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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Hauskommunikationssystem mit mindestens einer Türstation
und mindestens einer Wohnungsstation, wobei alle Stationen über einen
gemeinsamen Zweidraht-Systembus zur Übertragung von Steuer- und Kommunikationssignalen
sowie insbesondere einer Versorgungsspannung verbunden oder verbindbar sind
(Zweidraht-Bussystem).
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Ferner betrifft die Erfindung grundsätzlich auch
sogenannte "1+n-Anlagen", wobei die Türstation
als Vermittlungsstelle fungiert. Jede Wohnungsstation ist dabei über eine
eigene Leitung mit der Türstation
sowie mit einer gemeinsamen Masseleitung verbunden. Die "1" in "1+n" steht dabei für die Masseleitung,
das "n" für die Anzahl
der Wohnungsstationen und damit der Einzeladern. Die Versorgungsspannung
aus einem Netzteil wird dabei an die Türstation geführt und
von dort aus über
die je zwei Leiter an die einzelnen Wohnungsstationen.
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In beiden Fällen ist somit zumindest jede Wohnungsstation
als Teilnehmer über
eine Zweidrahtleitung zur Übertragung
von Kommunikations- (Audio-) signalen und Versorgungsspanung angeschlossen.
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Hauskommunikationsanlagen bzw. sogenannte
Türsprechanlagen
nach dem Zweidraht-Bussystem sind beispielsweise in den Druckschnften
DE 195 48 744 C2 ,
DE 197 16 598 C1 ,
DE 197 16 599 C2 und
DE 30 23 988 A1 beschrieben.
Bei diesen bekannten Anlagen bestehen die vorhandenen Tür- und Wohnungsstationen
aus unterschiedlichen Geräten
für den
Innen- und Aussenbereich, wobei jedes Gerät zudem speziell für die jeweils
vorbestimmte Verwendung zum Beispiel als Türstation oder als Wohnungsstation
konzipiert ist. Üblicherweise
handelt es sich um jeweils einheitliche Geräte mit einem auf einer Montagefläche (zum
Beispiel einer Wand), also „auf
Putz (AP)" zu installierenden
Gerätegehäuse. Eine
Installation unter Putz (UP) ist nur auf sehr aufwändige Weise über recht
große
UP-Kästen
möglich.
Im Falle einer nachträg lichen
Gebäudeinstallation
bedingt dies aufwändige
Stemmarbeiten. Diese bekannten Anlagen führen deshalb zu einem hohen Aufwand
für Herstellung
der einzelnen Geräte,
Lagerhaltung (Bereitstellung verschiedener Geräte) und auch Montage.
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In der älteren, nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung 101 60 813 der Anmelderin ist ein modularer
Aufbau der Stationen vorgeschlagen worden, wobei bestimmte Module über einen
Internbus verbunden werden. Über
die technische Realisierung der Intembus-Verbindung ist in der genannten
Anmeldung jedoch nichts offenbart.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, ein Hauskommunikationssystem der genannten
Art so auszubilden, dass mit geringem Aufwand für Herstellung, Lagerhaltung
und Montage eine hohe Installationsvariabilität insbesondere auch hinsichtlich
einer Zukunftskompatibilität,
d. h. der Möglichkeit
eines späteren
Anschlusses von eventuell weiterentwickelten Komponenten, erreicht
wird.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass
zumindest ein Teil der vorhandenen Tür- und/oder Wohnungsstationen
modular aufgebaut ist, wobei jede modular aufgebaute Station aus
mindestens zwei Modulen besteht, die miteinander über einen
Intembus verbunden oder verbindbar sind, wobei eines der Module
einen Busankoppler als Verbindungsglied zwischen der externen Zweidrahtleitung und
dem Intembus bildet und der Intembus aus mindestens drei Leitern
besteht, und zwar einer Masseleitung, einer gemeinsam mit der Masseleitung
die externe Zweidrahtleitung weiterführenden Systembusleitung sowie
einer gemeinsam mit der Masseleitung zur Kommunikation zwischen
Microcontrollem der einzelnen Module dienenden Datenleitung. In
bevorzugter Ausgestaltung weist der Internbus als vierten Leiter
eine ebenfalls auf die Masseleitung bezogene Audio-Signalleitung
auf.
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Erfindungsgemäß bildet somit der Busankoppler
als 2-Draht/Mehrdraht-Umsetzer eine Vermittlungsstufe zwischen der
externen Zweidrahtleitung, insbesondere dem externen Zweidraht-Systembus,
und dem Mehrdraht- (mindestens 3-Draht) Internbus. Der Busankoppler
leitet bei Bedarf und gegebenenfalls unter Format – und Pegelkonvertierung Daten
von der internen Datenleitung an den Systembus weiter bzw. leitet
empfangene Daten nach umgekehrter Konvertierung vom Systembus auf
die interne Datenleitung weiter. Dadurch kann jedes Modul nicht nur
Daten an die anderen Module der zugehörigen Station, sondern auch
eigenständig
auf den Systembus senden. So mit stellt der Busankoppler nicht eine "alles kontrollierende
Instanz" dar, sondern
eher einen Busanschalter, Pegelkonvertierer und Auswerter für Adressentelegramme.
Dies macht das erfindungsgemäße System
vorteilhafterweise "zukunftskompatibel", da Modul-Weiterentwicklungen
nicht softwaretechnisch in bestehenden Busankopplem berücksichtigt
zu werden brauchen. Neuere Module können sich selbst steuern und
lediglich den Busankoppler zum Datensenden und -empfangen sowie zur
Spannungsversorgung, Vermittlung und 2-/Mehr-Drahtumsetzung nutzen.
