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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter.
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Solche elektrischen Schalter dienen zum Ein- und/oder Ausschalten von elektrischen Geräten und/oder Anlagen durch eine manuelle Betätigung eines Benutzers. Insbesondere werden diese Schalter beispielsweise in der Hausgeräteindustrie für Haushaltsgeräte, wie Kaffeemaschinen, Staubsauger o. dgl., für Geräte in der Unterhaltungsindustrie etc. eingesetzt.
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Ein derartiger elektrischer Schalter besitzt ein Kontaktsystem. Mit dem Kontaktsystem wirkt ein bewegliches Betätigungsorgan zum Umschalten des Kontaktsystems zwischen zwei Schaltstellungen, nämlich einer Ausschalt-Stellung und einer Einschalt-Stellung, zusammen. Das Betätigungsorgan wird manuell vom Benutzer zum Umschalten bewegt.
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Nachteilig bei dem bekannten Schalter ist, dass das Umschalten ohne jegliche Überprüfung der Berechtigung des Benutzers ermöglicht ist. Geht von den Geräten, bei denen der Schalter eingesetzt ist, bei unbeaufsichtigtem Betrieb eine Gefahr aus, so ist weiterhin nachteilig, dass keine Verhinderung des Betriebs bei Abwesenheit des Benutzers gewährleistet ist. Außerdem ist die Energieeffizienz für das Gerät nicht optimal, da dessen Betrieb auch während der Abwesenheit des Benutzers erfolgen kann. Schließlich mangelt es dem Schalter aufgrund der lediglich manuellen Bedienbarkeit auch an Komfort.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schalter derart weiter zu entwickeln, dass eine von der Anwesenheit berechtigter Personen abhängige Funktion der mit diesem Schalter versehenen elektrischen Geräte und/oder Anlagen ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen elektrischen Schalter durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Beim erfindungsgemäßen elektrischen Schalter ist ein ansteuerbarer Aktor vorgesehen. Der Aktor steht mit dem Kontaktsystem in Wirkverbindung, derart dass bei Ansteuerung des Aktors das Kontaktsystem aus wenigstens einer der Schaltstellungen in die andere Schaltstellung geschaltet wird. Weiter ist eine einen Sender und/oder Empfänger aufweisende Elektronik zur Kommunikation mit einem externen Identifikations(ID)-Geber vorgesehen, derart dass bei berechtigtem Identifikations(ID)-Geber der Aktor von der Elektronik zum Schalten des Kontaktsystems ansteuerbar ist. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In weiterer Ausgestaltung kann der Aktor unmittelbar mit dem Kontaktsystem in Wirkverbindung stehen, und damit direkt auf das Kontaktsystem zu dessen Schalten einwirken. Der Aktor kann auch mittelbar mit dem Kontaktsystem in Wirkverbindung stehen, und damit indirekt auf das Kontaktsystem einwirken. Insbesondere kann hierzu der Aktor mit dem Betätigungsorgan zusammenwirken, wobei dann wiederum das Kontaktsystem vom Betätigungsorgan geschaltet wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist das Kontaktsystem bei Annäherung des Identifikations-Gebers an den Schalter in die Einschalt-Stellung schaltbar. Somit genügt bereits die Annäherung des berechtigten ID-Gebers, um den Schalter und damit das zugehörige Elektrogerät automatisch einzuschalten. Zweckmäßigerweise kann das Einschalten bei Eintritt des ID-Gebers in einen den Schalter umgebenden Wirkbereich erfolgen. Ebenso kann der Schalter durch einen Befehl des Identifikations-Gebers in die Einschalt-Stellung schaltbar sein. Der Benutzer kann dann das Einschalten des Elektrogeräts bereits aus der Ferne auslösen.
