-
Die Erfindung betrifft ein Aufsatzgerät, aufweisend eine Leistungsempfangsspule und eine Datenübertragungsspule. Die Erfindung betrifft auch ein Betriebsgerät mit einer oder mehreren Leistungsübertragungszonen zum Betreiben eines darauf jeweils aufgesetzten Aufsatzgeräts. Die Erfindung betrifft ferner ein System aus einem solchen Aufsatzgerät und einem solchen Betriebsgerät.
-
Beispielsweise aus
DE 103 43 011 A1 ,
DE 10 2005 022 352 A1 und
DE 10 2006 017 800 A1 ist eine Leistungsübertragung von einer Leistungsübertragungszone eines Betriebsgeräts auf ein Aufsatzgerät mittels einer transformatorischen Kopplung bekannt. Unter einer transformatorischen Kopplung wird dabei die Kopplung einer Spule des Betriebsgeräts und einer Spule des Aufsatzgeräts über ein magnetisches Wechselfeld verstanden, welches von der Spule des Betriebsgeräts erzeugt und von der Spule des Aufsatzgeräts abgegriffen wird. In der Spule des Aufsatzgeräts wird mittels des magnetischen Wechselfelds eine Induktionsspannung erzeugt, die zum Betrieb des Aufsatzgeräts verwendet werden kann. Die Spulen können auch als zwei Hälften eines trennbaren Transformators angesehen werden, weshalb diese Art von Kopplung und Leistungsübertragung auch ”transformatorische Kopplung” genannt wird.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit für eine einfache Aktualisierung und Wartung eines Betriebsgeräts bereitzustellen, welches transformatorisch Leistung auf ein darauf aufgesetztes, elektrisch betriebenes Aufsatzgerät übertragen kann.
-
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Aufsatzgerät, aufweisend eine Leistungsempfangsspule und eine Datenübertragungsspule, wobei das Aufsatzgerät mindestens eine externe Datenschnittstelle aufweist und dazu eingerichtet ist, Daten zwischen der Datenschnittstelle und der Datenübertragungsspule zu kommunizieren.
-
Mittels der Leistungsempfangsspule kann auf der Grundlage einer transformatorischen Kopplung Leistung aus einem magnetischen Wechselfeld abgegriffen und durch Induktion in eine elektrische Leistung zum Betrieb des Aufsatzgeräts umgewandelt werden. Das Aufsatzgerät kann also auch als ein transformatorisch betreibbares Aufsatzgerät beschrieben werden. Die Datenübertragungsspule nutzt eine transformatorische Kopplung, um Daten zu übertragen. Die Datenübertragungsspule kann zum Senden und/oder zum Empfangen von Daten vorgesehen sein.
-
Unter einer externen Datenschnittstelle kann insbesondere eine Datenschnittstelle verstanden werden, welche zum Anschluss an ein externes Datenmedium eingerichtet ist. Das externe Datenmedium kann z. B. ein Speichermedium (Flash-Speicher, Festplatte usw.) und/oder ein Netzwerk (Internet o. ä.) sein. Auch ist ein Anschluss an eine externe Rechnereinheit möglich, z. B. einen Computer, ein Diagnosegerät usw.
-
Die mindestens eine externe Datenschnittstelle kann eine drahtgebundene Datenschnittstelle umfassen, z. B. eine Speicherkarten-Schnittstelle (z. B. PC-Card-Schnittstelle, SD-Card-Schnittstelle usw.), USB-Schnittstelle, FireWire-Schnittstelle, Ethernet-Schnittstelle, DSL-Schnittstelle usw. Die mindestens eine externe Datenschnittstelle kann auch eine drahtlose Datenschnittstelle umfassen, z. B. eine Bluetooth-Schnittstelle, ZigBee-Schnittstelle, WLAN-Schnittstelle, IR-Schnittstelle, Telekommunikations-Schnittstelle (GSM, EDGE, UMTS, 3G usw.) usw.
-
Mittels der Kommunikation zwischen der externen Datenschnittstelle und der Datenübertragungsspule können an der externen Datenschnittstelle empfangene Daten zu der Datenübertragungsspule geliefert werden und folgend von der Datenübertragungsspule übertragen werden, oder umgekehrt.
-
Das Aufsatzgerät wird typischerweise an einem Betriebsgerät betrieben, welches eine oder mehrere Leistungsübertragungszonen aufweist, über welche das Aufsatzgerät dann, wenn es auf die Leistungsübertragungszone aufgesetzt ist, transformatorisch mit Leistung oder Energie versorgbar ist. Jeder der Leistungsübertragungszonen kann eine (primärseitige) Leistungsübertragungsspule zugeordnet sein, welche das zum Abgriff durch die Leistungsempfangsspule des Aufsatzgeräts benötigte magnetische Wechselfeld erzeugen kann. Das Betriebsgerät kann auch an jeder der Leistungsübertragungszonen eine zu der Datenübertragungsspule des Aufsatzgeräts passende Datenübertragungsspule aufweisen, so dass diese beiden Datenübertragungsspulen miteinander Daten mittels einer transformatorischen Kopplung austauschen können.
