DE102019135631A1

DE102019135631A1 - System zur Bereitstellung von Kleinspannungs-Gleichstrom und von elektronischen Daten und Verfahren

Info

Publication number: DE102019135631A1
Application number: DE102019135631.8A
Authority: DE
Inventors: Wulfdieter Bauerfeld
Original assignee: Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Berlin
Current assignee: Hochschule fuer Technik und Wirtschaft Berlin
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-06-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Bereitstellung von Kleinspannungs-Gleichstrom und zur Übertragung elektronischer Daten, mit einer Profilleiste (10) mit einem Trägerelement, mindestens einer Stromleiterbahn, mindestens einer Datenleiterbahn und einem Isolationselement zur elektrischen Isolation der Stromleiterbahn und der Datenleiterbahn und mindestens einem Adapter (11), welcher eingerichtet ist, mit der Profilleiste (10) gekoppelt zu werden, sodass über die Stromleiterbahn Gleichstrom übertragbar ist und über die Datenleiterbahn Daten übertragbar sind, wobei der Adapter (11) derart koppelbar ist, dass der Adapter (11) entlang der Längsrichtung der Profilleiste (10) beweglich ist und senkrecht zur Längsrichtung an der Profilleiste (10) lösbar fixiert ist und mindestens eine Schnittstelle aufweist, welche eingerichtet ist, eine Verbindung zur Übertragung des Gleichstroms und/oder der Daten zu mindestens einem elektrischen Gerät (18) bereitzustellen. Des Weiteren ist ein Verfahren zur Herstellung eines Systems zur Bereitstellung von Kleinspannungs-Gleichstrom und zur Übertragung elektronischer Daten offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Bereitstellung von Kleinspannungs-Gleichstrom und von elektronischen Daten sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Systems zur Bereitstellung von Kleinspannungs-Gleichstrom und von elektronischen Daten.
Hintergrund
Spannungsversorgung
Aufgrund des vermehrten Einsatzes dezentraler Energieanlagen sowie des steigenden Elektronik-Anteils in elektrisch betrieben Geräten steigt auch die Zahl an verwendeten Gleichstromkomponenten (DC-Komponenten). Schätzungen zufolge durchfließ etwa 80 % des verbrauchten Stroms in gewerblichen Gebäuden Leistungselektronik-Komponenten. Personalcomputer und Bildschirme besitzen intern verbaute oder externe Netzteile, die sie mit einer Gleichspannung versorgen. Etwa 40 % bis 80 % der Verlustleistung sowie etwa 50 % bis 95 % des Gewichts und Volumens von Netzteilen sind auf die Versorgung mit Wechselspannung zurückzuführen. Bis 2020 soll der Beleuchtungsmittel-Marktanteil von Leuchtdioden (LED) auf ca. 70 % ansteigen. Leuchtdioden benötigen Gleichspannung, weshalb aktuelle Leuchtsysteme ebenfalls mit Gleichrichterkomponenten ausgestattet sind. Sie nehmen mehr als 50 % des Platzbedarfs ein.
Vor diesem Hintergrund wird vielfach an Konzepten gearbeitet, die verlustreiche, mehrfache Transformation zwischen Wechsel- und Gleichspannung zu umgehen und Stromverbraucher in Zweckgebäuden lokal direkt mit Gleichspannung zu versorgen. Überschlägige Berechnungen ergeben für einen Vierpersonenhaushalt mit einem Verbrauch von rund 4500 kWh jährlich, dass die Hälfte dieser elektrischen Arbeit (2000 kWh bis 2500 kWh) im privaten Wohn- bzw. Arbeitsbereich durch Geräte genutzt wird, die Gleichspannung im Bereich von 3 V bis 24 V benötigen. Diese Geräte werden entweder über externe oder interne Netzteile direkt betrieben (Fernseher, Unterhaltungselektronik, Personalcomputer und LED-Beleuchtung) oder mittels eines Batteriepuffers aufgeladen (beispielsweise Laptops, Tablet-Computer, Smartphones, diverse Werkzeuge und Geräte zur Körperpflege).
Netzteile
Die internen und externen Netzteile, die der Vielzahl an Geräten zur Verfügung stehen, transformieren den zur Verfügung stehenden Wechselstrom mit 230 V Versorgungsspannung auf eine niedrigere Spannung (in der Regel auf einen Wert zwischen ca. 3 V und 24 V) Die niedrigere Spannung wird gleichgerichtet und geglättet, um als konstante Gleichspannung zur Verfügung zu stehen.
Da Netzteile primärseitig mit 230 V betrieben werden, müssen diese ein hohes Schutzniveau hinsichtlich der Gesundheit und Sicherheit von Menschen, Haus- und Nutztieren und Gütern gemäß der europäischen Niederspannungsrichtlinie gewährleisten. Die Niederspannungsrichtlinie gilt für elektrische Betriebsmittel zur Verwendung bei einer Nennspannung zwischen 50 V und 1000 V für Wechselstrom und zwischen 75 V und 1500 V für Gleichstrom. Produkte mit kleineren Nennspannungen fallen unter die Richtlinie für allgemeine Produktsicherheit.