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In wiederum einer weiteren Ausgestaltung ist das Kontaktsystem bei Entfernung des Identifikations-Gebers vom Schalter in die Ausschalt-Stellung schaltbar. Somit genügt bereits das Entfernen des berechtigten ID-Gebers, um den Schalter und damit das zugehörige Elektrogerät automatisch auszuschalten. Zweckmäßigerweise kann das Ausschalten bei Verlassen des ID-Gebers aus einen den Schalter umgebenden Wirkbereich erfolgen. Ebenso kann der Schalter durch einen Befehl des Identifikation-Gebers in die Ausschalt-Stellung schaltbar sein. Der Benutzer kann dann das Ausschalten des Elektrogeräts noch in der Ferne auslösen. Das Ausschalten kann falls gewünscht nach einer Verzögerungszeit erfolgen, um so einen begonnenen Vorgang des Elektrogeräts noch fertigstellen zu können.
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In betriebssicherer Weise bietet es sich an, dass der Identifikations-Geber mittels elektromagnetischer Wellen mit der Elektronik kommuniziert. Bei dieser Kommunikation kann die Übertragung eines Codes für die Berechtigung des Identifikations-Gebers erfolgen. In zweckmäßiger Ausgestaltung handelt es sich bei dem Identifikations-Geber um einen elektronischen Schlüssel, eine Chipkarte, ein Smart-Phone oder einen sonstigen ID-Geber. In kostengünstiger Art kann es sich bei dem Aktor um einen elektromagnetisch arbeitenden Aktor, beispielsweise um einen Elektromagneten, handeln. In üblicher Art und Weise kann der Schalter ein Gehäuse aufweisen. Zweckmäßigerweise sind dann der Aktor sowie die Elektronik geschützt vor äußeren Einflüssen im Gehäuse angeordnet.
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Für eine besonders bevorzugte Ausgestaltung, bei der ein intelligenter Hauptschalter bzw. Remote-Schalter für die anwesenheitsabhängige Funktion elektrischer Geräte und/oder Anlagen (”Presence Depending Funktion of Electrical Devices”) geschaffen ist, ist nachfolgendes festzustellen.
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Der intelligente Hauptschalter besteht aus einer Kombination der Funktionalität eines Economic(ECO)-Schalters, der eine Auto-Off-Funktionalität zeitabhängig und/oder eine Remote-Off-Funktionalität abhängig von der Anwesenheit eines ID-Gebers aufweist, mit der aus dem Kraftfahrzeugbereich an sich bekannten Keyless-Funktionalität.
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Der intelligente elektrische Hauptschalter ist auf der Basis des ECO-Schalters zusätzlich mit einer Sende- und/oder Empfangselektronik entsprechend der Keyless-Go-Technik ausgestattet und kommuniziert bei Annäherung mit den berechtigten ID-Gebern. Das elektrische Gerät lässt sich so bei Anwesenheit wenigstens einer der berechtigten ID-Geber, gegebenenfalls automatisch, anschalten und bei Verlassen des Raums bzw. des Funkbereichs automatisch, gegebenenfalls mit einer entsprechend einstellbaren Verzögerung, in den Standby-Modus schalten und/oder Aus-Schalten.
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Der intelligente Hauptschalter lässt sich in einen Programmiermodus versetzen, in dem man ihn mit mehreren frei verwendbaren ID-Gebern verknüpfen kann, die dann alle unabhängig voneinander mit dem Gerät funktionieren. Die jeweilige Reaktion auf die Anwesenheit bzw. das Verlassen des Funkbereichs ist anhand der Gerätefunktion bzw. der Geräteelektronik festzulegen. Gegebenenfalls kann auch die Verzögerungs- und/oder Reaktionszeit des Hauptschalters in diesen direkt programmierbar sein. Somit kann der Endanwender, auch ohne Nutzung der Geräteelektronik, die Programmierung vornehmen.
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Bei Annäherung eines berechtigten ID-Gebers weckt der intelligente Hauptschalter das elektrische Gerät aus dem Sleep-Modus. Im Sleep-Modus kann eine vollständige Trennung vom Netz vorgenommen sein. Gegebenenfalls kann dann ein Akku-Betrieb des Remote-Schalters vorgesehen sein. Anschließend bewirkt die Annäherung des ID-Gebers, dass das elektrische Gerät entweder in den funktionsbereiten Zustand versetzt wird oder direkt die entsprechende Funktion durchführt.
