DE19831089A1 - Elektroinstallationssystem mit Bus zur Informationsübertragung - Google Patents

Abstract

In einem Gebäude-Elektroinstallationssystem werden an planmäßigen Installationspunkten Steckverbinderdosen angebracht, und darin enthaltene Steckplätze werden mit vorkonfektionierten, endseitig mit Steckverbindern bestückten Leitungsabschnitten verbunden. Das Installationssystem enthält außer den Adern zum Transportieren elektrischer Leistung auch noch ein Bussystem mit Lichtwellenleitern für die Informationsübertragung. Trotz des komfortablen Bussystems läßt sich erfindungsgemäß die gesamte Installation praktisch ohne zusätzlichen Aufwand dadurch einrichten, daß die zum Verbinden einzelner Steckverbinderdosen verwendeten, vorkonfektionierten Leitungsabschnitte sowohl Adern für elektrische Leistung als auch Lichtwellenleiter enthalten, wobei die Adern und Lichtwellenleiter von einem Kabelmantel umgeben sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektroinstallationssystem für Gebäude, bei dem an Installationspunkten Steckverbinderdosen angebracht sind, an denen vorkonfektionierte, von einem Kabelmantel umhüllte Leitungsabschnitte angeschlossen sind, und bei dem ein zur Informationsübertragung dienendes Bussystem vorhanden ist.

Ein solches Elektroinstallationssystem ist von dem Anmelder bereits vorgeschlagen worden (deutsche Patentanmeldung 197 45 385). Einzelne Aspekte eines solchen Elektroinstallationssystems werden weiter unten in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.

Ein solches Elektroinstallationssystem hat den Vorteil, daß es dank eines auch für den Laien leicht verständlichen Ausführungsplans sowie ausschließlich vorkonfektionierter Teile auch vom Nicht-Fachmann installiert werden kann. Anhand des Ausführungsplans werden die Löcher zur Aufnahme der Steckverbinderdosen ausgebaut, ggf. werden Kanäle für Leitungen gefräst, und es werden die Steckplätze der Steckverbinderdosen angeschlossen, wozu an den Enden der Leitungsabschnitte im Zuge der Vorkonfektionierung angebrachte Steckverbinder dienen.

Nach dem älteren Vorschlag des Anmelders erfolgte das Verlegen der Leitungsabschnitte zwischen einzelnen Installationspunkten durch separates Verlegen von "Elektrokabeln" zum Transportieren elektrischer Leistung sowie von Lichtwellenleitern des zur Informationsübertragung dienenden Bussystems, welches mit Lichtwellenleitern (Glasfasern) arbeitet.

Der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise eines Informationsbussystems sind bekannt und brauchen hier nicht näher erläutert zu werden. Mit einem solchen Bussystem lassen sich beispielsweise Schaltinformationen für bestimmte Schaltpunkte, aber auch umfangreichere Datenmengen, beispielsweise Daten von Sensoren sowie Daten für Aktoren, übertragen.

In einem typischen Gebäude-Elektroinstallationssystem wird die Information von dem Bus nicht an jeder Stelle benötigt, an anderen Stellen wird möglicherweise nur die Information von dem Bus benötigt, nicht jedoch unbedingt die elektrische Leistung des Stromnetzes. Deshalb hat man zunächst daran gedacht, die elektrischen Kabel völlig getrennt von dem Informationsbus, d. h. den Lichtwellenleitern, zu verlegen. Natürlich kann man dabei zwischen zwei Installationspunkten ggf. auch das elektrische Kabel und den Lichtwellenleiter in ein und demselben Kanal verlegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektroinstallationssystem der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem sich der Aufwand für die Installierung des Systems im Vergleich zu dem oben erläuterten System noch verringert.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Installationssystem der genannten Art dadurch, daß die vorkonfektionierten Leitungsabschnitte sowohl Adern für elektrische Leistung als auch Lichtwellenleiter für das Bussystem enthalten.