Als Kleinspannung gilt üblicherweise eine Spannung kleiner 50 V (für Wechselspannung / AC) beziehungsweise kleiner 120 V (für Gleichspannung / DC). Bei Spannungen unter 25 VAC oder 60 V DC kann gänzlich auf einen Schutz gegen Berühren verzichtet werden Diese Spannungen gelten auch für Haustiere und Kinder als ungefährlich. In Bereichen der Feuchtraum-Installationen gelten allerdings andere Bedingungen. Auf Isolation gegen Berühren kann nicht verzichtet werden und die Spannungen sind auf 25 VAC oder 60 V DC beziehungsweise teilweise auf 12 V AC begrenzt.
Steckdosenleisten
Sind bei der regulären Versorgung mit 230 V Wechselstrom zu wenige Steckdosen vorhanden, werden häufig Steckdosenleisten (Steckerleisten, Mehrfachsteckdosen) genutzt. Neben einer festen (und oft zu geringen) Anzahl an Steckplatzen kann die feste Länge der Zuleitung (üblicherweise zwischen 1,5 m und 3 m) zwar nützlich sein, aber auch als störend empfunden werden. Einige Steckdosenleisten lassen sich daher durch eine spezielle Vorrichtung an der Wand befestigen. Insbesondere werden auch schaltbare oder fernbedienbare Steckdosenleisten angeboten, um mehrere Netzgeräte zusammen ein- oder ausschalten zu können.
In der Beleuchtungstechnik haben sich auch im Wohnbereich Stromschienen mit parallel geschalteten und gegebenenfalls beweglichen Leuchten etabliert, die mit Wechselspannung betrieben werden. Solche Stromschienen weisen üblicherweise versilberte oder vernickelte Kupferschienen auf, welche in einem mit dem Schutzleiter verbundenen Aluminiumprofil isoliert und berührungssicher nachträglich eingebaut sind und welche die Leuchten über bis zu drei Stromkreise versorgen und so Beleuchtungseffekte oder Nachtbeleuchtung ermöglichen.
Bussysteme
Bussysteme werden häufiger auch in der Gebäudetechnik verwendet, etwa zur Steuerung von Beleuchtungselementen, Heizungen und Klimageräten oder zur Fenster- und Türüberwachung. Nur Komponenten der von vielen Herstellern unterstützten Systemstandards (z. B. DALI, SMI, LON, KNX und BACnet) sind interoperabel und können miteinander kommunizieren. Jedoch unterscheiden auch diese sich in den zugrundeliegenden Anwendungsprotokollen. Bereits bei der Gebäudeplanung sollte der Einbau berücksichtigt werden, da ein solches System mit seinen notwendigen Leitungen viel Platz benötigt und ein nachträglicher Einbau mit erheblichen baulichen Maßnahmen verbunden sein könnte. Seit Mitte der 1990er-Jahre sind Bussysteme auch in der Türkommunikation verbreitet. Diese Systeme operieren meist unabhängig von der restlichen Gebäudeautomation und sind somit häufig auch in Wohnhäusern mit niedrigerem Ausbau zu finden.
Zur Kommunikation zwischen modernen elektronischen Geräten (z B. Laptop - Computer-Drucker), zur Kommunikation über das Internet und zur Festnetztelefonie werden vermehrt sowohl drahtgebundene (TCP/IP über Ethernet) als auch drahtlose Systeme (TCP/IP über WLAN oder Bluetooth) für Bussysteme eingesetzt. Ethernet wurde ab den 1990er-Jahren zur meistverwendeten Technik in lokalen Netzen und ist Basis für die TCP/IP-basierte Protollfamilie. Die darauf basierenden Anwendungen wie E-Mail, Dateitransfer, Voice over IP oder das World Wide Web kommen weltweit zum Einsatz, innerhalb der Gebäudeautomation dienen IP bzw. TCP/IP aber lediglich zum Transport von Protokoll-Elementen der Steuerungskomponenten zwischen spezialisierten Gateways.
Zusammenfassung
Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte Techniken zur Bereitstellung von Gleichstrom und zur Übertragung von elektronischen Daten, insbesondere innerhalb von Gebäuden, anzugeben.
Zur Lösung sind ein System und ein Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen 1 und 14 geschaffen. Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Unteransprüche.
Nach einem Aspekt ist System oder eine Anordnung zur Bereitstellung von Kleinspannungs-Gleichstrom und zur Übertragung elektronischer Daten offenbart. Das System oder die Anordnung weist eine Profilleiste mit einem Trägerelement, mindestens einer Stromleiterbahn, mindestens einer Datenleiterbahn und einem Isolationselement zur elektrischen Isolation der Stromleiterbahn und der Datenleiterbahn auf. Des Weiteren ist mindestens ein Adapter vorgesehen, welcher eingerichtet ist, mit der Profilleiste gekoppelt zu werden, sodass über die Stromleiterbahn Gleichstrom übertragbar ist und über die Datenleiterbahn Daten übertragbar sind. Der Adapter ist derart koppelbar, dass der Adapter entlang der Längsrichtung der Profilleiste beweglich und senkrecht zur Längsrichtung an der Profilleiste lösbar fixiert ist. Des Weiteren weist der Adapter mindestens eine Schnittstelle auf, welche eingerichtet ist, eine Verbindung zur Übertragung des Gleichstroms und/oder der Daten zu mindestens einem elektrischen Gerät bereitzustellen
Nach einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zur Herstellung eines Systems zur Bereitstellung von Kleinspannungs-Gleichstrom und zur Übertragung elektronischer Daten offenbart Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Bereitstellen eines ersten und eines zweiten Rohlings aus elektrisch leitendem Material; Strangpressen des ersten Rohlings durch eine erste Matrize zu einem Trägerelement, Strangpressen des zweiten Rohlings durch eine zweite Matrize zu einer Stromleiterbahn; Zusammenfügen des Trägerelements, der Stromleiterbahn, einer Datenleiterbahn und eines Isolationselements zu einer Profilleiste und Lösbares Fixieren mindestens eines Adapters, welcher eingerichtet ist, mit der Profilleiste gekoppelt zu werden, sodass über die Stromleiterbahn Gleichstrom übertragbar ist und über die Datenleiterbahn Daten übertragbar sind. Der Adapter ist derart koppelbar, dass der Adapter entlang der Längsrichtung der Profilleiste beweglich und senkrecht zur Längsrichtung an der Profilleiste lösbar fixiert ist. Des Weiteren weist der Adapter mindestens eine Schnittstelle auf, welche eingerichtet ist, eine Verbindung zur Übertragung des Gleichstroms und/oder der Daten zu mindestens einem elektrischen Gerät bereitzustellen.