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In der bevorzugten Ausführung mit
Audio-Signalleitung werden auf diese Sprachsignale von allen Modulen
generiert, die eine Sprachsendung ermöglichen. Der Busankoppler schaltet
bei Bedarf (für
eine Sprechverbindung) die Signale von der Audio-Signalleitung an
den Systembus weiter. Hierbei arbeitet der Busankoppler als 2-Draht-/4-Draht-Umsetzer,
der auf dem Systembus vorhandene Sprachsignale in empfangene und
zu sendende Sprachsignale aufteilt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale
der Erfindung sind in abhängigen
Ansprüchen
sowie der folgenden Beschreibung enthalten.
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung
beispielhaft genauer erläutert
werden. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische, blockschaltbildartige Darstellung eines Hauskommunikationssystems in
bevorzugter Ausführung
als Bussystem und in einem beispielhaften Ausbau-Umfang,
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2 verschiedenartige
Module, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Systems eingesetzt werden
können,
jeweils in stark schematischer Seitenansicht,
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3 ein
Beispiel einer Türstation
in einer Ansicht auf die Vorderseite (Bedienungsseite),
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4 eine
schematische Explosions-Seitenansicht der Bestandteile der Türstation
in Pfeilrichtung IV gemäß 3,
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5 ein
Blockschaltbild eines Busankoppler-Moduls,
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6 ein
Blockschaltbild eines Audiomoduls,
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7 ein
Blockschaltbild eines Tastenmoduls und
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8 ein
Blockschaltbild eines Netzteils bzw. Bus-Steuergerätes.
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In 1 ist
ein beispielhafter Aufbau eines Hauskommunikationssystems (Türsprechanlage)
in einer Ausführung
als Bussystem veranschaulicht. Üblicherweise
ist (mindestens) eine Türstation 2 vorgesehen,
die im Außenbereich
einer Haustür
installiert wird, sowie mindestens eine Wohnungsstation 4, die
im Innenbereich üblicherweise
neben einer Wohnungseingangstür
installiert wird. Bei dem in 1 veranschaulichten
Beispiel sind vier Wohnungstationen 4 vorgesehen. Das System
ist jedoch beliebig ausbaufähig.
Die Stationen 2, 4 sind alle über einen gemeinsamen Zweidraht-Systembus 6 verbunden. Über diesen
Systembus 6 werden alle für Kommunikation und Verbindungsaufbau
benötigten
Signale und Befehle übertragen.
Zudem dient der Systembus 6 auch zur Spannungsversorgung
der einzelnen Stationen 2, 4. Dazu ist ein zentrales,
ebenfalls an den Systembus 6 angeschlossenes Steuergerät 8 vorgesehen,
welches insbesondere ein Netzteil (vgl. dazu auch 8) aufweist. Damit erzeut das Steuergerät 8 aus
einer Versorgungsspannung V, üblicherweise der
Netzspannung von 230 V eine Betriebsspannung für alle Stationen 2, 4.
Zumindest die Türstation 2 weist
eine bestimmte Anzahl von Ruftasten 10 auf. Bei Betätigung einer
Ruftaste 10 wird ein digitaler Adresscode über den
Systembus 6 versendet. Dieser ruft eine bestimmte Wohnungsstation 4,
die zuvor bei der Installation auf diesen Adresscode programmiert
wurde. Die Wohnungsstation 4 mit übereinstimmendem Adresscode
erzeugt nach Empfang einen Rufton. Dadurch kann eine Sprechverbindung
zur Türstation 2 hergestellt
werden. Sprachsignale werden bevorzugt analog über den Systembus 6 übertragen.
Jede Station 2, 4 kann zudem mindestens eine Befehlstaste 11 für bestimmte
Schalt- oder Steuerfunktionen aufweisen. Bei Betätigung einer Türöffnertaste
an der jeweiligen Wohnungsstation 4 wird ein digitales
Telegramm als Befehlssignal über
den Systembus 6 übertragen,
wodurch über
das Steuergerät 8 ein
Türöffner 12 aktiviert
wird. Die Daten (Adresscodes) sind dabei vorzugsweise in einen nicht
hörbaren
Frequenzbereich moduliert (beispielsweise 50 kHz). Optional kann
auch ein Videosignal zwischen einer Kamera und einem Monitor über den Systembus 6 übertragen
werden. Dieses ist dann, um die Frequenzbänder von Sprache und Daten nicht
zu stören,
auf einen hochfrequenten Träger (beispielsweise
10 MHz) aufmoduliert.
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Zu der in 1 veranschaulichten Ausführung gehört weiterhin
bevorzugt ein Lichttaktor 14 zur Ansteuerung einer Beleuchtung,
beispielsweise einer Treppenhausbeleuchtung in größeren Wohnhäusern. Der
Lichtaktor 14 empfängt
dazu ein von einer Lichttaste einer der Stationen 2, 4 ausgesendetes,
individuelles digitales Telegramm als Befehlssignal zur Aktivierung
der Beleuchtung. Zudem kann der Lichtaktor 14 auch über gesonderte,
beispielsweise in einem Treppenhaus installierte Lichttaster aktiviert
werden. Die zu steuernde Beleuchtung ist in 1 beispielhaft durch nur eine Leuchte 16 veranschaulicht.
Weiterhin ist jeder Wohnungsstation 4 üblicherweise eine vor einer
Wohnungseingangstür
installierte Etagenruftaste 18 zugeordnet.