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Die Position des ID-Gebers ist relevant neben der Information und/oder Anwesenheit, d. h. insbesondere werden das Annähern bzw. das Entfernen des ID-Gebers an das bzw. von dem Gerät erkannt und ausgewertet. Hierzu wird ein bestimmter Entfernungsbereich durch das den intelligenten Hauptschalter umfassende Modul im elektrischen Gerät überwacht, beispielsweise durch das Senden zyklischer Weckbotschaften und/oder Abgrenzungsfelder entsprechend der Keyless-Go-Funktionalität. Diese Positionsinformationen haben neben der Berechtigung zur Bedienung auch direkt Einfluss auf die Gerätefunktion, insbesondere durch automatisches Ein- bzw. Ausschalten des elektrischen Gerätes bei Annähern bzw. Entfernen. Gegebenenfalls kann dies auch zeitabhängig, zeitverzögert und/oder funktionsablaufabhängig erfolgen. Beispielsweise wird bei einer Kaffeemaschine der Kaffee fertig gebrüht, bei einer Waschmaschine wird die Wäsche fertig gewaschen oder bei einem Herd wird der Kuchen fertiggebacken nach dem Entfernen des ID-Gebers. Erst danach geht das jeweilige elektrische Gerät vom Netz. Mit dem Entfernen des ID-Gebers wird abhängig von den vorgenannten Funktionen und gegebenenfalls zeitverzögert eine vollständige Netztrennung wie bei einem ECO-Switch durchgeführt. Mit dem Annähern des ID-Gebers wird die Netzverbindung automatisch hergestellt und somit das Gerät in einen betriebsbereiten Zustand gesetzt. Hierzu kann entweder nur die Netzverbindung hergestellt oder das Gerät in den Stand-By-Modus gesetzt oder das Gerät automatisch in Betrieb genommen werden je nach Gerät und/oder Anwendung. Weiterhin ist das Inbetriebnehmen bzw. das Ausschalten des Gerätes auch vom ID-Geber aus direkt per Funksignal möglich, und zwar unabhängig von der Position bzw. einer Positionsänderung des ID-Gebers soweit dieser sich innerhalb der Funkreichweite befindet.
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Die technische Ausbildung sowie Funktionsweise der bevorzugten Ausgestaltung soll nachfolgend noch näher erläutert werden.
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Das Gerätemodul ”intelligenter Hauptschalter” (IHS) ist ein selbständiges Modul innerhalb eines elektrischen Gerätes und kommuniziert beispielsweise über einen CAN-Bus mit der übergeordneten Geräte-Steuerung. Das IHS enthält die für die Langwellenortung zuständigen Komponenten, nämlich einen Antennentreiber und einen HF-Empfänger. Die ID-Geber enthalten die für den Langwellenempfang erforderliche Elektronik, nämlich einen Funksender, sowie gegebenenfalls eine Tastatur mit mehreren Tasten und einen Energiespeicher. Bei dem Energiespeicher kann es sich beispielsweise um eine Batterie, einen Akku, einen Kondensator o. dgl. handeln. Es können mehrere ID-Geber angelernt und parallel an einem IHS betrieben werden. Über das IHS sind Reichweiten für die Funkverbindung sowie für die Weck- und/oder Abgrenzungsfelder einstellbar, und zwar in Abhängigkeit von Funktionaliätsanforderungen und innerhalb der physikalischen Grenzen. Das IHS ist in der Art eines ECO-Schalters, eines AutoOFF-Schalters, eines RemoteOFF-Schalters o. dgl. in der Lage, das elektrische Gerät komplett galvanisch vom Netz zu trennen und/oder die Verbindung zum Netz selbständig herzustellen. Das IHS sendet zyklich Weckbotschaften und/oder Abgrenzungsfelder, deren Reichweiten und/oder Zykluszeiten über den CAN-Bus programmierbar sind, um die Annäherung und/oder Entfernung des ID-Gebers detektieren zu können.