Das System kann über ein Einspeisungselement mit einer Gleichspannungsquelle oder Gleichstromquelle elektrisch verbunden sein, aus welcher Gleichstrom in das System eingespeist wird. Das Einspeisungselement kann an der Profilleiste, insbesondere an einem Ende der Längsseite der Profilleiste oder vom Ende der Längsseite der Profilleiste beabstandet, angeordnet sein. Alternativ kann das Einspeisungselement von der Profilleiste beabstandet angeordnet und mit der Profilleiste über eine elektrische Leitung verbunden sein. Bei der Gleichspannungsquelle kann es sich beispielsweise um (vorzugsweise batteriegepufferte) Photovoltaik-Zellen, Brennstoffzellen oder einen Umsetzer aus Wechselspannung handeln Die Gleichspannungsquelle kann in unmittelbarer Nähe zum System installiert sein. Generatoren in dezentralen Erzeugungsanlagen wie Windkraftanlagen erzeugen häufig Wechselspannungen schwankender Frequenz, die zunächst zu Gleichspannung gleichgerichtet werden, bevor die Gleichspannung anschließend zur Netzkopplung in Wechselstrom umgewandelt wird. Auch der Gleichspannungs-Zwischenkreis von Windkraftanlagen kann somit als Gleichspannungsquelle für das System dienen.
Insbesondere in Einfamilienhäusern, Kleinsthäusern, Geschosswohnungsbauten, Büros und Praxisräumen lassen sich etwa zum Anschluss elektronischer Geräte und LEDs mit Hilfe des offenbarten Systems eigene Gleichstromnetze („Mikro-Grids“) aufbauen. Mit einem zusätzlichen Gleichstromnetz und einer entsprechenden Stromverteilung und Stromversorgung, welche auch im Bestandsbauten nachträglich installiert werden könnte, lässt sich in Gebäuden, insbesondere Wohnbauten, substantiell elektrische Energie einsparen und ein großer Teil des Bedarfs an elektrischer Arbeit decken. Mittels des Systems kann der Einsatz elektrische Leitungen und entsprechend auftretender Verwicklungen und Knotenbildungen reduziert werden. Des Weiteren kann die Zahl an eingesetzten mehrpoligen Steckdosenleisten, an aufwendigen, gegen Berührung zu schützenden, energetisch ungünstigen Schaltnetzteilen, an Steckdosen zur Stromversorgung oder zur Kommunikation sowie an Unterputzleitungsführungen für Geräte und Komponenten wie Sensoren, Aktoren oder Regler unterschiedlicher Anwendungen vermindert werden Das System kann nicht nur als Stromversorgung, sondern auch als Kommunikationsmedium genutzt werden, beispielsweise für ein lokales „Internet of Things“ (IOT) aus digitalen Sensoren, Aktoren, Controllern, Computern, Peripherie-Geräten und Leuchten mit entsprechendem Controller. Längen elektrischer Leitungen zwischen Stromquelle und Gerät können wesentlich reduzieren werden.
Die eingespeiste Gleichspannung kann einen Wert kleiner 110 V aufweisen. Die eingespeiste Gleichspannung kann insbesondere 12 V, 24 V, 48 V oder 60 V betragen. Über das Einspeisungselement kann eine elektrische Leistung von bis zu 1200 W oder 1000 W eingespeist werden. Das Einspeisungselement kann einen Glättungskondensator zur Glättung einer eventuellen Restwelligkeit der eingespeisten Gleichspannung aufweisen.
Das Einspeisungselement kann als Schnittstelle für ein Bussystem eingerichtet sein. Auf diese Weise können auch elektronische Daten in das System / aus dem System übertragen werden.
Die Profilleiste kann im Querschnitt im Wesentlichen U-förmig gebildet sein. Die Stromleiterbahn und/oder die Datenleiterbahn können im Querschnitt im Wesentlichen rechteckig gebildet sein.
Die Profilleiste kann an einer Wand, insbesondere in Hüfthöhe oder auf einer Fußleiste, angebracht sein. Die Profilleiste kann auch auf Einrichtungsgegenständen, insbesondere Möbeln wie Arbeits- oder Konferenztischen oder Schränken, angebracht sein. Die Profilleiste kann vertikal, horizontal oder diagonal ausgerichtet angebracht sein. Zur Anbringung kann die Profilleiste verschraubt oder geklebt werden. Die Profilleiste kann mit einer Länge von 0,4 m bis 3 m, insbesondere 0,5 m bis 2 m, gebildet sein. Je nach Länge der Profilleiste können etwa bis zu 20 Adapter an der Profilleiste angebracht werden.