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Erfindungsgemäß sind die Stationen 2, 4 zumindest
teilweise modular aufgebaut. Vorzugsweise bestehen alle Stationen,
die Türstation 2 und
jede Wohnungsstation 4, jeweils aus mindestens zwei Modulen
M (siehe dazu auch 2 bis 4), die über einen speziellen Intembus 20 miteinander
verbunden bzw. verbindbar sind. Für jede Station 2, 4 bildet
eines der Module M einen Busankoppler 22 als Verbindungsglied
zwischen dem externen Systembus 6 und dem Intembus 20,
d. h. der Busankoppler 22 konvertiert den Systembus 6 bzw.
dessen Signale in den Intembus 20 bzw. in über diesen übertragene
interne Signale zwischen den einzelnen Modulen M. Hierbei besteht
der Intembus 20 erfindungsgemäß aus mindestens drei Leitern.
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Dazu wird zunächst auf das in 5 dargestellte Blockschaltbild
des Busankopplers 22 verwiesen. Demnach weist der Busankoppler 22 eine
erste Schnittstelle CN1 für
den Systembus 6 (BUS-A, BUS-B) auf. Der Intembus 20 besteht
zumindest aus einer Masseleitung GND (Ground), einer auf die Masseleitung
bezogenen Systembusleitung EXTBUS sowie einer ebenfalls auf die
Masseleitung bezogenen Datenleitung COMBOS. Über die Systembusleitung EXTBUS
wird der Systembus 6 zu allen Modulen weitergeführt. Die
Datenleitung COMBOS dient zur Kommunikation zwischen Microcontrollem μC der einzelnen
Module M.
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Vorzugsweise weist der Intembus 20 als
vierten Leiter eine ebenfalls auf die Masseleitung GND bezogene
Audio-Signalleitung AUDIOBUS auf.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung
kann der Intembus 20 noch zwei weitere zusätzliche
Leiter ZV+ und ZV– für eine Spannungs-Zusatzversorgung aufweisen.
Zudem können
innerhalb des Internbusses 20 zwei zusätzliche Leiter VIDEO-A und
VIDEO-B zur Übertragung
von Videosignalen vorgesehen sein.
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In 2 sind
beispielhaft verschiedene Arten von Modulen M veranschaulicht, die
innerhalb des erfindungsgemäßen Hauskommunikationssystems
in nahezu beliebigen Kombinationen zur Bildung von Tür- bzw.
Wohnungsstationen 2, 4 vorgesehen sein können. Ein
erstes Modul M wird durch den Busankoppler 22 gebildet.
Weiterhin ist ein Tasten-Basismodul 24 veranschaulicht,
welches elektrisch und mechanisch mit einem Tastenmodul 26 verbunden
werden kann. Vorzugsweise sind die Tastenmodule 26 als
Aufsätze
ausgebildet, die schnell und einfach auf das als Einsatz ausgebildete
Basismodul 24 aufgesteckt werden können. Zudem kann ein Tastenmodul 26 vorteilhafterweise
aber auch auf das Busankoppler-Modul 22 aufgesteckt werden,
wobei letzteres dann die Funktion eines Tasten-Basismoduls übernimmt.
Gemäß 2 kann weiterhin ein Audiomodul 28 mit
Freisprechfunktion und/oder ein Höhrermodul 30 zum Anschluß eines
Telefonhörers 32 (siehe 1) vorgesehen sein. Darüber hinaus können noch
weitere, in 2 nicht
dargestellte Module vorgesehen sein, beispielsweise ein Videomodul
mit einer Kamera und/oder einem Display (Monitor) und/oder ein Sprachrekordermodul
zur Audioaufzeichnung und/oder ein Bildrekordermodul zur Bildaufzeichnung.
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Hardwaremäßig sind die genannten Module bevorzugt
teilweise als Einsätze
zum Einsetzen in eine übliche
Elektro-Installationsdose und teilweise als Aufsätze zum Aufsetzen auf eines
der Einsatzmodule ausgebildet. Einzelheiten hierzu sind in der oben bereits
genannten deutschen Patentanmeldung 101 60 813.6 enthalten, auf
die an dieser Stelle in vollem Umfange Bezug genommen wird.
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Erfindungsgemäß weist jedes Modul M mindestens
eine Schnittstelle 34 für
den Intembus 20 in Form eines geeigneten Steckverbinders
auf. Zwischen jedem Aufsatz und dem zugehörigen Einsatz werden die Schnittstellen 34 direkt
steckverbunden. Zur Intembus-Verbindung zwischen den Einsatzmodulen
sind geeignete Verbindungsleitungen 36 mit den erforderlichen
mindestens drei bis vorzugsweise sechs oder acht Adern vorgesehen.
Diese Verbindungsleitungen 36 weisen geeignete Steckverbinder 38 zum
Anschluß an
den Schnittstellen 34 auf. Das Busankoppler-Modul 22 weist
zudem Anschlußelemente 40 für den externen
Systembus 6 auf sowie Anschlußelemente 42 für einen
der Etagenruftaster 18 und vorzugsweise Anschlußelemente 44 für eine Zusatz-Versorgungsleitung 46.
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Im Folgenden sollen weitere, die
besondere Ausgestaltung des Internbusses 20 betreffende
Einzelheiten genauer erläutert
werden.
