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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft die Erfassung, Verarbeitung und Weiterleitung von Daten oder physikalischen Messgrößen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Datenerfassungsgerät, an das ein Sensor anschließbar ist, und die Konfiguration einer Schnittstelleneinheit zur Interaktion mit diesem Sensor.
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Hintergrund der Erfindung
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In der neueren Entwicklung werden immer häufiger Geräte und Einrichtungen derart ausgestaltet, dass sie an ein Datennetzwerk anschließbar sind und somit mit anderen Geräten oder Netzknoten Daten und Informationen austauschen können. Als Beispiel kann dabei das so genannte „Internet of Things“ genannt werden, bei denen eine Vielzahl verschiedener Geräte drahtgebunden oder drahtlos mit dem Internet verbindbar ist und so die Möglichkeit bietet, vor Ort generierte Daten und Informationen an eine zentrale Rechnereinheit, beispielsweise einen Cloudserver, weiterzuleiten und dort weiterzuverarbeiten. Umgekehrt kann es möglich sein, diese Geräte von einer zentralen Recheneinheit zu steuern und zu verwalten. Dies bietet weiterhin die Möglichkeit, Applikationen zur intelligenten Weiterverarbeitung dieser gewonnenen Daten zentral zu implementieren.
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Zur Gewinnung der Daten vor Ort werden häufig Datenerfassungsgeräte eingesetzt, die im allgemeinen Sprachgebrauch auch häufig unter dem dort sehr weit gefassten Begriff „Sensoren“ bekannt sind. Diese Datenerfassungsgeräte können dazu dienen, die jeweils zu erfassende physikalische Größe zu messen oder die relevanten Daten beispielsweise über Schnittstellen entgegenzunehmen. Hierzu wird beispielsweise eine analoge Messgröße durch ein solches Datenerfassungsgerät zur weiteren Verarbeitung in ein digitales Signal umgewandelt. Hierfür sind im Stand der Technik verschiedene Standards bekannt, beispielsweise I2C.
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Durch die steigende Zahl an verschiedenen Geräten und Anwendungen gibt es eine zunehmende Anzahl verschiedener Sensoren und entsprechender Hersteller. Der Begriff Sensor soll im Folgenden so verstanden werden, dass dieser die physikalische Messgröße erfasst und in ein elektrisches Sensorsignal umwandelt. Dieses Sensorsignal kann analog oder bereits digital vom Sensor zur Verfügung gestellt werden. Das Datenerfassungsgerät nimmt dann eine weitere Verarbeitung sowie eine Weiterleitung und Kommunikation mit einer Zentraleinheit vor. Aufgrund der wachsenden Zahl an Anwendungsmöglichkeiten und Herstellern kann sich die Problematik ergeben, dass in der Praxis ein einfaches Anschließen eines Sensors an ein Datenerfassungsgerät aufgrund einer notwendigen Konfiguration vergleichsweise zeit- und kostenaufwendig sein kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ausführungsformen der Erfindung können vorteilhaft eine funktionsfähige Anbindung eines Sensors an ein Datenerfassungsgerät vereinfachen und somit einen Zeitaufwand sowie Kostenaufwand einer Inbetriebnahme eines Datenerfassungsgerätes senken. Der weiter unten beschriebenen Erfindung liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde: Um ein funktionelles Zusammenspiel eines angeschlossenen Sensors mit einem Datenerfassungsgerät zu ermöglichen, bedarf es im Datenerfassungsgerät einer passenden Konfiguration. Diese Konfiguration kann beispielsweise in Form von Konfigurationsdaten hinterlegt sein, die bestimmte Parameter und Funktionen bezüglich eines bestimmten Sensors enthalten. In der Datenkommunikation werden häufig unter dem Begriff „Treiber“ ähnliche Funktionalitäten wie Konfigurationsdaten verstanden, wobei Sensorsignale eines angeschlossenen Sensors so umgewandelt oder übersetzt werden sollen, dass sie vom Datenerfassungsgerät weiterverarbeitet werden können. Je nach Art und Beschaffenheit des Sensors können diese Konfigurationsdaten verschieden sein.
