesung der Daten, wie beispielsweise Fernauslesung
der Daten, die hauptsächlich zur Abrechnung der Energie
durch das EVU dienen, und zum anderen eine Kundenschnittstelle KSK
zur Überwachung des Verbrauchs und Überprüfung
der Rechnungen vom EVU. Für die Schnittstellen sind im Rahmen
der Erfindung verschiedene Ausführungen möglich,
z. B. für Schnittstelle zum EVU die Kommunikation via PLC,
GPRS, oder eine Kombination mehrere Kommunikationstechnologien.
Die Kundenschnittstelle KSK kann als Display A oder als PC-Schnittstelle
ausgeführt sein, oder z. B. auch die Daten über
eine andere Kommunikationstechnologie an ein Kundengerät
KG liefern, wie beispielsweise einen USB-Stick.
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1 zeigt
einen Energiezähler EZ mit Datenkommunikation zu mindestens
einem System mit der Möglichkeit vom System über
die Datenkommunikation zurückgelieferte Messdaten als die
eigenen zu identifizieren und eine Manipulation der Messwerte auszuschließen
und somit diese zurückgelieferten Messdaten vertrauenswürdig
auf einer eigenen Anzeige A darzustellen. Hierfür weist
der Energiezähler EZ mindestens eine Kommunikationsschnittstelle KSS
zu Komponenten SK eines Systems auf, welches mindestens in der Lage
ist, signierte und oder verschlüsselte Messwerte zu empfangen,
in einem Speicher SM aufzubewahren und zurückzuliefern, als
auch Zeitinformationen bezogen auf eine Zeitreferenz ZR anzubieten.
Die Zeitreferenz ZR kann insbesondere über den NTP-Server
der PTB in Braunschweig bezogen werden. Vorzugsweise besteht das Messgerät/der
Zähler EZ aus zwei Baugruppen, nämlich einem Messmodul
M und einem Sensormodul S. Dabei ordnet das Messmodul M den von
dem Sensormodul S gelieferten Messsignalen Energiemesswerte oder
Zählerstände zu. Weiterhin sind folgende Speicher
vorgesehen, nämlich mindestens ein Speicher MS für
den zuletzt ermittelten Energiemesswert oder Zählerstand
(kurz: Messwert), mindestens ein Speicher ZS für den Zeitstempel,
welcher im Zeitmodul Z zu dem zuletzt erzeugten Messwert ermittelt
wurde, mindestens ein Zeitanpassungsmodul ZA, welche die über
die Kommunikationsschnittstelle KSS vom System angebotene Zeitreferenz
ZR überprüft und die lokale Zeit im Zeitmodul
Z nachführt, mindestens ein Speicher IS für die
dem Messgerät/Energiezähler EZ zugewiesene Identifikation und
mindestens ein Speicher SS für den oder die zum Verschlüsseln
und/oder Signieren benötigten Schlüssel. Dabei
ist vorzugsweise im Identifikations-Speicher IS eine Seriennummer
oder eine Eigentumsnummer des Systembetreibers gespeichert. Weiterhin
weist der Energiezähler EZ mindestens einen mit den Speichern
SS, IS, MS, ZS verbundenen Verschlüsselungs- und/oder Signatur-Kodierer
VSK auf, welcher – unter Verwendung der Schlüssel
im Schlüsselspeicher SS – die im Identifikations-Speicher
IS, Messwert/Zählerstandzwischenspeicher MS und Zeitstempelspeicher
ZS angebotenen Informationen einschließlich der Gültigkeits-
und Vertrauenskennzeichen mit Informationen zur Überprüfung
der Unversehrtheit der Daten versieht und in einem Datensatz zusammenfasst
und mindestens der Kommunikationsschnittstelle KSS zur Übertragung übergibt.