Die Profilleiste kann in beschränktem Maße verformbar gebildet sein. Auf diese Weise kann die Profilleiste auch an unebenen Wänden angebracht werden. Alternativ kann die Profilleiste im Wesentlichen steif gebildet sein.
Die Schnittstelle kann als Steckverbindung, insbesondere als USB-A-, USB-B-, USB-C-Buchse, Ethernet-Schnittstelle oder Gerätestecker-Buchse gebildet sein. Der Adapter kann auch zwei oder drei Schnittstellen aufweisen. Die Schnittstellen können verschieden ausgebildet sein. Insbesondere kein eine Schnittstelle als USB-A-Buchse und eine weitere Schnittstelle als USB-C-Buchse ausgebildet sein. Die Schnittstelle kann eingerichtet sein, Geräte mit einer Leistungsaufnahme bis zu 100 W ohne zusätzliche Stromversorgung betreiben (z. B. Notebooks, kleine Workstations, Monitore, USB-Hubs oder Drucker (USB Power Delivery)) und/oder batteriebetriebende Geräte oder Akkus aufzuladen.
Der Adapter kann entlang der Längsrichtung der Profilleiste frei positionierbar sein. Alternativ können entlang der Längsrichtung der Profilleiste Haltelemente angeordnet sein, die die längsseitige Positionierbarkeit des Adapters beschränken.
Das Isolationselement kann aus gefertigt sein. Es kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement überwiegend von einer Isolationsschicht zur elektrischen Isolierung überzogen ist. Alternativ ist keine Isolationsschicht um das Trägerelement vorgesehen. Es kann vorgesehen sein, dass die Stromleiterbahn mittels eines ersten Isolationselements vom Trägerelement elektrisch isoliert ist und die Datenleiterbahn mittels eines zweiten Isolationselements vom Trägerelement elektrisch isoliert ist Das erste Isolationselement kann im Querschnitt im Wesentlichen U-formig gebildet sein, sodass insbesondere die Stromleiterbahn formschlüssig zwischen Schenkeln des ersten Isolationselements angeordnet werden kann. Das zweite Isolationselement kann im Querschnitt im Wesentlichen rechteckig gebildet sein.
Die Herstellung des Trägerelements und der Stromleiterbahn mittels Strangpressen ermöglicht eine kostengünstige Fertigung in einem Arbeitsgang. Das Trägerelement und die Stromleiterbahn können sich somit mit gleichem Querschnitt/Profil entlang der Längsrichtung Profilleiste erstrecken. Auch die Datenleiterbahn und/oder das Isolationselement können sich mit gleichem Querschnitt entlang der Längsrichtung der Profilleiste erstrecken.
Beim Zusammenfügen des Trägerelements, der Stromleiterbahn, der Datenleiterbahn und des Isolationselements zur Profilleiste kann vorgesehen sein, dass das Isolationselement in eine Ausnehmung des Trägerelements eingesetzt wird. Die Stromleiterbahn kann in eine Ausnehmung des Isolationselements eingesetzt werden. Die Datenleiterbahn kann an das Isolationselement gefügt werden.
Der Adapter kann einen Gleichspannungswandler (DC-DC-Wandler) aufweisen. Ergänzend oder alternativ kann auch an der Profilleiste ein Gleichspannungswandler angeordnet sein. Ergänzend oder alternativ kann der Gleichspannungswandler auch von der Profilleiste und dem Adapter beabstandet angeordnet und mit Profilleiste und/oder dem Adapter elektrisch verbunden sein.
Der Gleichspannungswandler kann zur Wandlung einer festen Versorgungsspannung aus der Gleichspannungsquelle in eine gerätespezifische Gleichspannung eingerichtet sein. Auf diese Weise können aufwendige Netzteile zur Wandlung netzseitiger Wechselspannung durch die Gleichspannungswandler des Systems ersetzt werden. Außerdem kann auf viele Einschränkungen durch Beruhrungsschutz bei der Gestaltung der Geräte verzichtet werden.
Die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers kann einen Wert von 0,5 V bis 20 V, insbesondere 1 V, 5V, 6 V oder 12 V, annehmen. Die ausgangsseitige Stromstärke am Gleichspannungswandler kann einen Wert von 50 mA bis 3 A, vorzugsweise 100 mA, 0,5 A, 1 A oder 2 A annehmen.
Es können des Weiteren Spannungsregler vorgesehen sein, um die gerätespezifische Gleichspannung und/oder die eingespeiste Gleichspannung (Versorgungsspannung) zu stabilisieren. Somit können etwa zeitliche Spannungsschwankungen ausgeglichen werden. Als Spannungsregler können etwa Schaltregler oder Linearregler eingesetzt werden. Schaltregler setzen zwar eine kompliziertere Schaltung voraus, zeichnen sich aber durch eine hohe Effizienz und eine geringe Wärmerzeugung aus. Als Linearregler können insbesondere Querregler (der Verbraucher liegt parallel zur Regler-Schaltung, die gesamte nicht benötigte Leistung wird in Wärme umgewandelt) und/oder Längsregler (die Regelstrecke liegt in Reihe mit dem Verbraucher und nimmt im Wesentlichen lediglich den Laststrom auf) eingesetzt werden.