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Um einen einfachen Aufbau der modularen Stationen 2, 4 zu
erhalten und die Anzahl der Sinaladern in dem Intembus 20 gering
zu halten, werden in einfachster Ausführung folgende Signale für den Intembus 20 generiert:
- – Der
Systembus 6 wird über
die Leitung (EXTBUS) an alle Module weitergeführt. Diese entnehmen dieser
Leitung die DC-Spannung zur Eigenversorgung und empfangen je nach
Gerätespezifikation
Sprache und ggf. auch Datensignale. Die zweite Ader des Systembusses 20 wird durch
die Masseleitung GND (Ground) realisiert.
- – Zu
sendende Sprachsignale, welche im Gerät z. B. durch Einsprechen in
ein Mikrofon eines Hörers 32 erzeugt
werden, werden auf der als AUDIOBUS bezeichneten Leitung gesammelt.
Diese Signale müssen
nicht unbedingt auf den Systembus 20 gesendet werden, sondern
können
auch zwischen den Modulen einer Station ausgetauscht werden, z.
B. die Ausgabe von Sprachmitteilungen eines Sprachrekorders an das
Audiomodul 28. Diese Leitung ist massebezogen auf die Masseleitung
GND.
- – Alle
Module M mit höherem
Komplexitätsgrad enthalten
einen Microcontroller μC.
Ein Datenaustausch der Microcontroller untereinander erfolgt über die
zusätzliche
Kommunikationsleitung COMBUS. Diese Leitung ist ebenfalls massebezogen
auf GND.
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Die Leitungen EXTBUS, GND werden
hardwaretechnisch im Busankoppler 22 erzeugt.
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Die Signale für die Leitung COMBUS werden in
allen Modulen mit Microcontrollem generiert. Es handelt sich hierbei
um einen seriellen Bus mit einem dominanten und einem rezessiven
Pegeln (sog. I2C-Bus). Rezessive Pegel können dabei
von dominanten Pegel überschrieben
werden. Somit können die
Sendestufen zweier gleichzeitig sendender Module nicht zerstört werden.
Der rezessive Pegel wird dabei durch einen Pull-Up-Widerstand im
Busankoppler 22 erzeugt.
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Die Sprachsignale auf dem AUDIOBUS
werden von allen Modulen, die eine Sprachsendung ermöglichen,
generiert (Hörmodul,
Audiomodul, Sprachrekorder). Der Busankoppler 22 schaltet
bei Bedarf (Sprechverbindung) die Signale des AUDIOBUS an den Systembus 6 weiter.
Der Busankoppler 22 arbeitet als 2-Draht-/4-Draht-Umsetzer, der die auf
dem Systembus 6 vorhandenen Sprachsignalen in zu empfangende
und zu sendende Sprachsignale aufteilt und auf separaten Adern weiterleitet
bzw. von AUDIOBUS zugeführt
bekommt.
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Der Busankoppler 22 leitet
bei Bedarf und unter Format- und Pegelkonvertierung Daten vom COMBUS
an den Systembus 6 weiter bzw. leitet empfangene Daten
nach umgekehrter Konvertierung vom Systembus 6 auf den
COMBUS weiter. So kann jedes Modul nicht nur Daten an die anderen
Module eines Gerätes,
sondern auch eigenständig
auf den Systembus 6 senden. Der Busankoppler 22 ist
somit nicht die alles kontrollierende Instanz, sondern eher Busanschalter,
Pegelkonvertierer und Vermittlungsstufe (Auswertung der Adresstelegramme).
Das macht das System „zukunftskompatibel", da neue Modulentwicklungen
softwaretechnisch noch nicht in schon existierenden Busankopplem
berücksichtigt werden
können.
Die neuen Module werden sich daher selbst steuern und den Busankoppler 22 zum
Datensenden- und -empfangen sowie zur Spannungsversorgung, Vermittlung
und 2-/4-Draht-Umsetzung nutzen.
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Im Folgenden seien die einzelnen
Komponenten und die Art und Weise, in der sie die Signale erzeugen
bzw. nutzen, beschrieben.
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Busankoppler (5)
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Der Busankoppler 22 ist
als Basismodul in jeder Teilnehmer-Station 2, 4 vorhanden.
Der Busankoppler 22 ist über die Anschlüsse 40 (BUS-A
und BUS-B) an den Systembus 6 angeschlossen. Dieser führt Gleichspannung
(z. B. 28V). Ein Gleichrichter 48 ermöglicht einen polungsneutralen
Anschluß.
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Werden auf dem Systembus 6 auch
Videosignale übertragen,
so verhindert ein optionales Videofilter 50 (HF-Drosseln)
das Eindringen der Videosignale in den Busankoppler 22.
Diese würden
sonst durch den im Hochfrequenzbereich geringen Eingangswiderstand
des Busankopplers 22 zerstört.
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Ein dem Gleichrichter 48 nachgeschalteter Spannungsregler 52 erzeugt
aus dem positiven Anschluß der
relativ hohen DC-Spannung des Systembusses 6 die für den Busankoppler 22 erforderlichen niedrigeren
Betriebsspannungen (z. B. 10 V, 5 V) für Microcontroller und Verstärkerschaltungen.
Der negative Anschluß des
Systembusses 6 erzeugt das Massepotential GND.
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Zwischen Gleichrichter 48 und
Spannungsregler 52 befindet sich bevorzugt noch eine elektronische
Induktivität 54 (Gyrator).
Diese sorgt für
einen hohen Eingangswiderstand in den Spannungsregler 52 und
entkoppelt Lastschwankungen vom Systembus 6, hervorgerufen
durch den Spannungsregler 52. Der hohe Eingangswiderstand
vermeidet eine Belastung bzw. Pegelreduktion der Sprach- und Datensignale.