-
Die Leistungsspulen (die Leistungsempfangsspule und die Leistungsübertragungsspule) und die Datenübertragungsspulen können für eine effektive Datenübertragung unterschiedliche Spulen sein. Alternativ können die Leistungsspulen und die Datenübertragungsspulen eines Geräts in eine kombinierte Leistungs-/Datenübertragungs-Spule integriert sein. Eine Datenübertragung mittels der kombinierten Leistungs-/Datenübertragungs-Spule kann beispielsweise mittels einer transformatorischen Trägerfrequenzmethode, insbesondere der sog. Powerline-Communication (PLC), durchgeführt werden, bei welcher das Leistungssignal mit einem Datensignal überlagert wird.
-
Das Aufsatzgerät weist den Vorteil auf, dass mittels des Aufsatzgeräts Daten von dem externen Datenmedium auf eine einfache Weise auf ein zum Betrieb von Aufsatzgeräten vorgesehenes Betriebsgerät übertragen werden können, z. B. für eine Software- und/oder Firmware-Aktualisierung, für eine Hinzufügung neuer Funktionalitäten oder für eine Erweiterung bestehender Funktionalitäten (z. B. durch ein Aufspielen neuer Rezepte und zugehöriger Garprogramme). Zusätzlich oder alternativ können mittels des Aufsatzgeräts auf eine einfache Weise Daten aus dem Betriebsgerät ausgelesen werden, z. B. für eine Diagnose (z. B. bezüglich eines Identcodes, einer Temperaturmessung, Regelparametern usw.) oder Fehleranalyse, Reparatur oder Wartung des Betriebsgeräts. Das Betriebsgerät braucht dazu weder geöffnet noch demontiert zu werden. Es sind keine Öffnungen an dem Betriebsgerät für externe Datenschnittstellen nötig. Auch werden Probleme bezüglich einer Zugänglichkeit und einer elektromagnetischen Abschirmung vermieden. Das Aufsatzgerät kann ferner als eine mobile, gut verstaubare Einheit ausgebildet sein. Das Aufsatzgerät kann zudem als ein Zubehör separat vertrieben werden.
-
Das Aufsatzgerät kann auch als ein Aufsatz-Schnittstellenadapter bezeichnet werden.
-
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Aufsatzgerät eine über seine Datenübertragungsspule aussendbare Kennung aufweist. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass das Betriebsgerät den Aufsatz des Aufsatz-Schnittstellenadapters erkennen und darauf aufbauende Handlungen durchführen kann. Eine solche Handlung kann z. B. eine Anzeige eines entsprechenden Menüs in seiner Bedieneinheit sein, mittels welcher ein Nutzer (z. B. ein Kundendiensttechniker oder ein Endkunde) eine bestimmte, durch den Aufsatz-Schnittstellenadapter ermöglichte Funktion auswählen kann, z. B. eine Softwareaktualisierung oder eine Durchführung eines Diagnoseprogramms.
-
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Kennung mit einer von mehreren Berechtigungsstufen verknüpft ist. Dadurch kann der Aufsatz-Schnittstellenadapter an bestimmte Nutzergruppen angepasst werden, z. B. an Endnutzer oder Fachleute, z. B. Kundendiensttechniker. Beispielsweise kann eine niedrigere Berechtigungsstufe das Betriebsgerät zur Aktivierung eines nur eingeschränkten, durch den Aufsatz-Schnittstellenadapter ermöglichten Funktionssatzes veranlassen, z. B. zum Aufspielen von Softwareaktualisierungen, für eine Hinzufügung neuer Funktionalitäten oder für eine Erweiterung bestehender Funktionalitäten. Eine höhere Berechtigungsstufe, welche z. B. für einen Kundendiensttechniker vorgesehen ist, kann das Betriebsgerät auch zur Aktivierung einer Diagnosefunktion o. ä. berechtigen.