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Daraus ergibt sich folglich die Notwendigkeit, für jeden angeschlossenen Sensor passende Konfigurationsdaten zur Verfügung zu stellen, um eine korrekte Funktion zu ermöglichen. Im Stand der Technik sind Lösungen bekannt, wobei diese Konfigurationsdaten zentral auf einer Zentraleinheit zur Verfügung gestellt werden oder individuell über ein Update der Gerätesoftware auf dem Datenerfassungsgerät implementiert werden. Aufgrund der Komplexität und der Vielzahl möglicher Sensoren kann es allerdings mitunter schwierig sein, die passenden Konfigurationsdaten für einen angeschlossenen Sensor zu identifizieren und danach auf dem Datenerfassungsgerät zur Verfügung zu stellen.
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Es wird daher ein Datenerfassungsgerät zur Erfassung, Verarbeitung und Weiterleitung von Messdaten vorgeschlagen, das eine Schnittstelleneinheit mit einer Speichereinheit zur Speicherung von Konfigurationsdaten der Schnittstelleneinheit aufweist. Weiterhin weist das Datenerfassungsgerät eine Verarbeitungseinheit auf, die ausgeführt ist, Steuerdaten mit der Schnittstelleneinheit auszutauschen sowie Messdaten und Konfigurationsdaten mit einer mit dem Datenerfassungsgerät verbindbaren Zentraleinheit auszutauschen. Mit anderen Worten kann die Verarbeitungseinheit eine Datenkommunikationsverbindung mit einer Zentraleinheit aufbauen. Die Konfigurationsdaten sind geeignet, die Schnittstelleneinheit derart zu konfigurieren, dass Sensorsignale eines an die Schnittstelleneinheit anschließbaren Sensors in Steuerdaten der Verarbeitungseinheit übersetzt werden und umgekehrt.
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Die Verarbeitungseinheit ist ausgestaltet, durch Steuerung der Schnittstelleneinheit über Steuerdaten bei einem an die Schnittstelleneinheit angeschlossenen Sensor sensorspezifische Konfigurationsdaten zu generieren und in der Speichereinheit der Schnittstelleneinheit zu speichern. Mit anderen Worten erfolgt eine automatische Erzeugung von Konfigurationsdaten durch das Datenerfassungsgerät für einen spezifischen, an das Datenerfassungsgerät angeschlossenen Sensor. Dabei sind in der Software und Hardware des Datenerfassungsgerätes die notwendigen Funktionen integriert, die zum einen definierte sensorspezifische Parameter abrufen und auf deren Basis die sensorspezifische Konfigurationsdaten erzeugen, die eine Interaktion zwischen Sensor und Verarbeitungseinheit erlauben.
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Als Vorteil kann eine Vereinfachung der Bereitstellung eines neuen, dem Datenerfassungsgerät noch unbekannten Sensors gesehen werden, da passende Konfigurationsdaten nicht mehr durch Identifizieren, Übertragen und Speichern zur Verfügung gestellt werden, sondern vom Datenerfassungsgerät selbst erzeugt werden können. Beispielsweise können Konfigurationsdaten Teil einer so genannten Firmware sein, die auf dem Datenerfassungsgerät gespeichert ist. Beispielsweise können Konfigurationsdaten Variablen, Parameter, Funktionen, Beschreibungen, Standards, Befehle und Ähnliches enthalten. Die Schnittstelleneinheit hat hier die Funktion, zwischen Sensorsignalen des Sensors und Steuerdaten der Verarbeitungseinheit zu übersetzen. Hierbei beeinflussen die Konfigurationsdaten die Art und Weise der Übersetzung. Anstelle der Speicherung der Konfigurationsdaten in der Speichereinheit der Schnittstelleneinheit kann eine Speicherung der Konfigurationsdaten auch in einer anderen Speichereinheit zusammen mit weiteren Daten oder der Firmware des Datenerfassungsgerätes gespeichert sein.