Dabei können auch verschiedene Gültigkeit und Vertrauenskennzeichen
in ein Statuswort zusammengefasst werden. Schließlich ist
mindestens ein Verschlüsselungs- und/oder Signatur-Dekodierer VSD
vorgesehen, welcher unter Verwendung der Schlüssel im Schlüsselspeicher
SS, die über die Kommunikationsschnittstelle KSS gelieferten
Datensätze mit Messwerten auf Unversehrtheit des Dateninhalts
und die Identifikation des Messgerät/Energiezähler
EZ überprüfen kann, und bei erfolgreicher Überprüfung
diese Daten auf der Anzeige A darstellt. Zur Steuerung der Ausgabe
an der Anzeige A, Auswertung von Steuersignalen, insbesondere der
Betätigung eines Tasters (in der Zeichnung nicht dargestellt)
oder Abspeicherung der synchronisierten lokalen Zeit, Vergrößern
oder Verkleinern der aktuellen Zykluszeit u. a. ist mindestens eine
Steuereinrichtung mit Programmspeicher (in der Zeichnung nicht dargestellt)
vorgesehen.
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Weiterhin
weist das erfindungsgemäße Messgerät/Energiezähler
EZ eine Kundenschnittstelle KSK auf und übergibt über
diese auf Unversehrtheit des Dateninhalts und der Identifikation überprüfte
Datensätze an ein beliebiges, geeignetes Gerät KG
des Kunden, welches über eine eigene Anzeige KA verfügt
oder zur Weitergabe an ein Gerät mit Anzeige dient. In 1 ist
die Ausgabe an der Anzeige A bzw. über die Kundenschnittstelle
KSK durch entsprechende Pfeillinien – ausgehend vom Verschlüsselungs-
und/oder Signatur-Dekodierer VSD, welcher wiederum mit der Kommunikationsschnittstelle KSS
und dem Schlüsselspeicher SS verbunden ist – dargestellt.
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Das
Zeitmodul Z, führt die lokale Zeit und das Datum, wobei
als Zeitreferenz ZR eine von Zeitinstituten koordinierte Weltzeit
UTC, insbesondere die UTC (PTB) der Physikalisch-Technische Bundesanstalt
(Deutschland) und das Network Time Protocol NTP zur Übertragung
einer Zeitreferenz ZR vom System über ein öffentliches
Netz zum Messgerät/Energiezähler EZ benutzt werden
kann. Das Zeitmodul Z ist hierzu mit dem Zeitanpassungsmodul ZA
verbunden, welches wiederum mit der Kommunikationsschnittstelle
KSS verbunden ist. Durch die strichlinierte Pfeillinie in 1 ist
das Hinzufügen des Zeitstempels ZS zum zuletzt erzeugten
Messwert (vom Messmodul M bzw. Speicher MS) im Verschlüsselungs-
und/oder Signatur-Kodierer VSK dargestellt; gleiches wird durch
die dick gezogenen Pfeillinien ausgehend vom Messmodul M/Zeitmodul
Z zur Anzeige A/Kundenschnittstelle KSK verdeutlicht.
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Die
Kommunikation des Energiezählers EZ zum einen über
die Schnittstelle KSS zur Fernauslesung der Daten, die hauptsächlich
zur Abrechnung der Energie durch das Energieversorgungsunternehmen
EVU dienen, und zum anderen über die Kundenschnittstelle
KSK zur Überwachung des Verbrauchs und Überprüfung
der Rechnungen vom EVU auf logischer und physikalischer Ebene ist
in 2 bis 5 dargestellt. Die Daten. werden
aus lokaler Datenbank oder (bei leistungsstarker Kommunikation)
aus Remote-Datenbank geholt (bei Netz- oder Messstellenbetreiber
RZ, siehe 5). Erfindungsgemäß wird
für die Überprüfung der Daten kein Public
Key (Public Key ist beispielsweise 192 Bit = 24 Byte bin = 48 Hex-Zeichen
lang) benötigt, sondern es kann die vorhandene Signier-Methode
und der Private Key verwendet werden. das ist darauf zurückzuführen,
dass die Schnittstelle am Zähler EZ ist, daher nicht von
EVU beeinflussbar ist und dadurch Daten nach außen weitergegeben
werden können, ohne dass ein Public Key einzustellen oder
zu übergeben ist. Damit ist ohne Public Key-Verteilung
an den Kunden ein System schnell aufbaubar, das mit einfachen Mitteln
dem Kunden erlaubt, die für Abrechnung verwendeten Daten
zu überprüfen, z. B. durch Tastendruck am Zähler
(zurückblättern), als auch die Übergabe
von nicht manipulierbaren Daten an ein Display oder PC des Kunden
(siehe KG in 1). Somit kann das Messgerät/der
Zähler EZ über die Schnittstelle KSS Messwert(e)
empfangen, überprüfen ob dieser/diese von ihm
kommt/kommen und nicht manipuliert ist/sind und diesen/diese auf
einem Display A darstellen, d. h. Daten, die den Zählerbereich
bereits verlassen haben (also den eichrechtlich relevanten Teil-Metering
Board). Weiterhin ist von Vorteil, dass das erfindungemäße
Konzept von der Smart Message Language SML auch auf DLMS erweiterbar
ist.