-
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das Aufsatzgerät mindestens eine Datenverarbeitungseinheit aufweist, welche die Datenübertragungsspule und die mindestens eine externe Datenschnittstelle miteinander verbindet. Die Datenverarbeitungseinheit kann insbesondere dazu eingerichtet sein, von der mindestens einen externen Datenschnittstelle eingehende Daten zur Aussendung über die Datenübertragungsspule umzuformatieren, und/oder umgekehrt. Die Datenverarbeitungseinheit kann insbesondere dazu eingerichtet sein, die Kennung über die Datenübertragungsspule auszusenden, und zwar selbstständig, z. B. in regelmäßigen Abständen, und/oder auf Anfrage von dem Betriebsgerät. Die Datenverarbeitungseinheit kann dazu einen die Kennung speichernden Speicher aufweisen oder mit einem solchen funktional gekoppelt sein.
-
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Betriebsgerät, wobei das Betriebsgerät zum Betreiben eines darauf jeweils aufgesetzten Aufsatzgeräts, insbesondere wie oben beschrieben, eingerichtet ist.
-
Das Betriebsgerät kann insbesondere eine oder mehrere Leistungsübertragungszonen zum Betreiben eines darauf jeweils aufgesetzten Aufsatz-Geräts wie oben beschrieben aufweisen, wobei zumindest einer der Leistungsübertragungszonen eine Leistungsübertragungsspule und eine Datenübertragungsspule zugeordnet ist. Dadurch ergeben sich die bereits oben beschriebenen Vorteile.
-
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Betriebsgerät zum Betrieb eines Aufsatzgeräts, welches über seine Datenübertragungsspule eine Kennung zu dem Betriebsgerät aussenden oder auf das Betriebsgerät übertragen kann, eingerichtet ist und eine Steuereinheit aufweist, welche nur ein (einziges) solches Aufsatzgerät funktional aktiviert, insbesondere ein zuerst aufgesetztes Aufsatzgerät. Dadurch kann eine genau definierte Datenübertragung sichergestellt werden.
-
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Betriebsgerät zum Betrieb eines Aufsatzgeräts, welches eine mit einer Berechtigungsstufe verknüpfte oder eine solche aufweisende Kennung ausgibt, eingerichtet ist und eine Steuereinheit aufweist, welche einen zu dem Aufsatzgerät zugehörigen Funktionsumfang zur Aktivierung in Abhängigkeit der Berechtigungsstufe freischaltet.
-
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das Betriebsgerät eine Steuereinheit aufweist, welche dazu eingerichtet ist, nur authentifizierte und/oder autorisierte von dem Aufsatzgerät empfangene Daten zuzulassen. Dadurch können beispielsweise nicht authentifizierte Daten, z. B. von einem unbekannten Hersteller, zurückgewiesen werden (insbesondere nicht empfangen, nicht gespeichert oder nicht verwendet werden). Die Authentifizierung kann z. B. mittels eines symmetrischen oder asymmetrischen Schlüssels durchgeführt werden. Nicht authentifizierte und/oder nicht autorisierte Daten können auch Daten von einem nicht authentifizierten oder nicht autorisierten Gerät (Computer, Datenspeicher usw.) umfassen.
-
Das Betriebsgerät kann insbesondere auch nur geeignet formatierte und/oder kodierte Daten zulassen, insbesondere Software-Aktualisierungen.
-
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein System aus einem Aufsatzgerät wie oben beschrieben und einem Betriebsgerät wie oben beschrieben.
-
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
-
1 zeigt ein System aus einem Betriebsgerät zum Betreiben eines Aufsatzgeräts mittels transformatorischer Energieübertragung und einem auf dem Betriebsgerät angeordneten Aufsatz-Schnittstellenadapter;
-
2 zeigt eine Skizze einer vereinfachten Regelstruktur des Systems aus 1;
-
3 zeigt in einer Schnittdarstellung das Betriebsgerät und den Aufsatz-Schnittstellenadapter mit einer konstruktiven Ausgestaltung von Transformatorhälften eines trennbaren Transformators.
-
1 zeigt ein Aufsatzgerät in Form eines Aufsatz-Schnittstellenadapters 101, der einen elektrischen Verbraucher darstellt. Der Aufsatz-Schnittstellenadapter 101 weist einen Grundkörper 102 und eine Sekundärspule oder Leistungsempfangsspule 114 auf. Der Aufsatz-Schnittstellenadapter 101 ist zum Betrieb auf einer Oberfläche einer Arbeitsplatte 105 eines Betriebsgeräts 106 angeordnet. Unter der Arbeitsplatte 105 ist eine Basisstation 107 montiert. Diese weist ein Gehäuse 108 mit einer Primärspule oder Leistungsübertragungsspule 111 und einer Stromerzeugungseinheit 112 zur Versorgung der Leistungsübertragungsspule 111 mit einem Wechselstrom auf. Die Stromerzeugungseinheit 112 ist in diesem Ausführungsbeispiel als ein Wechselrichter ausgebildet. Die Leistungsübertragungsspule 111 ist in Form einer ebenen Spiralwicklung gewickelt. Beim Betrieb der Basisstation 107 und des Aufsatz-Schnittstellenadapters 101 wird die Leistungsübertragungsspule 111 mit dem Wechselstrom gespeist und erzeugt ein magnetisches Wechselfeld. Mittels eines Feldflusses dieses Wechselfelds überträgt die Leistungsübertragungsspule 111 durch Induktion Energie auf die Leistungsempfangsspule 114, welche an einer auf der Oberfläche der Arbeitsplatte 105 gezeichneten Leistungsübertragungszone 113a angeordnet ist. An einer benachbarten Leistungsübertragungszone 113b ist kein Aufsatzgerät angeordnet. Die Leistungsübertragungszonen 113a und 113b sind mittels einer jeweiligen Linie 115a bzw. 115b auf der Arbeitsplatte 105 eingezeichnet.