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Die IHS-Keyless-Funktionalität ist ansonsten analog zu den Keyless-Anwendungen bzw. Keyless-Konzepten im Automobil-Bereich.
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Erkennung:
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Wird ein gültiger ID-Geber im Bereich des Weckfeldes erkannt, so wird eine entsprechende Botschaft auf dem CAN-Bus gesendet und das Gerät mit dem Stromnetz verbunden. Das Gerät wird also in Betriebsbereitschaft bzw. in den Stand-By-Modus versetzt und/oder es erfolgt dessen EIN-Schalten. Desweiteren werden Funkbotschaften durch Tastendruck von dem ID-Geber zusätzlich ausgewertet und als CAN-Botschaft gesendet. Je nach Funkbotschaft wird dann das Gerät EIN- oder AUS-geschaltet.
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Annäherung und/oder Entfernung:
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Wird ein ID-Geber erkannt, so wird in den Tracking Modus gewechselt. Hierbei werden in schneller Reihenfolge Weck- und/oder Abgrenzungsfelder in unterschiedlichen Stärken gesendet. Wechselt der ID-Geber seine Position zwischen den verschiedenen Abgrenzungsfeldern, so liegt eine Annäherung oder eine Entfernung vor und es wird eine entsprechende Botschaft auf den CAN-Bus gelegt. Bei Annäherung wird das Gerät mit dem Netz verbunden. Bei Entfernung wird das Gerät galvanisch vom Netz getrennt oder diese Trennung funktionsabhängig sowie gegebenenfalls zeitverzögert vorbereitet. Desweiteren wird eine Funkbotschaft über Tastendruck von dem ID-Geber zusätzlich ausgewertet und als CAN-Botschaft gesendet. Je nach Funkbotschaft wird dann das Gerät EIN- oder AUS-geschaltet.
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Anlernen:
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Das IHS kann neue ID-Geber anlernen, indem es in den Anlernmodus versetzt wird. In diesem Zustand wird eine verschlüsselte Funkbotschaft vom ID-Geber erwartet und dieser als neuer bzw. zusätzlicher gültiger ID-Geber übernommen.
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ID-Geber:
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Der ID-Geber kann durch eine LF(Low Frequency)-Botschaft und/oder einen Tastendruck geweckt werden. Nach dem Aufwecken sendet er eine verschlüsselte Botschaft sowie gegebenenfalls Funktionszustände, beispielsweise den Batteriezustand, an das IHS. Die Ausgestaltung des ID-Gebers entspricht den Anforderungen aus dem Keyless-Go-Bereich für Automobile, und zwar im Hinblick auf die Lebensdauer der Batterie, die IP67-Schutzklasse und/oder die Funkreichweite, die gegebenenfalls Geräte- und/oder Funktionsabhängig ist.