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2 zeigt
den Ablaufplan für eine Ausgestaltung des Energiezählers
EZ nach 1 in der Ausführungsform
ohne Taster und bei Benutzung zweier optischer Schnittstellen (KSS).
Erfindungsgemäß erfolgt die Erzeugung vom SML-Nachrichten aus
Identifikation (im Speicher IS), Messwert (im Speicher MS) und Zeitstempel
(im Speicher ZS) sowie die Signierung (im Verschlüsselungs-
und/oder Signatur-Kodierer VSK) dieser Nachricht mit dem Verfahren ECC
192 (Elyptic Curve Cryptography mit einer Signaturlänge
von 192 Bit) und Übertragung über die optische
Schnittstelle KSS. Erfindungsgemäß sind folgende
Funktionen/Komponenten vorgesehen:
- • Zeitmodul
Z,
- • eingehende SML-Kommunikation zum Stellen der Uhrzeit,
- • sichere Speicherung des privaten Schlüssels
für die Signierung (keine Auslesemöglichkeit für EVU),
und
optional ist vorgesehen:
- • Display/Anzeige A mit der Möglichkeit zur
Anzeige von Datum, Messwert und Zeit.
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Erfindungsgemäß ist
das Messgerät/Energiezähler EZ in der Lage SML-Messwertnachrichten zu
empfangen, kann die Signatur auf Gültigkeit überprüfen
und bestätigen, dass dieser Tripel (Identifikation, Messwert
und Zeitstempel) von Ihm kommt und nicht verändert wurde.
Nur in diesem Fall ist es erfindungsgemäß möglich
diesen Wert für eine bestimmte Zeit (z. B. 20 Sekunden)
auf dem Display A anzeigen.
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Somit
können einem Kunden auf Anforderung (z. B. Taster an dem
Modem) abrechnungsrelevante Daten dargestellt werden. Da das Messgerät/Energiezähler
EZ nur von ihm signierte Werte anzeigt, ist eine Manipulation der
Daten bei Messstellenbetreiber, Netzbetreiber oder Stromlieferant
ausgeschlossen. Das Vertrauen des Kunden in die Anzeige A bzw. Kundenschnittstelle
KSK des Zählers EZ wird durch die Eichbehörde
sichergestellt. Eine Schlüsselverwaltung für die
Signierung mit Übergabe des ,public key' im Kuvert bei
Installation des erfindungsgemäßen Messgerät/Energiezähler
EZ ist nicht notwendig, was im Vergleich zum Stand der Technik die
Handhabung deutlich erleichtert (keine Schlüsselverwaltung).
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3 zeigt
den Ablaufplan für eine Ausgestaltung des Messgeräts/Energiezählers
EZ nach 1 in der Ausführungsform
mit. Taster und Benutzung von optischen Schnittstellen zum Kommunikationsmodul.
Mit einem Taster im Messgerät/Energiezähler EZ
erhöht sich das Vertrauen des Kunden in die am Display/Anzeige
A angezeigten Daten. Mit dem Drücken des Tasters fordert
der Energiezähler EZ über die hintere/interne
Schnittstelle zurückliegende Messwerte an. Diese Anforderung
kann nun von einem integrierten Kommunikationsmodul, z. B. DLC-Baugruppe
(Distribution Line Carrier, power line cmmunication-Baugruppe der
Anmelderin), einem externen Modem, einer MUC (Multi-Utility-Communication
siehe Lastenheft MUC (derzeit Version 0.60) des FNN (Forum Netztechnik/Netzbetrieb
im VDE)) oder über eine andere Kommunikation von einem Datenbankserver
beantwortet werden. Die Antworten werden gemäß dem
in 2 dargestellten Fall von dem Zähler EZ überprüft
und nur dann angezeigt, wenn der Zähler EZ durch die Signatur/Schlüssel
bestätigen kann, dass diese Werte von ihm stammen und nicht
manipuliert wurden. Somit ist sowohl die Anbringung des Tasters
als auch der Ort der Speicherung von Daten beliebig und gehört
nicht in den zulassungsrelevanten Bereich eines Messgeräts/Zählers
EZ.