Die Profilleiste kann mindestens ein Kopplungselement zur elektrischen Kopplung mit einer weiteren Profilleiste aufweisen. Insbesondere kann das Kopplungselement zur Übertragung des Gleichstroms und/oder der Daten zu der weiteren Profilleiste eingerichtet sein. Ergänzend oder alternativ kann die Profilleiste mittels des Kopplungselements an ein weiteres elektronisches Gerät gekoppelt werden. Das Kopplungselement kann an einem längsseitigen Ende der Profilleiste oder von dem längsseitigen Ende der Profilleiste beabstandet angeordnet sein. Die Kopplung zweier Kopplungselemente kann über elektrische Leitungen, vorzugsweise Flachbandkabel, erfolgen.
Die Profilleiste kann ein Abschlusselement mit einem Abschlusswiderstand aufweisen. Das Abschlusselement kann an einem längsseitigen Ende der Profilleiste angeordnet sein. Auf diese Weise können die Elemente der Profilleiste (insbesondere das Trägerelement, die Stromleiterbahn und die Datenleiterbahn) am längsseitigen Ende elektrisch isoliert werden.
Das Trägerelement kann eine zweite Stromleiterbahn bilden. Alternativ ist eine zweite Stromleiterbahn verschieden vom Trägerelement gebildet und optional von diesem elektrisch isoliert. Es kann vorgesehen sein, dass die Stromleiterbahn einen Pluspol (beispielsweise mit +48 V) bildet und die zweite Stromleiterbahn einen Minuspol (beispielsweise mit 0 V). Der Pluspol kann derart ausgelegt werden, dass bei +48 V ein Gleichstrom von mindestens etwa 25 A ohne nennenswerte Erwärmung fließen kann.
Das Trägerelement und/oder die Stromleiterbahn können im Wesentlichen aus Aluminium bestehen.
Das Trägerelement kann mit zwei Schenkeln an einer Basis gebildet sein. Der Adapter kann zwei Arme aufweisen. Die Schenkel können mit der Basis einen im Wesentlichen rechten Winkel bilden Alternativ können die Schenkel mit der Basis einen stumpfen Winkel bilden, bevorzugt von 100° bis 120°. Alternativ können die Schenkel mit der Basis einen spitzen Winkel bilden, bevorzugt von 60° bis 80°. An distalen (von der Basis abgewandten) Enden der Schenkel können Verbreiterungen, insbesondere zur Fixierung des Adapters, vorgesehen sein.
Die Basis kann eine Länge zwischen 20 mm und 40 mm, bevorzugt 30 mm, aufweisen. Die Schenkel können eine Länge zwischen 15 mm und 25 mm, bevorzugt 20 mm, aufweisen. In einer Richtung parallel zur Längsrichtung der Profilleiste kann der Adapter eine Länge von 20 mm bis 60 mm aufweisen.
Die Stromleiterbahn kann in einem der Schenkel angeordnet sein. Die Datenleiterbahn kann an der Basis angeordnet sein, insbesondere in einer durch die Schenkel gebildeten Ausnehmung des Trägerelements.
Die Stromleiterbahn kann an einer Außenseite oder einer Innenseite eines der Schenkel angeordnet sein Insbesondere kann einer der Schenkel eine Ausnehmung aufweisen, in der die Stromleiterbahn angeordnet ist. Alternativ kann die Stromleiterbahn an der Basis gebildet sein. Die Datenfeiterbahn kann auch an einem Schenkel, bevorzugt an der Innenseite, angeordnet sein.
An mindestens einem der Arme kann mindestens ein erstes Fixierungselement zur lösbaren Fixierung an der Profilleiste angeordnet sein. An mindestens einem der Schenkel kann mindestens ein zweites Fixierungselement zur lösbaren Fixierung an den Adapter angeordnet sein. Insbesondere kann an jedem der Arme jeweils ein erstes Fixierungselement angeordnet sein und/oder an jedem der Schenkel jeweils ein zweites Fixierungselement.
Das erste Fixierungselement kann als Nut gebildet sein und das zweite Fixierungselement als Vorsprung, das eingerichtet ist, formschlüssig in das erste Fixierungselement zu greifen.
Alternativ kann das zweite Fixierungselement als Nut gebildet sein und das erste Fixierungselement als Vorsprung, das eingerichtet ist, formschlüssig in das zweite Fixierungselement zu greifen An mindestens einem der Arme kann eine Einkerbung vorgesehen sein, in welche eine der Verbreiterungen an einem der distalen Schenkelenden greift.
Alternativ sind das erste und das zweite Fixierungselement als sich gegenseitig anziehende Permanentmagneten gebildet.
Das erste Fixierungselement und/oder das zweite Fixierungselement kann zur Übertragung von Gleichstrom und/oder Daten eingerichtet sein. Insbesondere können im ersten Fixierungselement und/oder im zweiten Fixierungselement Federstifte angeordnet sein.
Die Arme können derart verformbar sein, dass durch Zusammendrücken von distalen Armabschnitten proximale Armabschnitte von den Schenkeln gegenüber einer Stellung in einem Grundzustand des Adapters abgerückt werden und der Adapter in einen verformten Zustand überführt wird, in welchem die Fixierung des Adapters mit der Profilleiste gelöst ist.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Arme über Federelemente mit einem Grundkörper des Adapters verbunden sind und die proximalen Armabschnitte von den Schenkeln gegenüber der Stellung im Grundzustand des Adapters durch Auseinanderdrücken der distalen Armabschnitte abgerückt werden.