-
Die Leistungsempfangsspule 114 ist als eine ebene Spiralwicklung ausgebildet. In der Leistungsempfangsspule 114 wird durch den magnetischen Feldfluss eine Induktionsspannung induziert, die als Betriebsspannung für einen Betrieb des Aufsatz-Schnittstellenadapters 101 genutzt wird. Der Aufsatz-Schnittstellenadapter 101 kann von der Leistungsübertragungszone 113a durch Abheben oder seitliches Verschieben entfernt werden, wodurch die Leistungsempfangsspule 114 von der Leistungsübertragungsspule 111 getrennt wird. An die Leistungsübertragungszone 113 können dann weitere Aufsatzgeräte gebracht werden, wie z. B. ein elektrisch angetriebenes Gargeschirr oder ein Haushaltskleingerät, beispielsweise ein Wasserkocher, eine Kaffeemaschine, ein Mixer, eine Friteuse, ein Toaster, usw., die jeweils eine oder mehrere Leistungsempfangsspulen aufweisen und von einem drahtlosem Zusammenwirken der jeweiligen Leistungsempfangsspule mit der Leistungsübertragungsspule 111 (”transformatorische Kopplung”) eine Betriebsenergie beziehen.
-
In der Arbeitsplatte 105 ist ferner eine Bedieneinheit 104 in Form eines berührungsempfindlichen Bildschirms eingelassen. Mittels der Bedieneinheit 104 kann ein Nutzer Werte mindestens eines Funktionsparameters bzw. eines Funktionsparametersatzes zur Steuerung oder Nutzung eines auf einer der Leistungsübertragungszonen 113a, 113b abgestellten Aufsatzgeräts, z. B. des Aufsatz-Schnittstellenadapters 101, eingeben oder einstellen. Auf Grundlage dieser Werte kann eine Steuereinheit 110 des Betriebsgeräts 106 den Aufsatz-Schnittstellenadapter 101 betreiben, beispielsweise durch eine entsprechende Einstellung eines Stroms (Stromhöhe, Bestromungsdauer usw.) durch die Leistungsübertragungsspule 111.
-
Der Aufsatz-Schnittstellenadapter 101 weist oberseitig mehrere externe Schnittstellen auf, nämlich eine USB-Schnittstelle 127a, eine Ethernet-Schnittstelle 127b, einen Mehrpolsteckanschluss 127c und einen WLAN-Anschluss 127d. Der Aufsatz-Schnittstellenadapter 101 weist unterseitig eine von der Leistungsempfangsspule 114 separate Datenübertragungsspule 128 für eine transformatorische Datenübertragung auf. Zwischen den externen Schnittstellen 127a bis 127d einerseits und der Datenübertragungsspule 128 andererseits weist der Aufsatz-Schnittstellenadapter 101 eine Datenverarbeitungseinheit 116 auf. Die Datenverarbeitungseinheit 116 wandelt ankommende Daten (z. B. von einer oder mehreren der externen Schnittstellen 127a bis 127d und/oder von der Datenübertragungsspule), welche eine vorbestimmte Daten- und Protokollstruktur aufweisen, in ausgehende Daten (z. B. zu der Datenübertragungsspule bzw. zu einer oder mehreren der externen Schnittstellen 127a bis 127d) einer anderen vorbestimmten Daten- und Protokollstruktur um. Die Datenverarbeitungseinheit 116 steuert ferner den Betrieb der externen Schnittstellen 127a bis 127d und der Datenübertragungsspule 128. Die Datenübertragungsspule 128 ist dazu mit einem Modulator (nicht eingezeichnet) gekoppelt. Die von der Datenübertragungsspule 128 ausgestrahlten Datensignale werden von einer Datenübertragungsspule des Betriebsgeräts 106 aufgenommen oder empfangen (nicht gezeigt), in einem nicht eingezeichneten Demodulator des Betriebsgeräts 106 demoduliert und an die Steuereinheit 110 des Betriebsgeräts 106 weitergeleitet. Daten können auch in die umgekehrte Richtung übertragen werden, und zwar über einen Modulator (o. Abb.) des Betriebsgeräts 206, dessen Datenübertragungsspule, die Datenübertragungsspule 128 des Aufsatz-Schnittstellenadapters 101, einen Demodulator (o. Abb.) des Aufsatz-Schnittstellenadapters 101 und die Datenverarbeitungseinheit 116 zu den externen Schnittstellen 127a bis 127d. Modulator und Demodulator können auch in einer Einheit integriert sein.