Es hat sich gezeigt, daß durch diese Maßnahme beträchtliche Zeit zur Installation eingespart werden kann. Dabei geht es insbesondere um die Zeitersparnis bei dem Anbringen der Steckverbinder an den Leitungsabschnitten im Zuge der Vorkonfektionierung. Da die Vorkonfektionierung werksseitig - unter Einsatz speziell dafür ausgelegter Maschinen - erfolgt, braucht bei der Installation lediglich der betreffende Steckverbinder in den zugehörigen Steckplatz der Steckverbinderdosen gesteckt zu werden. Die Installation des Bussystems wird also gleichzeitig mit der Installation des eigentlichen elektrischen Systems zusammengefaßt, ohne daß nennenswerter Mehraufwand entsteht.

Das Zusammenfassen von elektrischen Leitungsteilen oder -adern zum Transportieren elektrischer Signale einerseits und Lichtwellenleitern zum Transportieren optischer Signale andererseits ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt, vornehmlich aber zur Übertragung von Signalen auf alternativ elektrischem oder optischem Wege (US-A-4,767,168). Die Verwendung derartiger "Hybridkabel" zur Elektroinstallation stellt eine völlig neue Einsatzmöglichkeit dar. Im Rahmen des Bussystems dienen die Lichtwellenleiter in den Leitungsabschnitten der mit einem Mantel umhüllten Kabel zur Informationsübertragung, die metallischen Adern dienen ausschließlich zum Transportieren der Netzspannung, die je nach Land eine Wechselspannung von 220/360 bzw. 110/180 Volt ist. An das Bussystem angeschlossen sind Elemente wie Sensoren, Aktoren etc., die optische Informationssignale empfangen und/oder senden. Die Signalverarbeitung, die typischerweise in einem Microprozessor oder in digitalen Schaltungen erfolgt, macht eine Umsetzung der optischen Signale in elektrische Signale vor der Verarbeitung und eine Rücksetzung der verarbeiteten Signale in optische Signale zum Zweck der Übertragung erforderlich.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung und Verwendung des "Hybridkabels" steht die elektrische Leistung für den Betrieb der elektronischen/elektro-optischen Komponenten an den jeweiligen Installationspunkten zur Verfügung. Dementsprechend befinden sich an den Installationspunkten, wo die relativ niedrige Gleichspannung (z. B. 10 Volt) für den Betrieb elektronischer und elektro-optischer Schaltungen erforderlich ist, Busankoppler, die die Netzspannung umsetzen in die niedrige Betriebsspannung für die elektronischen Schaltungen, und die außerdem Eingänge und Ausgänge für die Lichtleiterfasern enthalten.

Es gibt bereits Kabel für Bussysteme, die außer mehreren Lichtwellenleitern, die zur Informationsübertragung dienen, auch einige metallische Adern zur Übertragung einer Versorgungsspannung für elektrische/elektronische Komponenten an dem Bussystem enthalten. Mit diesen metallischen Adern wird aber nur die relativ niedrige Versorgungsspannung für die elektronischen Bauteile transportiert.

Im Gegensatz dazu dient das erfindungsgemäße Kabel einerseits zur Bereitstellung der Netzspannung an den einzelnen Installationspunkten einer Elektroinstallation eines Gebäudes, andererseits dient das Kabel zur Informationsübertragung, wobei auf Grund der an den Installationspunkten vorhandenen Netzspannung die Notwendigkeit entfällt, die Versorgungsspannung für die elektronischen Schaltungen zusammen mit den Informationssignalen über den Bus zu übertragen. Was an den Installationspunkten benötigt wird, ist lediglich ein Busankoppler, der die Netzspannung umsetzt in die Betriebsspannung für die elektronischen Schaltungen.