Die Arme können elastisch verformbar sein, derart, dass ohne das Zusammendrücken der distalen Armabschnitte der Adapter vom verformten Zustand durch Rückstellkräfte in den Grundzustand überführt wird. In einer alternativen Ausführungsform verbleibt der Adapter im aktuellen Zustand und kann vom verformten Zustand nur durch Auseinanderdrücken der distalen Armabschnitte in den Grundzustand überführt werden.
Der Adapter kann an mindestens eines von folgenden Funktionselementen koppeln. Beleuchtungselement, Sensor, Aktor, Transceiver-Einrichtung zur kabellosen Übertragung von Daten, Schalter, Taster, Lautsprecher, Regler und Touchpad.
Das Funktionselement kann am Adapter angeordnet sein. Hierbei kann das Funktionselement mit dem Adapter fest verbunden oder mittels eines Aufsatzes lösbar am Adapter fixiert sein.
Alternativ kann das Funktionselement vom Adapter beabstandet angeordnet und über die Schnittstelle mit dem Adapter elektronisch verbunden sein.
Das Funktionselement kann über den Adapter elektrische Energie aus der Profilleiste entnehmen. Das Funktionselement kann über Funk (insbesondere über ISM-Bänder bei z. B. 868 MHz oder 2,4 GHz) und/oder über die Datenleiterbahn Daten senden und/oder empfangen. Die Funkübertragung kann mittels standardisierter Protokolle (EnOcean, ZigBee, Bluetooth oder WLAN) erfolgen.
Das Beleuchtungselement kann eine oder mehrere Leuchtdioden aufweisen Das Beieuchtungselement kann eine eigene Steuerungseinheit zur Steuerung der Leuchtdiode oder Leuchtdioden (beispielsweise für Effekte wie sich zeitlich verändernde Farbtemperaturen) aufweisen. Die Profilleiste kann an der Decke eines Raums zur Ausleuchtung des Raums angeordnet sein sowie optional ausschließlich Beleuchtungselemente als Funktionselemente aufweisen. Die Leuchtdioden sowie die Steuerungseinheit können weit unter 100g wiegen, sodass die Profilleiste insgesamt keiner besonderen Tragfähigkeitseinrichtung bedarf.
Der Sensor kann ein Temperatursensor, Feuchtigkeitssensor, Luftqualitätssensor, Präsenzsensor, Helligkeitssensor, Näherungssensor und/oder Berührungssensor sein.
Der Regler kann mit oder ohne Sollwertgeber gebildet sein und/oder zum Empfangen von Sensordaten und Senden von Steuer-/Stellgrößen an andere Geräte eingerichtet sein. Mittels des Reglers kann beispielsweise eine Heizung geregelt werden.
Mittels der Datenleiterbahn kann ein Bussystem zur Steuerung mindestens eines der elektronischen Geräte und/oder eines der im Adapter angeordneten Funktionselemente gebildet sein.
Die Datenleiterbahn kann aus Kupfer gebildet sein. Die Profilleiste kann zwei, drei oder vier Datenleiterbahnen aufweisen. Die Datenleiterbahnen können parallel und beabstandet zueinander angeordnet sein. Über die Datenleiterbahn kann eine Datenübertragungsrate von bis zu 25 Mbit/s vorgesehen sein. Bei vier Datenleiterbahnen kann eine gesamte Datenübertragungsrate von bis zu 100 Mbit/s vorgesehen sein Es kann vorgesehen sein, dass verschieden Datenleiterbahnen auf verschiedene maximale Datenübertragungsraten ausgelegt sind Es kann für mindestens eine Datenleiterbahn eine geringere maximale Datenübertragungsrate vorgesehen sein.
Die Datenleiterbahnen können voneinander durch eine Abschirmung, beispielsweise aus Aluminium, elektrisch abgeschirmt sein. In einer bevorzugten Ausführung ist keine Abschirmung zwischen den Datenleiterbahnen vorgesehen. Durch die Anordnung von Signalen und das Verwenden von Masseleitungen zwischen kritischen Signalen kann ein Übersprechen von Signalen insbesondere auf parallel angeordneten Datenleiterbahnen kontrolliert werden.
Der Adapter kann Federkontakte zur Kontaktierung mit der Datenleiterbahn aufweisen.
Das Bussystem kann als ein Ethernet-Hub, vorzugsweise als ein passiver Ethernet-Hub ausgeführt sein. Die elektronische Datenverarbeitung kann ein IP-basierter Computer, Mikrocomputer oder Controller sein. Um durch verschiedene IP-basierte Anwendungen auftretende Kollisionsbereiche zu minimieren, können unterschiedliche Segmente über Ethernet-Bridges und/oder IP-Router miteinander verbunden werden. Das Bussystem kann auch als ein Feldbus-System (beispielsweise KNX, 12C oder CANOpen) ausgeführt sein.
Es kann vorgesehen sein, dass über verschiedene Datenleiterbahnen verschiedene Bussysteme gebildet sind. Insbesondere können zwei Datenleiterbahnen für Ethernet und zwei Datenleiterbahnen für ein Feldbus-Protokoll vorgesehen sein.
Das System kann eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung zur Steuerung mindestens eines der elektronischen Geräte und/oder eines der im Adapter angeordneten Funktionselemente über das Bussystem aufweisen. Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung kann an der Profilleiste oder von der Profilleiste beabstandet angeordnet sein. Die elektronische Datenverarbeitungseinrichtung kann mit der Datenleiterbahn, beispielsweise über das Kopplungselement und/oder das Einspeisungselement, und/oder direkt mit den Funktionselementen und/oder elektronischen Geräten elektronisch verbunden sein. Die elektronische Verbindung kann kabelgebunden und/oder kabellos gebildet sein.