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Geräte- bzw. Anwendungsabhängiges Sicherheitsfeature:
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Weiterhin lässt sich mit dem erfindungsgemäßen System eine ”Lebend-Erkennung” realisieren. Und zwar in der Art, dass beispielsweise der ID-Geber für einen Elektroherd innerhalb der Abgrenzungsfelder seine Position während des Gerätebetriebes innerhalb eines bestimmten Zeitraumes ändern muss, wie es bei einem Kochvorgang in der Küche zu erwarten ist. Die Funktion des elektrischen Gerätes ist dann nur solange gegeben, solange solche Positionsänderungen des ID-Gebers erfolgen, ansonsten wird die Abschaltung durchgeführt. Die Abschaltung kann gegebenenfalls zeitverzögert erfolgen. Die Abschaltung wiederum ist Geräte- und/oder Funktionsabhängig. Beispielsweise ist die Abschaltung bei Nichterfolgen von Positionsänderungen, wie beschrieben, sinnvoll bei einem Herd. Bei einem Fernseher dagegen ist eine solche Abschaltung eher nicht sinnvoll. So kann mit Hilfe dieser Funktionalität vermieden werden, dass der ID-Geber lediglich neben das betreffende Gerät abgelegt wird, oder dass der Benutzer gegebenenfalls nicht mehr am Leben ist. In diesen beiden Fällen erfolgt keine Positionsänderung des ID-Gebers mehr.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine höhere Sicherheit beim Betrieb elektrischer Geräte und/oder Anlagen, beispielsweise vor einem Brand, erreicht ist. Wird der erfindungsgemäße elektrische Schalter beispielsweise in einem Elektroherd eingesetzt, so lässt sich der elektrische Herd ohne Anwesenheit des berechtigten ID-Gebers, wobei beispielsweise Träger des ID-Gebers die Mutter ist, von dem allein im Raum befindlichen Kind gar nicht erst einschalten. Wird der Herd eingeschaltet bei Anwesenheit des berechtigten ID-Gebers und dieser verlässt daraufhin den Funkbereich, so wird der Herd nach spätestens einer bestimmten Zeit, beispielsweise von 1 Stunde, automatisch ausgeschaltet. Der Zeitablauf bestimmt sich ab dem letzten Kontakt mit dem ID-Geber. Somit muss man sich bei Verlassen des Hauses keine Gedanken machen, ob der Herd wirklich ausgeschaltet ist. Andererseits ist es durch geeignete Wahl der Zeitverzögerung möglich, beispielsweise einen Kuchen noch 45 Minuten lang fertigbacken zu lassen, ohne dass die Anwesenheit des ID-Gebers erforderlich ist. Entsprechendes gilt z. B. für die Kaffeemaschine o. dgl. oder auch für Fertigungsanlagen.
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Weitere mit der Erfindung erzielte Vorteile bestehen darin, dass die Schonung von Ressourcen, das Sparen von Energie und/oder die Steigerung des Komforts erreicht werden. Beispielsweise geht eine Klimaanlage nur in Betrieb solange berechtigte ID-Geber im Raum sind. Die Klimaanlage schaltet sich automatisch aus, sobald die ID-Geber den Funkbereich verlassen. Ein Fernseher schaltet sich beispielsweise bei Verlassen des ID-Gebers nach einer bestimmten Zeitverzögerung komplett aus. Dabei erfolgt eine vollständige galvanische Trennung vom Netz. Für eine gewisse Zeit hingegen, um beispielsweise für 5 Minuten zum Kühlschrank zu gehen, bleibt der Fernseher jedoch eingeschaltet. Beispielsweise geht der Fernseher nach 5 Minuten in den Standby-Modus sowie nach 30 Minuten erfolgt dann die galvanische Trennung vom Netz.
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Gleichermaßen kann man mit der kompletten Raumbeleuchtung, mit der Temperaturregelung am Raumthermostat o. dgl. vorgehen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen Weiterbildungen und Ausgestaltungen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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1 einen elektrischen Schalter mit zugehörigem ID-Geber in schematischer Darstellung,
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2 ein Blockdiagramm zum Zusammenwirken des elektrischen Schalters mit einem Elektrogerät und
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3 ein Blockdiagramm zur näheren Funktionsweise des elektrischen Schalters.
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In 1 ist elektrischer Schalter 1 in der Art einer Black Box zu sehen, der in Anwesenheit eines berechtigten Identifikations(ID)-Gebers 2 schaltbar ist. Hierzu kommuniziert der elektrische Schalter 1 mit dem ID-Geber 2 mittels entsprechender Signale, die von elektromagnetischen Wellen 3 berührungslos übertragen werden. Der ID-Geber 2 ist vorliegend in der Art eines elektronischen Schlüssels ausgestaltet. Jedoch kann es sich bei dem ID-Geber 2 auch um eine Chipkarte, ein Smart-Phone 9 (siehe 3) o. dgl. handeln. Das Smart-Phone 9 kann auch über ein weiteres ID-Modul 10, das zur Vergabe der Berechtigung mit dem Internet in Verbindung steht, kommunizieren.