An den einzelnen Installationspunkten befinden sich Steckverbinderdosen, und jede Steckverbinderdose enthält eine Kontaktplatte in Form einer Bodenplatte, und auf der Kontaktplatte befinden sich metallische Messerkontakte, und auf der Kontaktplatte befinden sich metallische Messerkontakte, und zwischen diesen Messerkontakten laufen in die Bodenplatte eingelassene Lichtwellenleiter, die optische Signale zwischen verschiedenen auf die Kontaktplatte aufgesteckten Bauteilen übertragen, beispielsweise optische Signale von einem Sensor zu einem Aktor übertragen oder umgekehrt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß mindestens ein Leitungsabschnitt-Ende mit einem Steckverbinder versehen ist, der sowohl Aderenden als auch Lichtwellenleiter-Enden aufnimmt, die mit zugehörigen Elementen in einer Steckverbinderdose gekoppelt werden. Wie oben bereits angesprochen, kann mit vorkonfektionierten Leitungsabschnitten dieser Art eine Elektroinstallation einschließlich eines Informationsbus-Systems auch von einen Nicht-Fachmann ausgeführt werden.

Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung eines Leitungsabschnitts mit sowohl Adern für elektrische Leistung als auch Lichtwellenleitern für ein Gebäude-Elektroinstallationssystem der oben erläuterten und in dem Anspruch 1 angegebenen Art.

Im folgenden wird eine Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Grundriß einer Geschoßwohnung, wobei in zwei Zimmern dieser Geschoßwohnung Symbole für eine Elektroinstallation dargestellt sind;

Fig. 2 eine Wandabwicklung des Zimmers 1 aus Fig. 1 mit Ausführungsplan für die Montage von Steckverbinderdosen und Leitungsabschnitten;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Unterputz- Steckverbinderdose mit teilweise vormontierten Schaltartelementen und Leitungsabschnitt-Steckverbindern für sowohl elektrische Adern als auch Lichtwellenleiter;

Fig. 4 eine Prinzip-Darstellung einer Kontaktplatte mit darauf befindlichem Busankoppler und weiteren Steckelementen;

Fig. 5 eine Querschnittansicht eines Kabels, wie es für vorkonfektionierte Leitungsabschnitte verwendet wird; und

Fig. 6 ein Endstück eines Kabels mit daran angebrachten Steckverbinder.

In Fig. 1 ist der Grundriß einer Geschoßwohnung dargestellt, welche vier Zimmer, Flur, Küche und Bad enthält. Die einzelnen Zimmer sind mit Zi. 1, Zi. 2, . . . bezeichnet. Der Grundriß entspricht im wesentlichen einem Teil des Bauplans eines Gebäudes.

Der "Bauherr", der die Elektroinstallation in dieser Geschoßwohnung ausführen möchte, geht mit dem Bauplan zu einem Planungsbüro für die Elektroinstallation. Mit Hilfe eines rechnergestützten Systems wird die Information aus dem Geschoß-Bauplan umgesetzt in den Ausführungsplan einer Elektroinstallation, wobei im Zuge dieser im Dialogbetrieb mit einem Rechner durchgeführten Umsetzung die Wünsche des Bauherrn für die Ausgestaltung der Elektroinstallation einschließt.

Einzelheiten eines solchen Elektroinstallationssystems sind in der Anmeldung P 197 45 385 des Anmelders ausgeführt.

In Fig. 1 sind rechts unten beispielhaft Symbole für die Geräte in den Zimmern 1 und 2 dargestellt. Dementsprechend befinden sich auch im Flug, in der Küche und im Bad sowie in den anderen Zimmern entsprechende Angaben, die hier jedoch weggelassen sind, um die Zeichnung nicht zu überlasten.

In Fig. 2 ist eine Wandabwicklung 15 dargestellt, welche die einzelnen Wände W1, W2, W3 und W4 des Zimmers Zi. 1 aus Fig. 1 in Aufsicht zeigt. Außerdem dargestellt sind sämtliche Installationspunkte mit Angaben über die Geräteart, sowie sämtliche Leitungsabschnitte. Ferner sind die Höhenangaben für die Installationspunkte auf der linken Seite in Fig. 2 dargestellt. An jedem Installationspunkt und an jedem Leitungsabschnitt findet sich eine eindeutige Bezeichnung (Positionsnummer), wobei das Kürzel St für eine Steckdose, das Kürzel Ltg für einen Leitungsabschnitt, das Kürzel S für einen Schalter und das Kürzel Azd für eine Abzweigdose steht.