Lastschwankungen werden z. B. bei Schaltvorgängen oder in den Verstärkerstufen
erzeugt und würden
ohne Gyrator 54 als Knacken oder Verzerrung zu den Sprachsignalen
auf dem Systembus 6 gemischt. Diese wären dann während eines Gespräches hörbar.
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Der Ausgang des Gleichrichters 48 kann über einen
Schalter ENBUS an das Signal EXTBUS geschaltet werden, d. h. das
Signal EXTBUS entspricht dann der positiven und vom Videosignal
bereinigten Leitung des Systembusses 6. Das Signal EXTBUS
wird mit GND an drei Steckverbindern des Busankopplers nach außen an weitere
Module geleitet.
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Der Schalter ENBUS ist nur im aktiven
Zustand des Busteilnehmers (Sprechverbindung, Abhören des
Sprachrekorders) geschlossen, in welchem dieser eine höhere Leistung
aufnimmt und die weitergeleiteten Sprachsignale des anderen Gesprächsteilnehmers
vom Systembus 6 empfangen und ausgeben muß. In diesem
Zustand reduziert sich auch die Eingangsimpedanz in den Teilnehmer,
da der Gyrator 54 für
alle Lasten, die an EXTBUS hängen, überbrückt wird.
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Im inaktiven Zustand ist der Schalter
geöffnet.
In diesem Fall erhält
der EXTBUS eine kleinere Spannung mit geringerer Leistungsabgabe über eine Entkoppeldiode 56 vom
Ausgang des Gyrators 54. Diese Spannung dient dann nur
zur Versorgung der weiteren modul-internen Microcontroller (erforderlich z.
B. für
Auswertung einer Tastenbetätigung).
Die Eingangsimpedanz in den Teilnehmer entspricht der des lokalen
Gyrators. Sprachsignale vom Systembus 6 werden nicht weitergeleitet.
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Empfangene Datensignale vom Systembus 6 überwinden
das ggf. vorhandene Videofilter 50 und den Gleichrichter 48 und
gelangen über
eine Datenaufbereitung 58 (Filter, Verstärker, Pegelanpassung) zur
Auswertung an den Microcontroller (DATAIN). Datensignale sind z.
B. eine Rufanforderung einer Türstation 2 mit
enthaltener Teilnehmeradresse. Der Busankoppler 22 wertet
diese Adresse aus und veranlasst bei Übereinstimmung mit einer vorher
einprogrammierten Adresse über
den COMBUS die Ausgabe eines Ruftones. Auch der COMBUS wird über Steckverbinder
an weitere Module geleitet.
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Über
den COMBUS empfängt
der Microcontroller des Busankopplers 22z. B. von einem
Tastenmodul die Anforderung, den Türöffner zu aktivieren. Diese
Anforderung leitet er unter Pegel- und Formatkonvertierung über eine
Sendestufe 60 (Verstärker, Filter,
Pegelkonverter), den Gleichrichter 48 und, wenn vorhanden,
das Videofilter 50 an den Systembus 6 weiter.
Zuvor muß er
die Sendestufe 60 über ein
Signal ENOUT aktiv schalten. Durch die Abschaltung wird der Ausgang
der Sendestufe hochohmig, wodurch die Signalpegel auf dem Systembus 6 im
inaktiven Zustand des Teilnehmers nicht belastet werden.
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Bei einer aktiven Sprechverbindung
mit einer weiteren Busteilnehmer-Station wird der AUDIOBUS vom Microcontroller über einen
Schalter ENAUDIO an die Sendestufe 60 geschaltet. Die Sendestufe 60 ist
aktiv und überträgt die vom
Hörer-
oder Audiomodul kommenden Sprachsignale des AUDIOBUS nach einer
Pegelanpassung auf den Systembus 6. Werden Sprachsignale
nur innerhalb eines Teilnehmers übertragen,
z. B. von einem Sprachrekorder an das Audiomodul, so wird der Schalter
ENAUDIO geöffnet
und der AUDIOBUS von der Sendestufe 60 getrennt. Somit
können
auch während
einer internen Sprachsignalübertragung
Datensignale ohne Sprachsignale über
die Sendestufe 60 auf den Systembus 6 gesendet
werden.
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In Reihe zum Ausgang der Sendestufe 60 liegt
ein lokaler Arbeitswiderstand (entsprechend einer Telefonschleife),
der das gleichzeitige Senden aus den niederohmigen Sendestufen 60 zweier
Teilnehmer auf den Bus 6 ermöglicht. Auf dem Systembus 6 wird
dann aufgrund des sich bildenden Spannungsteilers der Arbeitswiderstände der
halbe Pegel erzeugt.
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Zur Verbindung der modularen Komponenten
einer Busteilnehmer-Station ist gemäß obiger Beschreibung ein vorzugsweise
vieradriges Kabel ausreichend. Der Busankoppler 22 besitzt
dazu drei Schnittstellen (CN3, CN4, CN5 entsprechend Ziffer 34 in 2 und 4), an denen weitere Module angeschaltet
werden können.
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Für
den Fall, dass einzelne Module eine erhöhte Stromaufnahme aufweisen,
die bei großen
Anlagen nicht mehr dem Systembus 6 entnommen werden kann,
ist der Anschluß einer
Zusatzversorgung (ZV-A, ZV-B) möglich.