-
Zwar sind an dem Betriebsgerät nur zwei Leistungsübertragungszonen 113a, 113b gezeigt, jedoch sind auch mehr Leistungsübertragungszonen realisierbar, insbesondere vier oder fünf Leistungsübertragungszonen. Der Abstand zweier Basisstationen 107 und damit zweier Leistungsübertragungszonen 113a, 113b beträgt beispielhaft mindestens 40 cm. Der Abstand wird als seitliche Entfernung von Zentrum zu Zentrum der Basisstationen 107 gemessen. Der Aufsatz-Schnittstellenadapter 101 ist hier seitlich zentriert auf der Leistungsübertragungszone 113a bzw. Basisstation 107 abgesetzt gezeigt, also ohne einen seitlichen Versatz.
-
2 zeigt eine Skizze einer vereinfachten Regelstruktur eines Systems aus einem Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 und einem Betriebsgerät 206.
-
Der Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 ist zu seiner Stromversorgung mit einer Leistungsempfangsspule 214 in Form einer spiralförmig ausgebildeten Sekundärwindung ausgerüstet. An der Leistungsempfangsspule 214 wird eine elektrische Leistung zur Versorgung einer Elektronik 223 bereitgestellt. Dazu weist die Elektronik 223 einen Schaltregler 224 auf, welcher die von der Leistungsempfangsspule 214 ausgegebene Leistungswechselspannung in eine Niedervoltgleichspannung umwandelt. Mittels der Niedervoltgleichspannung werden die übrigen Teile der Elektronik 223 betrieben, von denen hier eine Datenverarbeitungseinheit 216 in Form einer integrierten Schaltung und ein Modulator 226 eingezeichnet sind.
-
Die Datenverarbeitungseinheit 216 ist einerseits mit vier externen Schnittstellen 227a bis 227d verbunden, nämlich mit einer USB-Schnittstelle 227a, einer Ethernet-Schnittstelle 227b, einem Mehrpolsteckanschluss 227c und einem WLAN-Anschluss 227d und andererseits mit dem Modulator 226.
-
Die Datenverarbeitungseinheit 216 kann über die externen Schnittstellen 227a bis 227d gelieferte Daten in ein zur Kommunikation mit dem Betriebsgerät 206 kompatibles Format umformatieren. Insbesondere können die Daten in ein vorbestimmtes Datenformat und Protokollformat umgewandelt werden. Die formatierten Daten werden von der Datenverarbeitungseinheit 216 dann an den Modulator 226 weitergeleitet, wo sie auf ein Trägersignal aufmoduliert werden, um danach vom Modulator 226 über eine Datenübertragungsspule 228 an das Betriebsgerät 206 übermittelt zu werden. Das Trägersignal weist hier eine Trägerfrequenz von nicht mehr als 40 MHz auf. In dieser Richtung der Datenübertragung ist der Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 für eine Datenübertragung von Daten auf das Betriebsgerät 206 eingerichtet, z. B. für eine Softwareaktualisierung und/oder eine Funktionserweiterung des Betriebsgeräts 206.
-
Außer den über die externen Schnittstellen 227a bis 227d gelieferten Daten können noch andere Daten von der Datenverarbeitungseinheit 216 an den Modulator 226 weitergeleitet werden, wie eine Kennung (Identcode usw.) und Betriebsdaten (z. B. eine zum Betrieb des Aufsatz-Schnittstellenadapters 201 benötigte Leistung), und zwar aktiv oder – bei einer bidirektionalen Kommunikation – auf Abfrage.
-
Zusätzlich kann die Datenverarbeitungseinheit 216 in der umgekehrten Richtung über die Datenübertragungsspule 228 gelieferte Daten in zur Aussendung über die externen Schnittstellen 227a bis 227d geeignete Formate umformatieren. Insbesondere können die Daten in ein vorbestimmtes Datenformat und Protokollformat für jede oder nur für eine aktive der externen Schnittstellen 227a bis 227d umgewandelt werden. Die formatierten Daten werden von der Datenverarbeitungseinheit 216 dann an die externen Schnittstellen 227a bis 227d weitergeleitet. In dieser Richtung der Datenübertragung ist der Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 für eine Datenübertragung von Daten von dem Betriebsgerät 206 eingerichtet, z. B. für eine Diagnose des Betriebsgeräts 206. Das Betriebsgerät 206 weist dann zusätzlich zu dem Demodulator einen Modulator, und der Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 weist zusätzlich zu dem Modulator einen Demodulator auf.