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4 zeigt
den Ablaufplan für eine Ausgestaltung des Messgeräts/Energiezählers
EZ nach 1 mit verifizierter Datenausgabe
an Kundenschnittstelle oder Anzeige. Diese Ausgestaltung ermöglicht
es dem Kunden, an die Kundenschnittstelle KSK ein genormtes Display
A oder PC Software mit Auslesekabel (nachfolgend Ausleseeinheit
KG benannt und über eine zu vertrauende Quelle beschafft, z.
B. Verbraucherschutzorganisation oder Baumarkt) anzuschließen
und ohne Eingabe von Schlüsseln die Daten verifiziert auszulesen.
Hierzu wird die Anfrage der Ausleseeinheit KG über die
interne/hintere Schnittstelle des Messgeräts/Energiezählers
EZ an das Kommunikationsmodul, DLC-Board oder MUC weitergeleitet.
Die Artworten dieser Module werden überprüft und
nur weitergegeben, wenn der Zähler EZ die Echtheit bestätigen
kann. Somit wäre eine Manipulation der Daten nur außerhalb
der Kundenschnittstelle KSK möglich. Da aber alle Komponenten
hierzu vollständig in der Hand des Kunden sind, kann er
diesen vertrauen.
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5 zeigt
beispielhaft verschiedene Ausführungsformen der Anbindung
von Energiezählern EZ nach der Erfindung. Bei der oben
dargestellten Ausführungsform ist das Messgerät/Energiezähler EZ über
die Kommunikationsschnittstelle KSS, die Leitung L (beispielsweise
LAN local area network), einem Modem/Router R, einer Verbindung
W (WAN wide area network; DSL, Powerline etc.) mit einem Speicher
SM bzw. Datenbank DB für signierte Messwerte in einem Rechenzentrum
RZ des Netz- oder Messstellenbetreiber (d. h. komplette Intelligenz
in RZ) und einer Zeitreferenz ZR (z. B. NTP Server der PTB in Braunschweig)
verbunden.
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Bei
der in der 5, Mitte dargestellten Ausführungsform
sind die Messgeräte/Energiezähler EZ über
ein Netzwerk L im Nahbereich mit einer MUC, welche in einem Speicher
SM2 einen Teil (Teilmenge) der signierten
Messwerte (beispielsweise den oder die letzten Messwert (e)) zwischenspeichert,
während ein weiterer Teil der signierten Werte der Kunden/Energiezähler
EZ im Speicher SM1 bzw. der Datenbank DB
des Netz- oder Messstellenbetreiber RZ gespeichert sind. Weiterhin
wird mittels einer Abschalteinrichtung AE, welche über
eine Verbindungsleitung V und die externe Vernetzung (IP, Internet) bzw.
WAN-Verbindungen (GSM, GPRS, ISDN, Powerline etc.) mit der zentralen
Einrichtung RZ des Netz- oder Messstellenbetreibers in Verbindung steht,
eine Fernsteuerung zur Abschaltung der Energieversorgung bzw. fernsteuerbarer
Einrichtungen/Geräte (beispielsweise im Rahmen von Home Automation)
ermöglicht.