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Wie näher in 2 gezeigt ist, weist der elektrische Schalter 1 ein Kontaktsystem 4 sowie ein bewegliches Betätigungsorgan 5 zum Umschalten des Kontaktsystems 4 zwischen zwei Schaltstellungen auf. Und zwar ist das Kontaktsystem 4 zwischen einer Einschalt- sowie einer Ausschalt-Stellung umschaltbar. Desweiteren besitzt der Schalter 1 einen ansteuerbaren Aktor 6, der mittelbar über das Betätigungsorgan 5 mit dem Kontaktsystem 4 und/oder unmittelbar mit dem Kontaktsystem 4 in Wirkverbindung steht, derart dass bei Ansteuerung des Aktors 6 das Kontaktsystem 4 in die andere Schaltstellung geschaltet wird. Wie weiter anhand von 3 zu sehen ist, umfasst der Schalter 1 eine einen Sender und/oder Empfänger aufweisende Elektronik 7 zur Kommunikation mit dem externen ID-Geber 2 mittels elektromagnetischer Wellen 3, derart dass bei berechtigtem ID-Geber 2 der Aktor 6 von der Elektronik 7 zum Schalten des Kontaktsystems 4 angesteuert werden kann. Zur Feststellung der Berechtigung des ID-Gebers 2 wird ein Code zwischen dem ID-Geber 2 und der Elektronik 7 übertragen.
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Vorliegend ist das Kontaktsystem 4 bei Annäherung des ID-Gebers 2 an den Schalter 1 und/oder durch einen Befehl des ID-Gebers 2 mittels Funkwellen in die Einschalt-Stellung schaltbar. Das Kontaktsystem 4 ist bei Entfernung des ID-Gebers 2 vom Schalter 1 und/oder durch einen Befehl des ID-Gebers 2 in die Ausschalt-Stellung schaltbar. Das Ein- sowie Ausschalten bewirkt ein selbständiges Herstellen und Trennen einer galvanischen Verbindung zum Netz. Gegebenenfalls kann das Ausschalten des Kontaktsystems 4 nach einer Verzögerungszeit erfolgen. Zum Einschalten bei Annäherung kann der Eintritt des ID-Gebers 2 in einen den Schalter 1 umgebenden Wirkbereich sowie zum Ausschalten bei Entfernung das Verlassen des ID-Gebers 2 aus einen den Schalter 1 umgebenden Wirkbereich herangezogen werden. Die Größe des Wirkbereichs lässt sich anhand der jeweiligen Funktionalität des Schalters 1 in zweckmäßiger Weise festlegen.
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Bei dem Aktor 6 kann es sich gemäß 2 um einen elektromagnetisch arbeitenden Aktor handeln. Der Schalter 1 weist weiterhin ein Gehäuse 8 auf. Der Aktor 6 sowie die Elektronik 7 sind gemäß 2 und 3 im Gehäuse 8 angeordnet. Der Schalter 1 ist Bestandteil eines elektrischen Gerätes 11 und/oder einer Anlage, wobei die Last 12 im Gerät 11 vom Schalter 1 wie beschrieben geschaltet wird.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfasst vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann ein derartiger elektrischer Schalter 1 in beliebigen Elektrogeräten, bei denen ein berechtigtes Umschalten ermöglicht sein soll, insbesondere bei Hausgeräten, Gartengeräten, Elektrowerkzeugen o. dgl. Verwendung finden. Beispielsweise kann der Schalter in Geräten der Unterhaltungselektronik, in Haushaltsgroß- sowie -kleingeräten, in haustechnischen Anlagen, wie Heizung, Lüftung, Klima etc., und auch in fertigungstechnischen Anlagen, Maschinen o. dgl. eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- (elektrischer) Schalter
- 2
- Identifikations-Geber/ID-Geber
- 3
- elektromagnetische Welle
- 4
- Kontaktsystem
- 5
- Betätigungsorgan
- 6
- Aktor
- 7
- Elektronik
- 8
- Gehäuse
- 9
- Smart Phone
- 10
- ID-Modul
- 11
- (elektrisches) Gerät
- 12
- Last