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Unter einer Schnittstelleneinheit ist beispielsweise ein elektronisches Interface zu verstehen, das mithilfe von Hardware und Software eine Datenkommunikation zwischen verschiedenen Datenformaten oder verschiedenen elektronischen Formaten erlaubt. Eine Verarbeitungseinheit kann beispielsweise eine Rechnereinheit, ein Mikrocontroller, ein Prozessor oder eine ähnliche intelligente Einrichtung zur Datenverarbeitung sein. Steuerdaten können einerseits von der Schnittstelleneinheit, aber auch von der Verarbeitungseinheit verarbeitet werden und so einen Austausch von Daten erlauben.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Verarbeitungseinheit ausgestaltet, die sensorspezifischen Konfigurationsdaten basierend auf von der Schnittstelleneinheit empfangenen Sensorsignalen zu generieren. Dies bedeutet, dass die Verarbeitungseinheit spezifische, vom Sensor ausgesendete Informationen bei der Erstellung der Konfigurationsdaten berücksichtigt. Vorteil kann hierbei sein, dass die erzeugten Konfigurationsdaten speziell auf den tatsächlich angeschlossenen Sensor passen und gegebenenfalls eine eindeutige Identifikation der Art oder des Typs des angeschlossenen Sensors stattfinden kann.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Verarbeitungseinheit ausgestaltet, die Schnittstelleneinheit so zu steuern, dass sie definierte Sensorsignale an einen angeschlossenen Sensor sendet, um dann die korrespondierenden Sensorsignale vom Sensor zu empfangen. Mit anderen Worten triggert die Verarbeitungseinheit über die Schnittstelleneinheit den Sensor, Antwortsignale auf einen Abfragebefehl der Schnittstelleneinheit mit bestimmten Informationen zurückzusenden. Dies kann beispielsweise erlauben, dass die Verarbeitungseinheit eine definierte Erkennungsroutine abarbeitet, um anhand verschiedener Antwortsignale vom Sensor dessen Identität, Art und Typ zu ermitteln, um daraus korrespondierende Konfigurationsdaten zu erzeugen.
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Gemäß einem Beispiel weist die Verarbeitungseinheit des Datenerfassungsgerätes eine Steuersoftware zum Generieren der definierten Steuersignale für den angeschlossenen Sensor auf. Beispielsweise kann diese Steuersoftware nach den Prinzipien künstlicher Intelligenz ausgeführt sein. In einem weiteren Beispiel ist die Verarbeitungseinheit ausgestaltet, die Steuersoftware über die Zentraleinheit und eine Datenschnittstelle über ein externes Datennetzwerk zu empfangen. Dies kann den Vorteil haben, dass intelligente Erkennungsroutinen zur Identifikation bestimmter angeschlossener Sensoren beispielsweise über das Internet auf die Verarbeitungseinheit geladen werden können.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Verarbeitungseinheit ausgestaltet, die Konfigurationsdaten unter Berücksichtigung von Referenzdaten zu generieren. Dies bedeutet, dass beispielsweise zum Eichen eines Messsensors bestimmte definierte Bedingungen unterstellt werden. Beispielsweise kann zur Kalibrierung eines Temperatursensors eine vorgegebene Temperatur von beispielsweise 20 °C angenommen werden, die als Referenzwert in der Verarbeitungseinheit hinterlegt ist. Entsprechend muss ein Anwender den zu kalibrierenden Sensor dieser Referenztemperatur während des Kalibrierungsprozesses aussetzen. In einer Ausführungsform sind diese Referenzdaten Temperaturdaten und/oder Druckdaten.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Verarbeitungseinheit ausgeführt, die generierten Konfigurationsdaten in einer zentralen Konfigurationsdatenbank der Zentraleinheit zu speichern. Vorteil kann hier sein, dass die einmal erzeugten sensorspezifischen Daten für einen bestimmten Sensor zur Verwendung mit weiteren Datenerfassungsgeräten in einem zentralen Datenbestand abgelegt werden und somit auch für Dritte oder weitere Anwendungsfälle verfügbar sind.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Verarbeitungseinheit ausgestaltet, abhängig von einem angeschlossenen Sensor sensorspezifische Konfigurationsdaten aus einer zentralen Konfigurationsdatenbank der Zentraleinheit auszulesen und in der Speichereinheit der Schnittstelleneinheit zu speichern. Dies kann den Vorteil haben, dass ein Datenerfassungsgerät vor der Generierung eigener Konfigurationsdaten eine Abfrage in der zentralen Konfigurationsdatenbank durchführt, um festzustellen, ob passende Konfigurationsdaten für einen unbekannten angeschlossenen Sensor bereits vorhanden sind. Ein Vorteil kann dabei weiterhin sein, dass zentral vorgehaltene Konfigurationsdaten erweiterte zusätzliche Funktionalitäten oder verbesserte Eigenschaften aufweisen können, im Vergleich zu automatisch generierten Konfigurationsdaten.