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Bei
der in 5 unten dargestellten Ausführungsform
weist ein „intelligentes” Messgerät/Energiezähler
im eichrechtlich relevanten Teil ein Messgerät/Energiezähler
EZ und in dem nicht zulassungsrelevanten Bereich ein Kommunikations-/Steuerungsmodul
COM oder einen MUC (z. B. mit Speicher SM2 für
einen Teil der signierten Messwerte) auf. Messgerät/Energiezähler
EZ und COM/MUC sind dabei in einem gemeinsamen Gehäuse
angeordnet. Weitere Messgeräte/Energiezähler EZ
können dabei über eine Verbindung bzw. Netzwerk
L im Nahbereich (z. B. M-Bus, Wireless M-Bus, DECT, ZIGBEE (Funkstandard
mit kurzer Reichweite für die Funkvernetzung von Sensoren),
Bluetooth, Konnex, Sensornetze oder Feldbus) mit COM oder MUC verbunden sein
und ein Teil der signierten Werte der Kunden/Energiezähler
EZ wird über das WAN, IP zum Speicher SM1/Datenbank
DB des Netz- oder Messstellenbetreiber RZ übertragen und
dort gespeichert. Der Datenaustausch zwischen dem zentralen Rechner
RZ und dem Kommunikations-/Steuerungsmodul/-endgerät COM
kann drahtgebunden (z. B. Powerline) oder drahtlos unter Verwendung
eines Internetprotokolls oder Protokollumsetzung bei verschiedenen Protokollen
(Windows NT-, Linux-, Unix-Rechnernetzprotokolle, oder z. B. SMS-
oder WAP-Handyprotokolle, etc.) erfolgen. Hierdurch wird auch ein
zentrales Hochladen von neuen Funktionen, z. B. neue Tarifwechselzeiten,
die Realisierung von Routerfunktionen oder eine funkbasierte Fernauslesung
von Haushaltzählern in Kombination mit Zugang zum persönlichen
Stromverbrauch auf einer Website ermöglicht.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung
gleichwirkende Ausführungen. Im Rahmen der Erfindung kann
das erfindungsgemäße Messgerät auch beim
Gegenstand gemäß der Europäischen Patentanmeldung
EP 1 850 500 A1 der
Anmelderin eingesetzt werden, wobei die Steuereinrichtung neben
den Steuerungsfunktionen auch Kommunikationsfunktionen (MUC/COM) übernehmen,
indem diese mindestens einen „quasi dezidierten” Kommunikations-Controller
aufweist, der über mindestens eine frei programmierbare
Kommunikations-ALU verfügt, wodurch Interruptlatenzzeiten
der Steuereinrichtung nicht in die direkte Synchronisation der Steuerungsfunktionen
einer Hardwarekomponente (beispielsweise Positionssteuerung eines
Motors) eingehen; es können über einen Push-Betrieb
gemeldete Daten an einer Pollingschnittstelle gemäß einem
mit dem jeweiligen Hersteller/Anwender fest vereinbarten Protokoll
zur Verfügung gestellt werden; das Fehlen, einer gültigen
Zeit wird in den Nachrichten angezeigt, z. B. Sondertarif ohne Nachteil
für den Kunden, wodurch das Zeitmodul Z softwaremäßig
realisiert werden kann und keine Echtzeituhr RTC (Real Time Clock)
mit Ausfallreserve vorgesehen werden muss; es kann eine Anbindung
von „Security”-Dienstleistungen an das in
5 unten
dargestellten „intelligentes” Messgerät/Energiezähler,
wie z. B. Einbruchsensoren, Zutritts- und Zeiterfassungsgeräte,
Videoüberwachung, etc. durchgeführt werden oder
eine Anbindung von Funktionen des Haus- und Gebäudemanagements,
wie z. B. Rolladen- und Beleuchtungssteuerung sowie die Steuerung
und Überwachung von Haushaltsgeräten (Stichwort:
Home Automation) oder eine Anbindung zusätzlicher Funktionen
der Automatisierungstechnik, wie z. B. Steuerung und Überwachung
von Aufzügen und anderen elektrischen Systemen erfolgen
u. a..
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Ferner
ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Patentanspruch
1 oder 6 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern
kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten
Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein.
Dies bedeutet, dass jedes Einzelmerkmal des Patentanspruchs 1 oder
6 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung
offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
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erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6538577
B1 [0004, 0004]
- - EP 1677270 A1 [0005]
- - EP 1850500 A1 [0006, 0007, 0049]
- - WO 2006/048143 A1 [0015]
- - WO 2004/021020 A1 [0016]
- - DE 60001358 T2 [0017]
- - DE 10024544 A1 [0018]
- - DE 102006030533 A1 [0019]
- - DE 102005033162 A1 [0020]
- - DE 10204065 A1 [0021, 0021]