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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum autorisierbaren Stromanschluss einer Stromquelle mit einem Verbraucher, insbesondere zum Schutz gegen eine unbefugte Nutzung durch einen Verbraucher, ein Verfahren zum autorisierbaren Stromanschluss einer Stromquelle mit einem Verbraucher und eine Steuereinrichtung zum autorisierbaren Stromanschluss einer Stromquelle mit einem Verbraucher.
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Heutzutage werden oftmals Steckdosen in öffentlichen Bereichen zur Verfügung gestellt, die beispielsweise von Reinigungskräften benutzt werden können. Auch im privaten Bereich gibt es Steckdosen im Garten, auf der Veranda oder in der Garage, die für den Anschluss elektrischer Geräte benutzt werden können. Sind diese Steckdosen ungeschützt, also der Zugang zu ihnen prinzipiell möglich, kann es zu Missbrauch führen und der Eigentümer der Steckdose muss für den Schaden aufkommen.
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Bisher wurden zum Schutz von frei zugänglichen Steckdosen mechanische Sicherungen in Form von Schlössern benutzt. Dies schützt jedoch nicht vor dem gewaltsamen Aufbrechen der Steckdose und dem Anschluss eines Verbrauchers, insbesondere dann, wenn die Steckdose nicht täglich überprüft wird.
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Eine weitere Schutzmöglichkeit besteht in der Abschaltung des Stromes an der spezifischen Steckdose, wenn kein Verbraucher dafür angemeldet oder angeschlossen ist. Diese Methode ist im privaten Bereich sicher wirksam, im kommerziellen Bereich führt dies jedoch zu organisatorischen Problemen.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Schutz gegen eine unbefugte Nutzung einer Stromquelle zu schaffen, der einfach und kostengünstig ist, und dabei dennoch einen sicheren Schutz vor einer unbefugten Nutzung bietet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein System, ein Verfahren und eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 4 und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße System zum autorisierbaren Stromanschluss einer Stromquelle mit einem Verbraucher über eine Steckverbindung, bei der durch Verbindung von mindestens zwei Steckkontakten eines Stecker mit dafür vorgesehenen Kontaktflächen einer Steckbuchse eine Stromverbindung aufbaubar ist, umfasst eine stromquellenseitige Steuereinrichtung und eine verbraucherseitige Identifizierungsseinrichtung. Nach einem Einstecken des Steckers in die Steckbuchse sendet die verbraucherseitige Identifizierungsseinrichtung mindestens ein Identifizierungssignal an die stromquellenseitige Steuereinrichtung. Die stromquellenseitige Steuereinrichtung identifiziert anhand des empfangenen Identifizierungssignals den Verbraucher und ermittelt einen zulässigen Einsteckzeitraum für den identifizierten Verbraucher. Eine Energieübertragung an den Verbraucher wird durch die stromquellenseitige Steuereinrichtung bei einem zulässigen Einsteckzeitpunkt freigegeben.
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Erfindungsgemäß wird überprüft, ob der Vorgang des physikalischen Ansteckens eines Stromverbrauchers, d.h. das Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung durch das mechanische Einführen eines Steckers in eine Steckbuchse, während eines zulässigen Ansteckzeitraums erfolgt. Ist das Anstecken in dem zulässigen Ansteckzeitraum erfolgt, wird die Stromabgabe auch über den zulässigen Ansteckzeitraum hinaus- freigegeben. Die Freigabe ist beispielsweise gültig bis zum Abziehen des Steckers bzw. bis zum Lösen der Steckverbindung, oder bis zu einem anderen vorgebbaren Abbruchkriterium, wie beispielsweise eine maximale Strommenge oder eine maximale Strombezugszeitdauer. Der Zeitraum des zulässigen Ansteckens kann kürzer festgelegt werden als die Dauer des zulässigen Strombezugs.
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Falls das Anstecken während eines nicht zugelassenen Ansteckzeitraums erfolgt, so erfolgt keine Stromabgabe oder in einer Variante eine eingeschränkte Stromabgabe. Weiterhin kann eine Alarmmeldung -beispielsweise über eine Hausalarmanlage- abgegeben werden
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In einer Variante endet ein zulässiger Ansteckzeitraum mit dem Anstecken eines Gerätes. Ein Abziehen und erneutes Anstecken ist nicht zulässig. In einer anderen Variante ist ein Wiederanstecken zulässig, aber nur desselben Gerätes.