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Datenerfassungsgerät an einer Vorrichtung zur Sterilisierung von Stoffen, Lebensmitteln oder Gegenständen angeordnet. Beispielsweise kann dies ein Autoklav oder eine ähnliche Sterilisierungsvorrichtung sein. Bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Datenerfassungsgerätes an einem Autoklaven können auf diese Weise ohne signifikanten Aufwand weitere Sensoren zur Überwachung bestimmter physikalischer Größen oder Prozessgrößen angeordnet werden. Dies kann insbesondere aufgrund der komplexen Abläufe in Laborumgebungen und der begrenzten IT-Kenntnisse des Personals vor Ort zu einer Vereinfachung und somit zu Senkung von Kosten und Aufwand führen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zur dezentralen Erfassung und zentralen Verarbeitung von Messdaten vorgeschlagen, dass ein Datenerfassungsgerät und eine Zentraleinheit mit einer Konfigurationsdatenbank aufweist. Die Zentraleinheit weist eine Datenschnittstelle auf, die ausgestaltet ist, Konfigurationsdaten zu empfangen und in der Konfigurationsdatenbank zu speichern. Mit anderen Worten können beispielsweise Hersteller von Sensoren ihre sensorspezifischen Konfigurationsdaten, also beispielsweise Treiberdateien, durch Zugriff auf die Konfigurationsdatenbank über die Datenschnittstelle an einer zentralen Stelle hinterlegen und so für eine Vielzahl von Datenerfassungsgeräten verfügbar machen. In einem Beispiel weist die Zentraleinheit weiterhin eine Abrechnungseinheit auf, die derart ausgestaltet ist, dass bestimmte Aktionen in Bezug auf bestimmte Konfigurationsdaten mit einer Preisinformation versehen sind und als Zahlungsinformationen oder Abrechnungsinformationen beispielsweise im Rahmen einer Billingfunktionalität bzw. eines Billingsystems verwendet werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Zentraleinheit ausgestaltet Konfigurationsdaten aus der Konfigurationsdatenbank zu lesen und an die Datenerfassungsgeräte zu übertragen. Beispielsweise kann dies in Fällen von Vorteil sein, in denen eine neue Version von Konfigurationsdaten zur Verfügung gestellt wird und diese vorteilhaft und zentral initiiert an die relevanten Datenverarbeitungsgeräte übertragen werden und dort die Konfigurationsdaten, beispielsweise als Teil der Firmware, aktualisiert werden.
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Es ist zu verstehen, dass Merkmale des Verfahrens so wie obenstehend und untenstehend beschrieben auch Merkmale der Steuerung oder des Fahrzeugsystems sein können und umgekehrt.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Weder die Beschreibung noch die Figuren sollen als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Datenerfassungsgerät mit einer Schnittstelleneinheit und einer Verarbeitungseinheit sowie einem Sensor.
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes System zur dezentralen Erfassung und zentralen Verarbeitung von Messdaten mit einer zentralen Konfigurationsdatenbank.
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Die Zeichnungen sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Grundsätzlich sind identische oder ähnliche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt ein Datenerfassungsgerät 10 gemäß der Erfindung in vereinfachter schematischer Darstellung. Das Datenerfassungsgerät 10 weist eine Schnittstelleneinheit 12 mit einer Speichereinheit 14 auf. Diese Speichereinheit 14 ist eingerichtet, Konfigurationsdaten 16 zu speichern. Diese Konfigurationsdaten 16 dienen dazu, die Schnittstelleneinheit 12 in einer Weise zu konfigurieren, dass Sensorsignale 18 eines an die Schnittstelleneinheit anschließbaren Sensors 20 in Steuerdaten 22 einer Verarbeitungseinheit 24 übersetzt werden und umgekehrt. Ein Sensor 20 kann dabei beispielsweise als ein Messfühler für bestimmte physikalische Größen wie beispielsweise Temperatur oder Druck oder auch als universelles Eingabe- oder Erfassungsgerät für Daten allgemein angesehen werden.