-
Das Betriebsgerät 206 weist eine Datenübertragungsspule 229 auf, die ebenfalls als Signalwindung ausgestaltet ist, welche im Wesentlichen der Signalwindung der Datenübertragungsspule 228 des Aufsatz-Schnittstellenadapters 201 gegenüberliegt. Die Datenübertragungsspule 229 empfängt das von der Datenübertragungsspule 228 ausgestrahlte modulierte Trägersignal und leitet es an einen Demodulator 230 weiter, in welchem die auf das Trägersignal aufmodulierten Daten extrahiert und wieder als lesbare digitale Daten ausgegeben werden. Diese Daten werden in einer Steuereinheit (”Herdelektronik”) 210 weiterverarbeitet und zum Betrieb des Aufsatz-Schnittstellenadapters 201 ausgewertet.
-
Aufgrund der spulenartigen Ausgestaltung und gegenüberliegenden Anordnung von Datenübertragungsspule 228 und Datenübertragungsspule 229 wird eine Nahfeld-Datenübertragung erreicht, welche nicht signifikant seitlich abstrahlt und somit von anderen Empfängern an anderen Leistungsübertragungszonen nicht aufgenommen wird. Dadurch wird ein Übersprechen verhindert und eine eindeutige Zuordnung von Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 und Betriebsgerät 206 nur aufgrund der Datenübermittlung als solches und ohne andere Mittel erreicht. Zur Einhaltung der eindeutigen Zuordnung ist die (seitliche) Reichweite der Datenübermittlung auf maximal einen halben kleinsten Abstand zwischen den Basisstationen begrenzt.
-
Die Steuereinheit 210 kann mittels der Kennung den Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 erkennen und das Betriebsgerät entsprechend umkonfigurieren, z. B. in der Bedieneinheit 204 eine zur Nutzung des Aufsatz-Schnittstellenadapters 201 passende Benutzerführung aktivieren und dem Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 eine passende Leistung bereitstellen.
-
Die Steuereinheit 210 kann ferner dazu eingerichtet sein, aus den von dem Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 gelieferten Daten eine Berechtigungsstufe zu identifizieren und folgend einen zu dieser Berechtigungsstufe zugehörigen Funktionsumfang des Betriebsgeräts 206 zur Aktivierung freizuschalten oder freizugeben.
-
Die Steuereinheit 210 kann ferner dazu eingerichtet sein, nur authentifizierte und/oder autorisierte von dem Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 empfangene Daten zuzulassen. Die Authentifizierung und/oder Autorisierung kann auf der Grundlage der Daten selbst geschehen (z. B. indem diese einen passenden Schlüssel aufweisen) und/oder dadurch, dass sie von einer erlaubten oder sicheren Quelle stammen (z. B. einem autorisierten Rechner, z. B. externen Server).
-
Als einziges Bedienelement weist der Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 einen von außen betätigbaren Ein/Aus-Schalter 217 auf. Ist der Ein/Aus-Schalter 217 geöffnet, kann die Elektronik 223 nicht gespeist werden, und der Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 kann geschützt vor einer unbeabsichtigten Betätigung auf einer Basisstation 207 abgestellt werden.
-
Die Steuereinheit 210 ist dazu eingerichtet, eine Steuerspannung zur Steuerung einer Stromerzeugungseinheit 212 in Form einer Leistungselektronik zu berechnen und an die Stromerzeugungseinheit 212 ausgegeben. Dazu ist zwischen der Steuereinheit 210 und der Stromerzeugungseinheit 212 ein Digital/Analog-Wandler 231 eingefügt. Mittels der Stromerzeugungseinheit 212 wird eine Leistungsübertragungsspule 211 in Form einer spiralförmig ausgeführten Leistungswindung betrieben, wie schon bezüglich 1 ausgeführt worden ist. Die Stromerzeugungseinheit 212 erzeugt eine an der Leistungsübertragungsspule 211 anliegende Leistungswechselspannung, hier beispielsweise zwischen 10 VAC und 230 VAC bei einer Frequenz zwischen 100 KHz und 400 KHz. Die Leistungsübertragungsspule 211 erzeugt als Wechselfeld ein magnetisches Wechselfeld, welches wiederum von der Leistungsempfangsspule 214 aufgenommen wird. In anderen Worten ergibt sich zwischen der Leistungsübertragungsspule 211 und der Leistungsempfangsspule 214 ein auf Induktion beruhender Energieübertrag (”transformatorische Kopplung”).