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Ein Angreifer (Einbrecher, Stromdieb), der während eines nicht zulässigen Zeitraums einen Stromverbraucher ansteckt, erhält keinen oder nur eingeschränkt Strom. Eine zugängliche Außen-Steckdose muss nicht mechanisch verriegelt werden oder manuell geschaltet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum autorisierbaren Stromanschluss einer Stromquelle mit einem Verbraucher über eine Steckverbindung, bei der durch Verbindung von mindestens zwei Steckkontakten eines Stecker mit dafür vorgesehenen Kontaktflächen einer Steckbuchse eine Stromverbindung aufbaubar ist, umfasst die folgenden Schritte:
- – Senden eines Identifizierungssignals durch eine Identifizierungsseinrichtung des Verbrauchers zu einer Steuereinrichtung der Stromquelle nach einem Einstecken des Steckers in die Steckbuchse,
- – Identifizieren des Verbrauchers anhand des Identifizierungssignals durch die Steuereinrichtung,
- – Ermitteln eines zulässigen Einsteckzeitraums für den identifizierten Verbraucher durch die stromquellenseitige Steuereinrichtung,
- – Freigeben einer Energieübertragung an den Verbraucher durch die stromquellenseitige Steuereinrichtung bei einem zulässigen Einsteckzeitpunkt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung authentifiziert die stromquellenseitige Steuereinrichtung den Verbraucher. Die Energieübertragung an den Verbraucher wird durch die stromquellenseitige Steuereinrichtung bei einem zulässigen Einsteckzeitpunkt und einem authentifizierten Verbraucher freigegeben.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird neben der Prüfung, ob der Ansteckvorgang während eines zulässigen Zeitfensters erfolgt, zusätzlich mit einer Authentisierung überprüft, ob und zu welcher Menge/Dauer der Verbraucher zum Strombezug berechtigt ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der zulässige Einsteckzeitraum nach Datum und Uhrzeit vorgebbare Zeiträume.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der zulässige Einsteckzeitraum anhand von abfragbaren Zuständen eines Gebäudesicherungssystems ermittelt.
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In vorteilhafter Weise kann beispielsweise bei geöffnetem Garagentor, Haustür oder Terrassentür ein Anstecken zulässig sein, nicht jedoch, wenn sie verschlossen sind.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Verbraucher anhand seiner mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften identifiziert.
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In einer Variante wird ein physikalischer Fingerabdruck des Steckers erfasst (mechanische Abmessungen, Oberflächenbeschaffenheit, Kerben, ...). In einer weiteren Variante wird die Geräte-Stromverbrauchs-Charakteristik erfasst (Ausmessen Impulsantwort/Frequenzcharakteristik, komplexer Innenwiderstand). Das gleiche Gerät kann dann auf Basis von mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften des Gerätes bestimmt werden.
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Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung für eine Energieabgabe einer Stromquelle ist eingerichtet zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens und umfasst:
- – eine Kommunikationseinrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Identifizierungssignalen;
- – eine Kontrolleinrichtung zum Überprüfen eines Identifizierungssignals, eines Einsteckzeitraumes und eines Einsteckzeitpunktes,
- – eine Schalteinrichtung zum Freigeben und/oder Unterbrechen der Energieabgabe der Stromquelle.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems zum autorisierbaren Stromanschluss,
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2 eine schematische Darstellung eines Steckverbindungssystems zur Anwendung in dem erfindungsgemäßen System,
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3 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4 ein Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt ein mögliches Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems zum autorisierbaren Stromanschluss. Die 1 zeigt ein Einfamilienhaus 101 mit einer Außensteckdose 102 zum Laden eines Elektroautos 103. Die Außensteckdose 102 liefert nach einem Anstecken eines Stromverbrauchers, wie z.B. dem Elektroauto 103, nur dann Strom, wenn die Garagentür 104 offen ist. Damit ist zumindest sichergestellt, dass eine Person im Haus ist oder in Kürze wieder im Haus sein wird, wenn ein Verbraucher an der Außensteckdose angeschlossen ist. Mögliche Variationen sind in Abhängigkeit des verwendeten Stromverbrauchers und des Kriteriums möglich, mit dem festgestellt wird, ob eine Person anwesend ist. So kann das Freigabesignal einer Alarmanlage, eine offene Terrassentür, ein im Haus vorhandener Bewegungsmelder oder andere Methoden dafür genutzt werden, die Stromfreigabe zu autorisieren.