In Verbindung mit dem Verfahren zur Herstellung eines Systems zur Bereitstellung von Kleinspannungs-Gleichstrom und zur Übertragung elektronischer Daten können die vorangehend im Zusammenhang mit dem System beschriebenen Ausgestaltungen entsprechend vorgesehen sein.
Figurenliste
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Bereitstellung von Kleinspannungs-Gleichstrom und von elektronischen Daten,
2 eine schematische Darstellung einer Profilleiste im Querschnitt,
3A eine schematische Darstellung einer Profilleiste und eines Adapters in einem Grundzustand im Querschnitt und
3B eine schematische Darstellung eines Adapters in einem verformten Zustand im Querschnitt.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Bereitstellung von Kleinspannungs-Gleichstrom und zur Übertragung elektronischer Daten. Das System weist Profilleisten 10 auf, an welchen Adapter 11 entlang der Längsrichtung der Profilleisten 10 beweglich angeordnet sind. Die Adapter 11 sind senkrecht zur Längsrichtung an der Profilleiste 10 lösbar fixiert.
Über ein Einspeisungselement 12 wird Gleichstrom in das System eingespeist. Zugleich dient das Einspeisungselement 12 der Übertragung elektronischer Daten in das System/vom System. Die Profilleisten 10 weisen Kopplungselemente 13 zur Übertragung des Gleichstroms und/oder der elektronischen Daten von einer zur anderen Profilleiste 10 auf. Die Kopplungselemente 13 sind untereinander über Flachbandkabel 14 verbunden. Zur elektrischen Isolierung kann an einem Ende einer Profilleiste 10 ein Abschlusselement 15 mit einem elektrischen Widerstand angeordnet sein.
An den Adaptern 11 kann jeweils mindestens ein Funktionselement 16, beispielsweise eine Leuchtdiode, angeordnet sein. Die Funktionselemente 16 werden über den jeweiligen Adapter 11 mit Gleichspannung versorgt. Des Weiteren können die Funktionselemente 16 über den jeweiligen Adapter 11 elektronische Daten senden und empfangen. Insbesondere können die Funktionselemente 16 auf diese Weise über eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung 17 gesteuert werden. Über einen der Adapter 11 kann auch eine Verbindung zu einem elektrischen Gerät 18 wie einem Smartphone, einem Laptop oder einem Lautsprecher hergestellt werden. Beispielsweise kann somit das Smartphone aufgeladen werden und der Lautsprecher mit Strom versorgt und angesteuert werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Profilleiste 10 im Querschnitt. Die Profilleiste 10 weist ein Trägerelement 20 auf, eine Stromleiterbahn 21 und vier Datenleiterbahnen 22 Die Stromleiterbahn 21 und die Datenleiterbahnen 22 sind mittels eines ersten und eines zweiten Isolationselements 23, 23a vom Trägerelement 20 elektrisch isoliert. Die Stromleiterbahn 21 bildet einen Pluspol mit einer Gleichspannung von beispielsweise +48 V. Das Trägerelement 20 bildet eine zweite Stromleiterbahn mit einem Minuspol von beispielsweise 0 V. Das Trägerelement 20 ist mit zwei Schenkeln 24 an einer Basis 25 gebildet. An von der Basis abgewandten Enden der Schenkel 24 sind Verbreiterungen 27 zur Fixierung des Adapters 11 vorgesehen. An Außenseiten der Schenkel 24 ist jeweils ein Vorsprung 28 gebildet. Das erste Isolationselement 23 ist an der Außenseite eines der Schenkel 24 eingefügt und die Stromleiterbahn 21 in das erste Isolationselement 23. Das zweite Isolationselement 23a ist an der Basis 25 des Trägerelements 20 angeordnet und greift dabei in eine Ausnehmung 23b eines der Schenkel 24. Die Datenleiterbahnen 22 sind auf dem zweiten Isolationselement 23a angeordnet.
3A zeigt eine schematische Darstellung der Profilleiste 10 und des Adapters 11 in einem Grundzustand im Querschnitt und 3B zeigt eine schematische Darstellung des Adapters 11 in einem verformten Zustand im Querschnitt Der Adapter 11 weist zwei Schnittstellen 30, zum Beispiel USB-Buchsen, sowie einen Gleichspannungswandler 31 auf. Der Adapter 11 ist mit zwei Armen 32 und einem Grundkörper 33 gebildet. Die Arme 32 sind jeweils über einen Steg 33a mit dem Grundkörper 33 verbunden. An den Armen 32 sind Nuten 34 formschlüssig zu den Vorsprüngen 28 gebildet. Durch Zusammendrücken von distalen Armabschnitten 35 wird der Adapter 11 vom Grundzustand (3A) in den verformten Zustand (3B) überführt, in dem die Fixierung des Adapters 11 mit der Profilleiste 10 gelöst ist. Durch das Zusammendrücken der distalen Armabschnitte 35 werden hierbei proximale Armabschnitte 36 nach außen gedrückt. Ohne nach innen gerichteten Druck auf die distalen Armabschnitte 36 wird der Adapter 11 mittels elastischen Rückstellkräften zurück in den Grundzustand überführt. Die Arme weisen an der Innenseite Einkerbungen 37 auf, die formschlüssig in die Verbreiterungen 27 greifen können.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.