Unten in Fig. 2 sind Bemaßungen angebenen, die maßgeblich sind für die Lange der einzelnen Leitungsabschnitte. Die Leitungsabschnitte werden berechnet aus den Summen der Leitungsverläufe in den jeweiligen Wänden W1, W2, . . ., und es wird noch ein gewisses Übermaß addiert, um einen Ausgleich für nicht korrekt gesetzte Wände zu ermöglichen. Mit dieser aus Fig. 1 und 2 ersichtlichen Information und weiteren, besonderen Angaben des Kunden wird eine Stückliste für sämtliche bei der Installation zu verwendenden Teile erstellt. Es erfolgt eine Vorkonfektionierung bzw. eine Bereitstellung sämtlicher für die Elektroinstallation benötigten Teile, wobei werksseitig ein Ablängen der benötigten Leitungsabschnitte und ein Anbringen von Steckverbindern an den Enden der Leitungsabschnitte erfolgt. Wie in Blick auf Fig. 2 zeigt, verläuft z. B. der Leitungsabschnitt von der Doppelsteckdose in der Wand W4 zu der Einfachsteckdose links unten neben der Tür in der Wand W3. Aus den Längenangaben gemäß Fig. 2 ermittelt der Rechner die benötigte Lange des Leitungsabschnitts unter Berücksichtigung der an den Enden anzubringenden Steckverbinder.

An den einzelnen Installationspunkten St 006.04 . . . befindet sich jeweils ein einziger Typ von Steckverbinderdosen zum Einlassen in die betreffende Wand. Fig. 3 zeigt einen Teil einer solchen Steckverbinderdose.

Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Verbindungsblock 42, der mittels Rasthaken 40 in Ausnehmungen 44 im Boden einer Steckverbinderdose verrastet wird.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform des Verbindungsblocks 42 der Steckverbinderdose enthält eine von vier Seitenwänden umgebene Kontaktplatte, von der mehrere Paare von Stegen 63 nach oben ragen, die zwischen sich eine Aufnahmenut zur Aufnahme eines Kontaktmessers 65 bilden.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß es drei benachbarte, im wesentlichen durchgehende Kontaktmesser 65 gibt, denen die drei Adern von dreiadrigen Leitungskabeln zugeordnet werden. Außerdem gibt es weitere Paare von Stegen 63, die zwischen sich jeweils eine Nut 67 bilden. An ausgewählten Stellen der Nuten befinden sich kleine Kontaktmesser 69, welche eine Überbrückung zwischen jeweils zwei benachbarten Kontakten benachbarter Schaltartelemente 71 bilden.

Die Schaltartelemente 71 sind im wesentlichen prismatische geformte Isolierstoffblöcke mit von oben in Fig. 3 nach unten verlaufenden Durchgangsöffnungen, wobei auf der Unterseite selektiv Aufnahmeschlitze 73 ausgebildet sind, in denen Abschnitte von Messerkontakten 65 oder 69 aufgenommen werden. Innerhalb der Schaltartelemente 71 verlaufen elektrisch leitende Verbindungen zu Aufnahmeöffnungen 75 auf der Oberseite der Schaltartelemente. An den Seitenwänden der Schaltartelemente 71 befinden sich Rastvorsprünge 77, die in die Rastausnehmungen 43 in den Seitenwänden des Bodenunterteils 39 eingreifen.

Das Schaltartelement 71 nimmt auf seiner Oberseite einen Steckverbinder 27 auf, der mit einem unten noch erläuterten Leitungsabschnitt im Zuge einer Vorkonfektionierung verbunden wurde. Wie in Fig. 3 zu sehen ist, sind an den Steckverbinder 27 mehrere Leitungsadern 21 für elektrischen Strom angeschlossen, außerdem ein Lichtwellenleiter 23 (die Anzahl der Lichtwellenleiter 23 und der Adern 21 für elektrische Leistung ist systemabhängig).