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Grundsätzlich soll jeder Ansteckvorgang während eines zulässigen Ansteckzeitraums erfolgen. In einer Variante erfolgt eine automatische Stromfreischaltung, wenn das Anstecken während eines zulässigen Ansteck-Zeitraums erfolgt. Falls das Anstecken nicht während eines zulässigen Ansteckzeitraums erfolgt, so erfolgt keine automatische Stromabgabe. Es kann jedoch durch eine explizite Autorisierung eine Stromabgabe freigeschaltet werden, beispielsweise durch Schalter im Innenraum oder durch Schlüsselschalter im Außenbereich.
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In einer weiteren Variante ist ein Wiederanstecken auch außerhalb eines zulässigen Ansteckzeitraums möglich. Dazu wird beim Anstecken während eines zulässigen Ansteck-Zeitraums eine Identifizierungsinformation des angesteckten Gerätes erfasst und gespeichert. Dabei kann es sich um eine digitale Geräte-ID handeln, die drahtlos oder drahtgebunden über die Stromleitung oder eine separate Datenleitung vom verbundenen Gerät an die Steuerungseinrichtung der Stromsteckdose übertragen wird.
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In einer anderen Variante wird das angesteckte Gerät bzw. der angesteckter Stecker anhand charakteristischer mechanischer Eigenschaften erkannt, beispielsweise Durchmesser und/oder Länge der Steckkontakte, Oberflächenbeschaffenheit und/oder geometrische Abmessungen des Steckers.
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In einer weiteren Variante werden charakteristische elektrische Eigenschaften des verbundenen Gerätes erfasst, beispielsweise (komplexer) Innenwiderstand, Impulsantwort und/oder Stromverbrauchscharakteristik.
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Diese Merkmale eines angesteckten Gerätes können auch kombiniert ausgewertet werden, um ein angestecktes Gerät zuverlässig zu erfassen.
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In einer weiteren Variante kann für ein wiedererkanntes Gerät außerdem ein Stromabgabe-Profil aktiviert werden, das entweder vordefiniert ist oder während der ersten Phase definiert wurde. Dies kann beispielsweise die Versorgungsspannung, maximale Stromstärke, maximale Strommenge und/oder die Stromabgabe-Charakteristik für das erkannte Gerät sein.
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Die 2 zeigt eine Außensteckdose 201, welche an einer Hauswand 202 installiert ist. Zudem ist ein Stecker 203 dargestellt, dessen Steckkontakte in die Kontaktöffnungen 204 der Außensteckdose 201 eingeführt sind.
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Weiterhin zeigt die 2 einen Schaltplan der Außensteckdose 201 samt Stromanschluss über eine Stromleitung 205. An den Kontaktöffnungen 204 ist ein Sensor 206 zur Bestimmung der Länge der Steckkontakte und ein Sensor 207 zur Bestimmung des Durchmessers der Steckkontakte angeordnet.
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In diesem Beispiel sind die Sensoren zur Ermittlung geometrischer Größen vorgesehen. Die Sensoren sind beispielsweise als parametrische (ohmsche, kapazitive, induktive), optische, akustische (Ultraschall) oder magnetische Sensoren ausgebildet.
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Der Sensor 207 kann den Durchmesser der Steckkontakte des Steckers 203 statisch oder dynamisch aufnehmen. Durch eine dynamische Aufnahme des Durchmessers wird ein Durchmesser Profil des Steckkontaktes ermittelt, bei dem beispielsweise der Durchmesser des Steckkontaktes in Richtung des Steckers zunimmt.
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Weiterhin zeigt die 2 eine Steuereinrichtung 208, welche über Signalleitungen 209 mit den Sensoren 206 und 207 verbunden ist. Zudem werden über die Steuereinrichtung 208 die Stromleiter zu den Kontaktöffnungen der Steckplätze geführt, so dass der Strom über die Steuereinrichtung 208 steuerbar ist.
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Über die Signalleitungen 209 werden die durch die Sensoren 206 und 207 ermittelten Informationen an die Steuereinrichtung 208 übermittelt. Die Steuereinrichtung 208 identifiziert den Verbraucher anhand der übermittelten Informationen über die mechanischen Eigenschaften. Hiernach ermittelt die Steuereinrichtung einen zulässigen Einsteckzeitraum und überprüft, ob der Einsteckzeitpunkt für den identifizierten Verbraucher zulässig ist. Bei einem zulässigen Einsteckzeitpunkt wird die Versorgungsspannung von dem Netzanschluss 205 auf die Kontaktöffnungen 204 der Außensteckdose freigeschaltet.