Die erhöhte
Stromaufnahme ist z. B. für
eine Ruftastenbeleuchtung erforderlich. Der Busankoppler 22 besitzt
dazu eine Klemme CN2 mit ZV-A und ZV-B, an die eine Gleichspannung
in beliebiger Polarität
angeschlossen wird. Hierbei ist es bei kleinen Anlagen aber möglich, die
Zusatzversorgung doch aus dem Systembus 6 zu entnehmen, indem
die Busleitung gleichzeitig (zusätzlich)
an die Klemmen CN1 und CN2 angeschlossen wird. Ein zweiter Gleichrichter 62 ermöglicht wieder
einen polungsneutralen Anschluß.
Ein zweites Videofilter 64 entkoppelt die Videosignale
vom Eingang. Der Busankoppler 22 benötigt keine Zusatzversorgung. Die
Ausgangsleitungen ZV+ und ZV– des
Gleichrichters 62 gehen direkt an die Schnittstellen des
Busankopplers zu den weiteren angeschlossenen Modulen. In diesem
Fall werden die vier bisherigen Adern des Intembusses 20 um
zwei Adern zu sechs Adern erweitert.
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Eine zusätzliche Schnittstelle CN6 ist
vorhanden, wenn auch Videosignale über den Systembus 6 übertragen
werden. Dabei wird der Systembus 6 im Busankoppoler 22 direkt
an diese Schnittstelle geführt.
An diese Schnittstelle wird neben der 6-poligen Schnittstelle ein
zusätzliches
Kabel zu einem Videomodul (Kamera- oder Displaymodul) geführt. Die Schnittstelle
muß nicht
unbedingt separat ausgeführt sein.
Ihre zwei Adern können
auch in die Schnittstelle CN3, CN4 und CN5 integriert sein, so dass
sich hier eine 8-polige Schnittstelle ergibt. Dies ist im dargestellten
Ausführungsbeispiel
nicht so ausgeführt,
da der Anteil von Türsprechanlagen
mit Videoübertragung
sehr gering ist, es nur einen Videosender/-empfänger pro Teilnehmer gibt und
die generelle Verwendung eines achtpoligen Kabels zu kostenintensiv
wäre.
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Audiomodul (Hörer-/Sprechmodul; 6)
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Zum Aufbau eines Sprechteilnehmers
wird ein sprachverarbeitendes Modul 28 bzw. 30 an
den Intembus 20 angeschlossen. Dieses Modul ist entweder
ein Hörereinsatz 30 mit
Hörer 32 mit
Sprechmikrofon, Hörkapsel
und Ruflautsprecher oder ein Sprecheinsatz 28, an dem ein
Sprechaufsatz 33 (vgl. 4)
mit Mikrofon und Lautsprecher angeschlossen werden muß. Das Blockschaltbild
zeigt, wie die Signale des Intembus 20 genutzt werden.
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Der EXTBUS geht direkt an einen ersten Spannungsregler 66,
der die Versorgungsspannung für
den Microcontroller regelt. Die Abgabeleistung an den Microcontroller
ist sehr gering und kann aus dem Gyrator 54 im Busankoppler 22 entnommen
werden (Schalter ENBUS geöffnet).
Der Spannungsregler 66 hat einen speziellen Aufbau, der
einen für
Wechselsignale hochohmigen Eingang aufweist. Dies ist für den aktiven
Zustand erforderlich (Schalter ENBUS in Busankoppler 22 geschlossen),
in dem der Regler 66 quasi direkt am Systembus 6 liegt.
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Der Microcontroller ist über den
COMBUS mit den Microcontrollern im Busankoppler 22 und
in den weiteren Modulen verbunden. Vom Microcontroller des Busankopplers 22 erhält er z.
B. – wie
oben erwähnt – die Aufforderung,
einen Rufton zu erzeugen. Dazu schaltet der Microcontroller über POWERON
den lokalen Gyrator 68 mit einem nachgeschalteten zweiten
Spannungsregler 70 ein . Dieser Regler 70 gibt
den für
den Rufstrom und eine folgende Sprachausgabe erforderlichen hohen
Strom ab. Der Busankoppler 22 schaltet dazu, um den nötigen Strom
an den Regler 70 zu tiefem, über den Schalter ENBUS den
Systembus 6 an den EXTBUS.
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Der lokale Gyrator 68 bewirkt,
da ja jetzt der Gyrator 54 im Busankoppler 22 gebrückt ist,
dass Schalt- und Versorgungsströme
der lokalen Verstärkerschaltungen
nicht direkt auf den Bus 6 übertragen, sondern vorab geglättet (aufgeweicht)
werden.
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Ein Lautsprecher- und Mikrofonverstärker 72 wird
aus dem 2. Spannungsregler 70 gespeist. Der Microcontroller
stellt über
VOLCON die jeweils erforderliche bzw. vom Benutzer eingestellte
Ruf- oder Sprachlautstärke
ein und erzeugt über
RUFTON eine eigenständige
Ruftonmelodie. Diese wird einem dem Lautsprecherverstärker 72 vorgelagerten
Summationspunkt 74 zugeführt, über den Lautsprecherverstärker 72 verstärkt und über einen
Ruflautsprecher in Hörer-
oder Sprechmodul ausgegeben.
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Wird im Falle des Hörermoduls
der Hörer 32 abgehoben,
so wird dies über
einen hier nicht dargestellten sog. Gabelumschalter an den Microcontroller mitgeteilt.