Durch Rastelemente 78 und 79 werden das Schaltartelement 71 und der Steckverbinder 27 miteinander verrastet. Die Verrastung zwischen Schaltartelement 71 und dem Verbindungsblock 42 erfolgt über Rastelemente 77 bzw. 43.

Fig. 4 zeigt in weitestgehend schematischer Darstellung einen Installationspunkt, an dem sich eine Steckverbinderdose der in Fig. 3 dargestellten Art befindet. Von der Steckverbinderdose nach Fig. 3 ist hier im einzelnen lediglich die Kontaktplatte - hier mit dem Bezugszeichen 101 versehen - dargestellt ist. Ein Kabel enthält sowohl Adern zur Übertragung der Netzspannung, also elektrischer Leistung, als auch mehrere Lichtwellenleiter. Sowohl die metallischen Adern 25 als auch die Lichtwellenleiter 23a und 23b sind zu einem Kabel mit einem Kabelmantel 80 zusammengefaßt. Das Kabel wird weiter unten noch näher erläutert. Die Verbindung mit den auf die Kontaktplatte 101 aufgesteckten Elementen ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Tatsächlich erfolgt die Verbindung mit Hilfe eines Steckverbinders, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.

Auf der Kontaktplatte 101 befindet sich ein Busankoppler 100. Die Verbindung mit den Adern für die Netzspannung ist hier durch einen Pfeil angedeutet, der von der Kontaktplatte 101 zu einem Netzteil 102 führt, welches die 220 V-Netzspannung in eine Gleichspannung umsetzt, die von elektronischen Schaltungen innerhalb des Busankopplers 100 benötigt wird. Der Busankoppler enthält Eingänge und Ausgänge 103, 104 für ankommende Lichtwellenleiter 23a', 23b' bzw. abgehende Lichtwellenleiter 23a, 23b des Lichtwellenleiter-Informationsbusses. Der Busankoppler 100 enthält außerdem nicht dargestellte elektrooptische Bauelemente zum Umsetzen optischer Signale in elektrische Signale und umgekehrt, beispielsweise in Form von Fototransistoren bzw. Fotodioden. Die elektrischen Signale werden von einem in dem Busankoppler 100 enthaltenen Microprozessor verarbeitet.

Außerdem befinden sich auf der Kontaktplatte 101 ein Aktorelement 110 und ein Sensorelement 120. Diese Teile sind über nicht dargestellte Kabel mit einem Aktor, beispielsweise einem Motor für eine Jalousie, bzw. einem nicht dargestellten Sensor, beispielsweise einem Tageslichtfühler, verbunden. Die Signalübertragung zwischen dem Busankoppler 100 und beispielsweise dem Aktorelement 110 erfolgt über einen Abschnitt 115 eines Lichtwellenleiters, wobei dieser Abschnitt 115 in die Kontaktplatte 101 eingebettet ist.

Als Lichtwellenleiter können Glasfasern verwendet werden, bevorzugt werden jedoch relativ dicke Kunststoffschnüre mit einem Durchmesser von nahezu 1 mm. Es hat sich gezeigt, daß diese Lichtwellenleiter in einer Elektroinstallation mit Bussystem der hier interessierenden Art eine ausreichend niedrige Signaldämpfung aufweisen. Ein besonderer Vorteil derartiger Kunststoff-Lichtwellenleiter besteht in der einfachen Anschlußmöglichkeit. Die Ankoppelenden werden einfach quer zur Faserachse abgeschnitten und mit einer Sechskant-Quetschhülse in ihrer Sollage gegenüber beispielsweise einem Fototransistor fixiert.

Die in die Kontaktplatte 101 eingebetteten Lichtleiterabschnitte münden senkrecht in der Oberfläche der Kontaktplatte, wo sie entsprechenden Bauelementen in den darüber befindlichen Komponenten, beispielsweise dem Busankoppler 100 oder dem Aktorelement 110, gegenüberliegen.