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Die 3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren wird nach dem Einführen des Steckers in die Steckbuchse gestartet, indem nach Detektion des Einsteckens beispielsweise ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung übermittelt wird. In einem ersten Schritt 301 werden die Identifizierungsinformationen des eingesteckten Verbrauchers durch die Steuereinrichtung ermittelt. In einem zweiten Schritt 302 ermittelt die Steuereinrichtung einen zulässigen Einsteckzeitraum und überprüft, ob der Einsteckzeitpunkt zulässig ist.
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Der zulässige Ansteckzeitraum kann auf unterschiedliche Art vorgegeben werden. Er kann feste Zeiten aufweisen (z.B. 8–16 Uhr, werktags). In einer anderen Variante kann es sich um einen Zeitraum nach erfolgreicher Durchführung einer Nutzer-Authentisierung handeln (z.B. mittels Benutzername/Passwort, mittels biometrischer Authentisierung oder mittels eines Security-Token). Das Anstecken soll dann beispielsweise innerhalb eines Zeitraums (z.B. 1 Minute) nach erfolgreicher Durchführung der Authentisierung erfolgen.
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Liegt der Einsteckzeitpunkt außerhalb eines zulässigen Einsteckzeitraumes, wird der Strom durch die Steuereinrichtung nicht freigegeben und das Verfahren beendet 303.
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Liegt der Einsteckzeitpunkt innerhalb des zulässigen Einsteckzeitraumes 304, wird in einem nächsten Schritt 305 der Strom durch die Steuereinrichtung freigegeben. Der Strom bleibt solange freigegeben, bis der Verbraucher abgesteckt wird 306. Anschließend wird die Stromfreigabe durch die Steuereinrichtung wieder gesperrt 307.
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Die 4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Wiedereinstecken des Steckers möglich, soweit das erste Einstecken während eines zulässigen Zeitraums erfolgte.
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Das Verfahren wird nach dem Einführen des Steckers in die Steckbuchse gestartet, indem nach Detektion des Einsteckens beispielsweise ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung übermittelt wird. In einem ersten Schritt 401 werden die Identifizierungsinformationen des eingesteckten Verbrauchers durch die Steuereinrichtung ermittelt. In einem zweiten Schritt 402 ermittelt die Steuereinrichtung einen zulässigen Einsteckzeitraum und überprüft, ob der Einsteckzeitpunkt zulässig ist.
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Liegt der Einsteckzeitpunkt außerhalb eines zulässigen Einsteckzeitraumes 403, wird in einem nächsten Schritt 405 geprüft, ob den ermittelten Identifizierungsinformationen durch die Steuereinrichtung gespeicherte Identifizierungsinformationen zugeordnet werden können. Sind keine gespeicherten Identifizierungsinformationen zuordenbar, wird der Strom durch die Steuereinrichtung nicht freigegeben und das Verfahren beendet 407.
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Können hingegen den ermittelten Identifizierungsinformationen gespeicherte Identifizierungsinformationen zugeordnet werden 406, wird der Strom durch die Steuereinrichtung freigegeben 409. Der Strom bleibt solange freigegeben, bis der Verbraucher abgesteckt wird 410. Anschließend wird die Stromfreigabe durch die Steuereinrichtung wieder gesperrt 411.
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Liegt der Einsteckzeitpunkt innerhalb des zulässigen Einsteckzeitraumes 404, werden in einem nächsten Schritt 408 die Identifizierungsinformationen des eingesteckten Verbrauchers durch die Steuereinrichtung gespeichert.
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Anschließend wird der Strom durch die Steuereinrichtung freigegeben 409. Der Strom bleibt solange freigegeben, bis der Verbraucher abgesteckt wird 410. Anschließend wird die Stromfreigabe durch die Steuereinrichtung wieder gesperrt 411.
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Ein wichtiger Aspekt dieses Ausführungsbeispieles ist, dass eine Geräte-Identifizierungsinformation für während eines zulässigen Ansteckzeitraums angesteckte Geräte erfasst und gespeichert wird. Bei einem Wiederanstecken desselben Gerätes während eines nicht zulässigen Ansteckzeitraums erfolgt eine Prüfung, ob das angesteckte Gerät bereits während eines zulässigen Ansteckzeitraums angesteckt wurde. Falls dies der Fall ist, wird die Stromabgabe freigeschaltet.