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Die Verarbeitungseinheit 24 ist derart ausgeführt, dass sie Messdaten 26 generiert und mit einer Zentraleinheit 30 (siehe 2) austauschen kann. Die Verbindung zwischen dem Sensor 20 und der Schnittstelleneinheit 12 ist gestrichelt dargestellt, um zu verdeutlichen, dass eine Vielzahl verschiedener Sensoren 20 an die Schnittstelleneinheit 12 anschließbar ist. Die Konfigurationsdaten 16 können beispielsweise als Treiberdaten verstanden werden, die sensorspezifisch eine Datenkommunikation zwischen der Verarbeitungseinheit 24 und dem Sensor 20 über die Schnittstelleneinheit 12 erlauben.
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In einem Beispiel kann die hier direkt dargestellte Verbindung zwischen der Speichereinheit 14 und der Schnittstelleneinheit 12 auch indirekt über die Verarbeitungseinheit 24 stattfinden, indem die Speichereinheit 14 mit der Verarbeitungseinheit 24 kommuniziert bzw. verbunden ist. In einem Beispiel ist die Speichereinheit 14 Teil eines Gesamtspeichers (nicht dargestellt) im Datenerfassungsgerät 10. Diese kann beispielsweise als sogenannter Flash-Speicher eingerichtet sein. Die Verarbeitungseinheit 24 ist eingerichtet, auf Basis von Sensorsignalen 18 Konfigurationsdaten 16 zu generieren und in der Speichereinheit 14 abzulegen. Dabei kann dies derart erfolgen, dass die Verarbeitungseinheit 24 die Schnittstelleneinheit 12 derart steuert, dass diese bestimmte, vordefinierte Sensorsignale 18 an den Sensor 20 sendet. Dabei kann eine Identifizierung des Sensors 20 anhand einer im Sensor 20 hinterlegten Typenbezeichnung erfolgen oder auch die Ermittlung bestimmter Kenngrößen oder Betriebswerte des Sensors 20.
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2 zeigt ein System 40 zur dezentralen Erfassung und zentralen Verarbeitung von Messdaten 26 gemäß der Erfindung mit einem Datenerfassungsgerät 10, an das ein Sensor 20 anschließbar ist. Zur besseren Übersicht ist das Datenerfassungsgerät 10 an dieser Stelle lediglich als Gesamteinheit dargestellt. Für Details wird auf 1 verwiesen. Das Datenerfassungsgerät 10 ist mit einer Zentraleinheit 30 verbunden, wobei über eine Datenkommunikationsverbindung Messdaten 26 sowie Konfigurationsdaten 16 ausgetauscht werden. Im dargestellten Beispiel ist weiterhin eine zentrale Verarbeitungseinheit 32 gezeigt, die mit einer zentralen Konfigurationsdatenbank 34 verbunden ist. In dieser zentralen Konfigurationsdatenbank 34 können eine Vielzahl verschiedener sensorspezifischer Konfigurationsdaten 16 für verschiedene Sensoren 20 hinterlegt sein.
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Weiterhin ist eine Datenschnittstelle 36 gezeigt, die mit der zentralen Verarbeitungseinheit 32 verbunden ist. Diese Datenschnittstelle 36 ist ausgeführt, Konfigurationsdaten 16 von einer mit der Zentraleinheit verbindbaren Datenquelle (nicht dargestellt) zu empfangen bzw. auszutauschen und die empfangenen Konfigurationsdaten 16 in der zentralen Konfigurationsdatenbank 34 zu speichern. Diese externe Datenquelle kann beispielsweise ein über ein Netzwerk angebundener Computer oder anderer Datenspeicher sein. Beispielsweise kann dies die Datenbank eines Sensorherstellers sein, der auf diese Weise aktualisierte Konfigurationsdaten an die zentrale Konfigurationsdatenbank 34 überträgt. Das Datenerfassungsgerät 10 kann über seine Verarbeitungseinheit 12 (siehe 2) sensorspezifische Konfigurationsdaten 16 aus der zentralen Konfigurationsdatenbank 34 auslesen und in der Speichereinheit 14 (siehe 2) der Schnittstelleneinheit 12 speichern. In einem weiteren Beispiel ist die Verarbeitungseinheit 24 des Datenerfassungsgerätes 10 ausgeführt, die generierten Konfigurationsdaten 16 über die Datenkommunikationsverbindung zur Zentraleinheit 30 zu übertragen und in der zentralen Konfigurationsdatenbank 34 zu speichern.
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Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