Fig. 5 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Leitungsabschnitt, Fig. 6 zeigt ein Ende eines Leitungsabschnitts, welches mit einem Steckverbinder 27 bestückt ist.

In Fig. 5 erkennt man insgesamt fünf "elektrische" Adern 21, jeweils in Form einer Kupferader 25, die von einem Isolierstoffmantel 24 umgeben ist. Außerdem umgibt der Mantel 80 noch zwei Lichtwellenleiter 23a und 23b. Man kann natürlich auch eine höhere Anzahl von Lichtwellenleitern vorsehen, beispielsweise fünf Lichtwellenleiter, um für jede Leitung des in Fig. 4 gezeigten Busses 100 einen separaten Lichtwellenleiter zur Verfügung zu haben. Die Darstellung in Fig. 5 ist lediglich schematisch.

In Fig. 6 ist gezeigt, daß das Ende des Mantels 80 im Bereich des Steckverbinders 27 abisoliert ist. Die einzelnen Stromadern, gestrichelt angedeutet, sind endseitig abisoliert, die Kupferadern stehen rechts in Fig. 6 aus dem Steckverbinder 27 vor. Das gleiche gilt für die zwei als Kunststoffadern ausgebildeten Lichtwellenleiter 23a und 23b.

Mit einem Leitungsabschnitt der in Fig. 5 und 6 dargestellten Art und in Verbindung mit Steckverbinderdosen, deren innere Struktur in Fig. 3 dargestellt ist, läßt sich die oben kurz umrissene Elektroinstallation auch von einem Nicht-Fachmann ausführen. Entsprechend den Angaben in dem Ausführungsplan, der die Wandabwicklung gemäß Fig. 2 beinhaltet, werden zunächst an den Installationspunkten Löcher zur Aufnahme von Steckverbinderdosen ausgebildet. Nach der Installation der Steckverbinderdosen erfolgt die Verlegung der Leitungsabschnitte, und dann werden die Enden der Leitungsabschnitte an die dafür vorgesehenen Steckplätze der einzelnen Steckverbinderdosen angeschlossen. Dabei kann eine farbliche oder mechanische Codierung dazu dienen, daß nur die "richtigen" Steckplätze bei dem Verbindungsvorgang belegt werden.

Claims (5)

1. Elektroinstallationssystem für ein Gebäude, bei dem an Installationspunkten Steckverbinderdosen angebracht sind, an denen vorkonfektionierte, von einem Kabelmantel (80) umhüllte Leitungsabschnitte angeschlossen sind, und bei dem ein Informationsübertragungs-Bussystem vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die vorkonfektionierten Leitungsabschnitte sowohl Adern (21) für elektrische Leistung als auch Lichtwellenleiter (23a, 23b) für das Bussystem enthalten.

2. Elektroinstallationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Leitungsabschnitt-Ende mit einem Steckverbinder (27) versehen ist, der sowohl Aderenden als auch Lichtwellenleiter-Enden aufnimmt, die mit zugehörigen Elementen in der Steckverbinderdose gekoppelt werden.

3. Elektroinstallationssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem an mehreren Installationspunkten Busankoppler angeordnet sind, die jeweils einen Eingang und einen Ausgang für Lichtwellenleiter des Bussystems, einen Eingang für die über die Adern zugeführte Netzspannung und ein Spannungsversorgungsteil (102) zum Bereitstellen von Betriebsspannung für elektronische Bauelemente aus der Netzspannung enthalten.

4. Verwendung eines Leitungsabschnitts mit sowohl Adern für elektrische Leistung als auch Lichtwellenleitern (23a, 23b) für ein Elektroinstallationssystem für Gebäude gemäß Anspruch 1 oder 2.

5. Kabel für ein Elektroinstallationssystem, das ein Informationsübertragungs-Bussystem mit Lichtwellenleitern und elektronischen und/oder elektrooptischen Bauteilen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß neben den zum Transportieren der Netzspannung dienende Adern (21) ein oder mehrere Lichtwellenleiter (23a, 23b) in einem Kabelmantel (80) angeordnet sind.