Dieser schaltet dann den Ruflautsprecher ab und reduziert die Lautstärke des
Verstärkers. Über den
Schalter ENEXTBUS wird der EXTBUS wechselsignalmäßig an den Summationspunkt 74 geschaltet. Die
von der Gegenstelle auf den Systembus 6 gesendeten Sprachsignale
werden somit im Lautsprecherverstärker 72 an die gewünschte Ausgabelautstärke angepaßt und an
die jetzt aktive Hörkapsel
im Hörer bzw.
an den Lautsprecher im Sprechmodul übertragen.
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Die eigenen Sprachsignale werden
vom Mikrofon im Hörer 32 oder
Sprechaufsatz 33 umgewandelt und dem Mikrofonverstärker 72 zugeführt, der
sie über
den AUDIOBUS bei geschlossenem Schalter DISAUDIO an den Busankoppler 22 weitergibt,
der sie wiederum auf den Systembus 6 an die Gegenstelle
weiterleitet. Zur Reduktion der Lautstärke der selbst erzeugten Sprachsignale
im eigenen Lautsprecher, die über
den EXTBUS an den Lautsprecherverstärker 72 zurückgeführt werden,
ist der AUDIOBUS invertiert mit dem Summationspunkt 74 verbunden
(Rückhörunterdrückung).
Dies führt
im Idealfall zu einer Auslöschung
oder zumindest Unterdrückung
rückgeführter Sprachsignale
im Lautsprecher.
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Handelt es sich um ein Sprechmodul (Sprecheinsatz),
das ein Freisprechen ohne Wechselsprechtaste ermöglicht, so beinhaltet der Block Lautsprecher-
und Mikrofonverstärker 72 zusätzlich einen
speziellen Freisprechschaltkreis (IC). Dieser verhindert eine lokale
Rückkopplung
des Kreises "Mikrofon→AUDIOBUS→-Systembus→EXTBUS→Lautsprecher" und sorgt für eine sprachgesteuerte
Hin- und Herschaltung der Sprechrichtung (Sprachwaage, Gegensprechen).
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Der AUDIOBUS kann selbst auch an
den Summationspunkt 74 geschaltet werden. Dies ist erforderlich,
wenn z. B. ein lokaler Sprachrekorder über den Lautsprecher des Hörer- oder
Sprechmoduls abgehört
werden soll. Dazu wird der Schalter ENAUDIO geschlossen und der
Schalter DISAUDIO geöffnet.
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Ein Sprachrekorder hat prinzipiell
einen gleichartigen Aufbau wie das Hörer-/Sprechmodul. Er beinhaltet jedoch ein
Tonband oder ein digitales Sprachaufzeichnungsmedium (IC). Da der
Sprachrekorder nur auf den AUDIOBUS sendet oder von diesem empfängt, ist
auch der Schalter ENEXTBUS nicht erforderlich. Ebenso entfällt eine
Rückhörunterdrückung, da
entweder nur gesendet (Abhören)
oder empfangen (Besprechen) wird. Beim Senden ist nur der Schalter
DISAUDIO geschlossen, beim Empfang ist nur der Schalter ENAUDIO
geschlossen.
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Tastenmodul (Tastenaufsatz; 7)
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Das Tastenmodul 26 ermöglicht das
Absenden eines Rufes von der Türstation 2 oder
eines Internrufes von einer Wohnungsstation 4 zur einer
anderen oder die Bedienung bestimmter Funktionen der Tür- oder
einer Wohnungsstation (Rufannahme, Türöffnertaste, Licht, Lautstärke usw.).
Auch dieses Modul 26 beinhaltet einen Spannungsregler 76 für den lokalen
Microcontroller mit einem hochohmigen Eingang für Wechselsignale, der aus EXTBUS über den
Gyrator 54 im Busankoppler 22 gespeist wird.
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Der Microcontroller wertet die Betätigung der lokalen
Tasten 10, 11 aus und sendet nach einer Tastenbetätigung ein
Telegramm über
den COMBUS an den Microcontroller im Busankoppler 22 oder
eines anderen Moduls (z. B. Lautstärkeeinstellung an das Hörermodul 30).
Der Microcontroller schaltet aber auch eventuell vorhandene Status-LEDs
ein oder aus (z. B. Betriebs-, Rufeingangs- oder Quittier-Anzeige).
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Eine weiterhin in 7 dargestellte Ruftastenbeleuchtung 78 ist
optional und wird über
die Zusatzversorgung (ZV+, ZV–)
gespeist. Eine vorgeschaltete Stromquelle 80 erzeugt einen
konstanten, von der Busspannung unabhängigen Gleichstrom, mit dem
die LEDs gespeist werden. Die Helligkeit der LEDs ändert sich
somit nicht bei Busspannungsänderungen
(z. B. Spannungsabsenkung bei Ruftonerzeugung).
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Tasten-Basismodul (Tasteneinssatr):
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Das Tasten-Basismodul 24 (vgl. 2 und 4) beinhaltet keine Elektronik, sondern
nur die Weiterleitung der Signale des Intembusses 20 auf
drei Steckverbinder (2 x für
Einsatzmodul, 1 x für
Aufsatzmodul).
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Videomodule:
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Die hier nicht dargestellten Videomodule (Kamera-
und Displaymodul) nutzen ebenfalls die Signale EXTBUS, GND und COMBUS.