-
Ist der Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 auf dem Betriebsgerät 206 aufgesetzt, beispielsweise auf die in 1 dargestellte Leistungsübertragungszone 113a der Arbeitsplatte 105, können Energie von dem Betriebsgerät 206 auf den Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 und Datensignale vom Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 auf das Betriebsgerät 206 und umgekehrt übertragen werden. Aufgrund der transformatorischen oder induktiven Kopplung zwischen Leistungsübertragungsspule 211 und Leistungsempfangsspule 214 ist die Energieübertragung jedoch nur in einem Nahfeld der Leistungsübertragungsspule 211 zum Betrieb des Aufsatz-Schnittstellenadapters 201 möglich. Typische maximale senkrechte Abstände (entlang der z-Erstreckung) zwischen Betriebsgerät 206 und Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 betragen hier zwischen 0,3 mm und 3 mm.
-
Ein maximaler Versatz in r-Erstreckung aus einer zentrierten Position heraus beträgt hier bis zu 3 cm. Wird der Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 weiter von der Leistungsübertragungsspule 211 entfernt, reicht die übertragene Leistung nicht mehr zum Betrieb des Aufsatz-Schnittstellenadapters 201 aus, welche sodann ihren Betrieb einstellt und insbesondere keine Signale bzw. Daten mehr an das Betriebsgerät 206 sendet. Eine Unterbrechung der Datenübertragung wird als Entfernen des Aufsatz-Schnittstellenadapters 201 vom Betriebsgerät 206 gedeutet. Bei einer Annäherung des Aufsatz-Schnittstellenadapters 201 an ein Betriebsgerät 206 tritt dieses wieder in das Nahfeld der Leistungsübertragungsspule 211 ein und wird wieder mit Energie versorgt. Sodann sendet der Aufsatz-Schnittstellenadapter 201 über die Elektronik 223 wieder Signale bzw. Daten über den Sender 226, 228 aus, welche vom Betriebsgerät 206 erkannt werden. Eine erfolgreiche Datenübertragung wird als ein Aufsetzen des Aufsatz-Schnittstellenadapters 201 auf dem Betriebsgerät 206 gedeutet.
-
3 zeigt in einer Schnittdarstellung ein Betriebsgerät 306, welches eine Stromerzeugungseinheit 312, eine Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 310 und eine Leistungsübertragungsspule 311 aufweist, und zeigt auch einen Aufsatz-Schnittstellenadapter 301 mit einer Leistungsempfangsspule 314. Zur übersichtlicheren Darstellung ist der Niedervoltbereich (mit seiner direkt abgreifbaren Betriebsspannung VB) des Aufsatz-Schnittstellenadapters 301 mit der Elektronik 223, den externen Datenschnittstellen 227a bis 227d usw. als Last nur vereinfachend skizziert. Die Leistungsübertragungsspule 311 ist in einer kreisförmigen Ausnehmung 332 eines Eisenkerns (insbesondere Ferritkerns) 333 des Betriebsgeräts 306 angeordnet, welcher dazu dient, eine von der Leistungsübertragungsspule 311 erzeugte Feldstärke zu verstärken. In dem Aufsatz-Schnittstellenadapter 301 ist ein weiterer Eisenkern (insbesondere Ferritkern) 334 zu sehen, der ebenfalls eine kreisförmige Ausnehmung 335 aufweist, in welcher die Leistungsempfangsspule 314 angeordnet ist. Der Eisenkern 334 mit der Leistungsempfangsspule 314 (sekundäre Transformatorhälfte) ist vom Eisenkern 333 mit der Leistungsübertragungsspule 311 (primäre Transformatorhälfte) trennbar, wie durch einen Pfeil P schematisch angedeutet wird. Die Arbeitsfläche der Arbeitsplatte 305 ist durch eine gestrichelte Linie schematisch dargestellt. Die Leistungsübertragungsspule 311 ist in Form einer Spiralspule (siehe auch 1) in einer Leistungswicklungsebene 336 gewickelt. Die Leistungsempfangsspule 314 ist ebenfalls in Form einer Spiralspule in einer Leistungswicklungsebene 337 gewickelt. Die Leistungsempfangsspule 314 und die Leistungsübertragungsspule 311 weisen die gleiche Anzahl von Wicklungen auf, nämlich hier fünf.