Claims

System zur Bereitstellung von Kleinspannungs-Gleichstrom und zur Übertragung elektronischer Daten, aufweisend: - eine Profilleiste (10) mit einem Trägerelement (20), mindestens einer Stromleiterbahn (21), mindestens einer Datenleiterbahn (22) und einem Isolationselement (23, 23a) zur elektrischen Isolation der Stromleiterbahn (21) und der Datenleiterbahn (22) und - mindestens ein Adapter (11), welcher eingerichtet ist, mit der Profilleiste (10) gekoppelt zu werden, sodass über die Stromleiterbahn (21) Gleichstrom übertragbar ist und über die Datenleiterbahn (22) Daten übertragbar sind, wobei der Adapter (11) - derart koppelbar ist, dass der Adapter (11) entlang der Längsrichtung der Profilleiste (10) beweglich ist und senkrecht zur Längsrichtung an der Profilleiste (10) lösbar fixiert ist und - mindestens eine Schnittstelle (30) aufweist, welche eingerichtet ist, eine Verbindung zur Übertragung des Gleichstroms und/oder der Daten zu mindestens einem elektrischen Gerät (18) bereitzustellen.
System nach Anspruch 1, wobei der Adapter (11) einen Gleichspannungswandler (31) aufweist.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Profilleiste (10) mindestens ein Kopplungselement (13) zur elektrischen Kopplung mit einer weiteren Profilleiste (10) aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägerelement (20) eine zweite Stromleiterbahn bildet.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägerelement (20) mit zwei Schenkeln (24) an einer Basis (25) gebildet ist und/oder der Adapter (11) zwei Arme (32) aufweist.
System nach Anspruch 5, wobei die Stromleiterbahn (21) in einem der Schenkel (24) angeordnet ist und/oder die Datenleiterbahn (22) an der Basis (25) angeordnet ist.
System nach Anspruch 5 oder 6, wobei an mindestens einem der Arme (32) mindestens ein erstes Fixierungselement (34) zur lösbaren Fixierung an der Profilleiste (10) angeordnet ist und/oder an mindestens einem der Schenkel (24) mindestens ein zweites Fixierungselement (28) zur lösbaren Fixierung an den Adapter (11) angeordnet ist.
System nach Anspruch 7, wobei das erste Fixierungselement (34) als Nut gebildet ist und das zweite Fixierungselement (28) als Vorsprung gebildet ist, das eingerichtet ist, formschlüssig in das erste Fixierungselement (34) zu greifen.
System nach Anspruch 7 oder 8, wobei das erste Fixierungselement (34) und/oder das zweite Fixierungselement (28) zur Übertragung von Gleichstrom und/oder Daten eingerichtet ist.
System nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Arme (32) derart verformbar sind, dass durch Zusammendrücken von distalen Armabschnitten (35) proximale Armabschnitte (36) von den Schenkeln (24) gegenüber einer Stellung in einem Grundzustand des Adapters (11) abgerückt werden und der Adapter (11) in einen verformten Zustand überführt wird, in welchem die Fixierung des Adapters (11) mit der Profilleiste (10) gelöst ist.
System nach Anspruch 10, wobei die Arme (32) elastisch verformbar sind, derart, dass ohne das Zusammendrücken der distalen Armabschnitte (35) der Adapter (11) durch Rückstellkräfte vom verformten Zustand in den Grundzustand überführt wird.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Adapter (11) an mindestens eines von folgenden Funktionselementen (16) koppelt, Beleuchtungselement, Sensor, Aktor, Transceiver-Einrichtung zur kabellosen Übertragung von Daten, Schalter, Taster, Lautsprecher, Akkuladegerät, Regler und Touchpad.
System nach Anspruch 12, wobei mittels der Datenleiterbahn (22) ein Bussystem zur Steuerung mindestens eines der elektronischen Geräte (18) und/oder eines der im Adapter (11) angeordneten Funktionselemente (16) gebildet ist
Verfahren zur Herstellung eines Systems zur Bereitstellung von Kleinspannungs-Gleichstrom und zur Übertragung elektronischer Daten mit folgenden Schritten: - Bereitstellen eines ersten und eines zweiten Rohlings aus elektrisch leitendem Material; - Strangpressen des ersten Rohlings durch eine erste Matrize zu einem Trägerelement (20); - Strangpressen des zweiten Rohlings durch eine zweite Matrize zu einer Stromleiterbahn (21); - Zusammenfügen des Trägerelements (20), der Stromleiterbahn (21), einer Datenleiterbahn (22) und eines Isolationselements (23, 23a) zu einer Profilleiste (10), und - Lösbares Fixieren mindestens eines Adapters (11), welcher eingerichtet ist, mit der Profilleiste (10) gekoppelt zu werden, sodass über die Stromleiterbahn (21) Gleichstrom übertragbar ist und über die Datenleiterbahn (22) Daten übertragbar sind, wobei der Adapter (11) - derart koppelbar ist, dass der Adapter (11) entlang der Längsrichtung der Profilleiste (10) beweglich ist und senkrecht zur Längsrichtung an der Profilleiste (10) lösbar fixiert ist und - mindestens eine Schnittstelle (30) aufweist, welche eingerichtet ist, eine Verbindung zur Übertragung des Gleichstroms und/oder der Daten zu mindestens einem elektrischen Gerät (18) bereitzustellen.