AUDIOBUS wird nicht verwendet. Statt dessen ist das Adempaar VIDEO-A
und VIDEO-B (entspricht Systembusleitung) vorhanden. Hierüber kann
der Videoeinsatz auch seine Versorgungsspannung beziehen. Hauptsächlich empfängt bzw.
sendet er hierauf seine Videosignale. Diese überträgt er insbesondere als symmetrisches
Signal (Gegentaktsignal) auf beiden Busleitungsadem. Dadurch werden
die Videosignale unempfindlicher gegen Störungen in Bezug auf die Systemmasse,
da sie beide Signale betrifft und bei der Signalsubtraktion im Empfänger ausgelöscht wird.
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Steuergerät:
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8 zeigt
das Blockschaltbild des Steuergerätes bzw. Netzteils. Die DC-Busspannung (bevorzugt
ca. 26V) wird von einem Transformator 82 aus der 230 V
Netzspannung mit nachgeschaltetem Gleichrichter 84 und
Spannungsregler 86 erzeugt. Ein Gyrator 88 zwischen
Regler 86 und Systembus 6 vergrößert die
Ausgangsimpedanz des Reglers 86 für Wechselsignale, wie Sprache
und Daten. Deren Pegel würde
sonst durch die geringe Ausgangsimpedanz des Spannungsreglers 86 sehr
stark reduziert. Die Ausgangsimpedanz für Gleichströme bleibt aber klein.
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Mit einem hier nicht dargestellten
Videofilter am Ausgang können
eventuelle HF-Videosignale
auf der Busleitung 6 vom in diesem Frequenzbereich niederohmigen
Ausgang des Gyrators 88 entkoppelt werden.
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Optional enthält das Steuergerät 8 bzw.
das Netzteil entsprechend dem Busankoppler 22 einen Microcontroller
mit hier nicht dargestellter Datenaufbereitungs- und Sendestufe.
Der Microcontroller steuert bei Empfang eines speziellen Telegramms von
den Wohnungsstationen (Türöffnertaste)
ein Relais 90 für
einen Türöffner an.
Der Türöffner wird
aus einer weiteren Sekundärwicklung
des Netztransformators gespeist.
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Noch optionaler enthält das Steuergerät 8 weitere
Gleichspannungsquellen zur Bereitstellung einer Zusatzversorgung.
Diese wird aus einer dritten Sekundärwicklung mit nachgeschaltetem
Gleichrichter 92 und Regler 94 gewonnen. Alternativ
kann aber eine eventuell erforderliche Zusatzversorgung auch einem
separaten, nicht dargestellten Netzteil (ohne Gyrator) entnommen
werden (z. B. einfaches DC-"Hutschienennetzteil").
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Vorteile des bevorzugten
Aufbaus:
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- – Beliebige
Erweiterung einer Teilnehmer-Station um Tastenmodule (Ruftasten)
(nur begrenzt durch die Leistungsabgabe des Busankopplers). Jeder
Ruftastenaufsatz hat eigene Intelligenz und muß nicht vom Busankoppler über individuelle
Signaladern angesprochen bzw. abgefragt werden. Der Ausfall eines Ruftastenaufsatzes
führt nicht
zum Ausfall der gesamten Teilnehmer-Station;
- – Beliebige
Erweiterung einer Teilnehmer-Station um weitere Module mit oder
ohne Verarbeitung von Sprachsignalen (Sprachrekorder oder Fingerprint-Schalter);
nur begrenzt durch die Leistungsabgabe des Busankopplers;
- – Nur
eine Sendestufe auf Systembus im Busankoppler erforderlich;
- – 2/4-Drahtumwandlung
im Busankoppler erzeugt zwei Sprachsignalwege für empfangene und zu sendende
Sprachsignale und ermöglicht
einfaches Anschalten weiterer Module, wie z. B. Sprachrekorder mit
getrenntem Sprachein- und -ausgang.
- – Mechanisch:
beliebiger Aufbau von Wohnungs-/Türstationen durch unterschiedliche
Aneinanderreihung von Modulen über-
oder nebeneinander, auch in Verbindung mit anderen Komponenten der Elektroinstallation
(Schalter, PIR-Melder...)
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Alternativer Aufbau:
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Bei einem ebenfalls möglichen
Aufbau entfällt
der AUDIOBUS. Gesendete Sprachsignale werden dabei vom Hörer-/Sprechmodul
auf den EXTBUS und bei Sprechverbindung (Schalter ENBUS im Busankoppler
geschlossen) direkt auf den Systembus 6 gesendet. Der Vorteil
ist die Reduktion des Intembusses 20 um eine Ader. Hier
muß aber
jedes sprachverarbeitende Modul, wie der Busankoppler, eine eigene
abschaltbare Sendestufe mit Arbeitswiderstand zum EXTBUS aufweisen.
Die 2-Draht-/4-Draht-Umwandlung des Sprachsignalweges erfolgt dann
im Hörer-/Sprechmodul.
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Ferner sei nochmals erwähnt, dass
es sich bei dem Hauskommunikatiossystem in Abweichung von der bisherigen
konkreten Beschreibung auch um eine sogenannte "1+n-Anlage" handeln kann. Hierbei dient der Busankoppler 22 in
jeder Wohnungsstation 4 als Verbindungsglied zwischen dem
erfindungsgemäßen Internbus 20 und
der externen Zweidrahtleitung, wobei dann die Türstation 2 entsprechend
einen mehradrigen Anschluß besitzt
(für jede
angeschlossene Wohnungsstation 4 einen gesonderten Draht
plus einen gemeinsamen Massedraht).
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und
beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern umfaßt
auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen.
Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch
1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch
jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller
insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet,
daß grundsätzlich praktisch
jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens
ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt
werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster
Formulierungsversuch für
eine Erfindung zu verstehen.