-
In der primärseitigen Ausnehmung 332 des primärseitigen Eisenkerns 333 ist außenseitig bezüglich der Leistungsübertragungsspule 311 eine einzige Signalwindung 338 einer Datenübertragungsspule 329 angeordnet. Diese umläuft somit außenseitig die ebene primärseitige Leistungsübertragungsspule 311. Die Signalwindung 338 ist an einer äußeren Seitenwand 339 der Ausnehmung 332 befestigt. Die Leistungswicklungsebene 336 und die Signalwicklungsebene fallen somit zusammen. Analog ist in der Ausnehmung 335 des sekundärseitigen Eisenkerns 334 außenseitig bezüglich der sekundärseitigen Leistungsempfangsspule 314 eine einzige Signalwindung 341 einer Datenübertragungsspule 328 angeordnet. Diese umläuft somit außenseitig die ebene sekundärseitige Leistungsempfangsspule 314. Auch die Signalwindung 341 ist an einer äußeren Seitenwand 342 der sekundärseitigen Ausnehmung 335 befestigt. Die Leistungswicklungsebene 337 und die Signalwicklungsebene fallen somit ebenfalls zusammen. Die Signalwindungen 338, 341 werden beide mit einer Frequenz über 4 MHz, insbesondere bei einer Frequenz zwischen 15 MHz und 35 MHz betrieben, während die Leistungsspulen 311, 314 mit einer Frequenz von nicht mehr als 400 KHz laufen. Die Leiter der Signalwindungen 338, 341 sind aus HF-Litze 30 × 0,05 gewunden, die Leiter der Leistungsspulen 311, 314 sind aus HF-Litze 840 × 0,07 gewunden. Die primärseitigen Spulen oder Windungen 311 und 338 sind in der primärseitigen Ausnehmung 332 mit Harz oder Kunststoff vergossen; ebenso sind die sekundärseitigen Windungen 314 und 341 in der sekundärseitigen Ausnehmung 335 mit Harz oder Kunststoffvergossen.
-
Durch den Einbau der Transformatorhälften (Leistungsübertragungsspule 311 und primärseitiger Spulenkern 333 bzw. Leistungsempfangsspule 311 und sekundärseitiger Spulenkern 334) in waagerechter Anordnung ist die Feldrichtung dazwischen senkrecht ausgeprägt, was nur minimale Störaussendungen (EMV) bewirkt.
-
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 101
- Aufsatz-Schnittstellenadapter
- 102
- Grundkörper
- 104
- Bedienfeld
- 105
- Arbeitsplatte
- 106
- Betriebsgerät
- 107
- Basisstation
- 108
- Gehäuse
- 110
- Steuereinheit
- 111
- Leistungsübertragungsspule
- 112
- Stromerzeugungseinheit
- 113a
- Leistungsübertragungszone
- 113b
- Leistungsübertragungszone
- 114
- Leistungsempfangsspule
- 115a
- Linie
- 115b
- Linie
- 116
- Datenverarbeitungseinheit
- 127a
- USB-Schnittstelle
- 127b
- Ethernet-Schnittstelle
- 127c
- Mehrpolstecker
- 127d
- WLAN-Anschluss
- 128
- Datenübertragungsspule
- 201
- Aufsatz-Schnittstellenadapter
- 204
- Bedienfeld
- 206
- Betriebsgerät
- 207
- Basisstation
- 210
- Steuereinheit
- 211
- Leistungsübertragungsspule
- 212
- Stromerzeugungseinheit
- 214
- Leistungsempfangsspule
- 216
- Datenverarbeitungseinheit
- 217
- Schalter
- 223
- Elektronik
- 224
- Schaltregler
- 226
- Modulator
- 227a
- USB-Schnittstelle
- 227b
- Ethernet-Schnittstelle
- 227c
- Mehrpolstecker
- 227d
- WLAN-Anschluss
- 228
- Datenübertragungsspule
- 229
- Datenübertragungsspule
- 230
- Demodulator
- 231
- D/A-Wandler
- 301
- Aufsatz-Schnittstellenadapter
- 305
- Arbeitsplatte
- 306
- Betriebsgerät
- 310
- Steuereinheit
- 311
- Leistungsübertragungsspule
- 312
- Stromerzeugungseinheit
- 314
- Leistungsempfangsspule
- 328
- Datenübertragungsspule
- 329
- Datenübertragungsspule
- 332
- Primärseitige Ausnehmung
- 333
- Primärseitiger Eisenkern
- 334
- Sekundärseitiger Eisenkern
- 335
- Sekundärseitige Ausnehmung
- 336
- Wicklungsebene
- 337
- Wicklungsebene
- 338
- Signalwindung
- 339
- Äußere Seitenwand
- 341
- Signalwindung
- 342
- Äußere Seitenwand
- VB
- Betriebsspannung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert 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
-
- DE 10343011 A1 [0002]
- DE 102005022352 A1 [0002]
- DE 102006017800 A1 [0002]
