DE19841738A1 - Schaltsteckdose oder mobile Steckdoseneinheit - Google Patents

Schaltsteckdose oder mobile Steckdoseneinheit

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltsteckdose oder eine mobile Steckdoseneinheit, die bei den Elektroinstallationen im Zweck- und Eigenheimbau, zur Befriedigung höhere Sicherheitsanforderungen, zum Protokollieren von Betriebsstunden einzelner Elektroverbraucher u.v.a.m. einsetzbar ist. Die Aufgabe der Erfindung, eine derartige Schaltsteckdose anzugeben, die eine benutzerunabhängige Einzelidentifizierung elektrischer Geräte, die an die Steckdose angeschlossen werden sollen, ermöglicht, wird dadurch gelöst, daß im Einsteckbereich (91) des Steckdoseneinsatzes (9) eine Antennenspule (11) vorgesehen ist, die einem Schwingkreis eines Schreib-/Leseschaltkreises (4) zugeordnet ist, welche mit einer elektronischen Identifizierungseinheit (1, 2, 3) verbunden ist, die zumindest einen, in einem Speicher (2, 3) ablegbaren Decodierungsalgorithmus und wenigstens einen Transpondercode beinhaltet, und die über eine Stromversorgungsbaugruppe (18, 19) aus der anliegenden Netzspannung mit einer Niederspannung beaufschlagt ist, wobei das magnetische Feld der Antennenspule (11) vom magnetischen Feld eines, einem Netzstecker (12) zugeordneten Transponders (7) bedämpfbar ist, wodurch vermittels der Identifizierungseinheit (1, 2, 3) der Transpondercode ermittelbar ist, wobei bei Übereinstimmung des empfangenen Code mit einem in der Identifizierungseinheit (1, 2, 3) gespeicherten Code zumindest eine Spannungsbeaufschlagung des vorgesehenen Schaltmittels (5), ausgelöst durch die ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltsteckdose oder eine mobile Steckdoseneinheit gemäß der Gattung des ersten Patentanspruchs. Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf Elektroinstallationen im Zweck- und Eigenheimbau, zur Befriedigung höhere Sicherheitsauforderungen, zum Protokollieren von Betriebsstunden einzelner Elektroverbraucher u.v.a.m.
Bekannt sind Schaltsteckdosen, die mit einem Relais versehen sind, das von einem Mikrorechner oder einer elektronischen Schaltung ansteuerbar ist. Die Ansteuerelektronik kann mit einer Uhr, einem Hochfrequenz- oder einem Infrarotempfänger gekoppelt sein. Außerdem sind schaltbare Steckdosen bekannt, die Schaltbefehle z. B. von einem PC über das Stromversorgungsnetz entgegennehmen (vgl. ELV-Hauptkatalog 1998). Bei anderen Systemen wird ein eigenes drahtgebundenes Bussystem installiert, über das ein mit einer herkömmlichen Steckdose gekoppelter Schaltaktor Schaltbefehle erhält (z. B. Unterputz-Schaltaktor der Firma Merten, Prospekt 1996). Alle diese Systeme ermöglichen eine Fernschaltung von Steckdosen.
Der Nachteil dieser Systeme liegt darin, daß das Relais vollkommen unabhängig davon schaltet, ob ein Gerät an die Steckdose angeschlossen ist oder nicht. Dadurch können auch unbenutzte Steckdosen unter Spannung stehen, was ein erhebliches Gefahrdungspotential darstellt. Nachteilig wirkt außerdem, daß auch Geräte angeschaltet werden können, die z. B. wegen zu hoher Stromaufnahme oder aus Kinderschutzgründen (z. B. Maschinen mit rotierenden Teilen) an bestimmten Steckdosen nicht betrieben werden sollen.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden Steckdosen mit mechanischem Kinderschutz, mit Sicherungen und Fehlerstromauslösern entwickelt. Es bleibt jedoch der Nachteil bestehen, daß mit diesen Systemen keine Einzelidentifizierung von elektrischen Geräten, die an die Schaltsteckdose angeschlossen werden sollen, möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltsteckdose oder eine mobile Steckdoseneinheit anzugeben, die eine benutzerunabhängige Einzelidentifizierung elektrischer Geräte, die an die Steckdose angeschlossen werden sollen, ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachgeordneten Ansprüche erfaßt.
Im Rahmen der Erfindung gelangen dabei Identifizierungssysteme auf der Basis von kontaktlosen, intelligenten Datenträgern, sogenannten Transpondern, zum Einsatz, die aus anderen Gebieten der Technik bekannt sind. Derartige Transponder enthalten Informationen, die berührungslos von einer Schreib-/Leseeinheit ausgelesen werden können. Die Energie zum Betrieb des Transponders wird einem hochfrequenten Magnetfeld eines elektrischen Schwingkreises in der Schreib-/Leseeinheit entnommen. Transponder werden in der Warenwirtschaft zur Einzelverfolgung von Stückgütern, im Sport zur Zeitnahme bei Massenveranstaltungen oder als Zugangskontrolle zu Räumen, Fahrzeugen u.ä. eingesetzt.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Identifizierungseinheit, die in einer Schaltsteckdose oder einer mobilen Steckdoseneinheit untergebracht ist, eine Spule als Teil eines elektrischen Schwingkreises und einen Mikrorechner enthält, der über mindestens einen Portanschluß verfügt und der in einem Festwertspeicher eine entsprechende Betriebssoftware beinhaltet, die den über den Portanschluß einlaufenden Datenstrom auswertet, eine Zuordnung der Daten zu einer in einem Speicher abgelegten Konfigurationsdatei vornimmt und daraus die Identifizierungsinformation ableitet, die über mindestens einen weiteren Portanschluß ausgegeben wird, wobei der einlaufende Datenstrom bei der Demodulation eines hochfrequenten Signals entsteht, das durch den elektrischen Schwingkreis erzeugt wird und dem die Modulation durch einen am Netzstecker oder am steckereingangsseitigen Leitungskabel eines elektrischen Gerätes befestigten Transponder aufgeprägt wird.
Im Rahmen der Erfindung ist die Spule des elektrischen Schwingkreises vorteilhaft als Luftspule ausgeführt und innerhalb der Schaltsteckdose über den Isolierkörper des Steckdoseneinsatzes gesteckt. Wenn der Transponder am Netzstecker des elektrischen Gerätes befestigt wird, entsteht eine magnetische Kopplung zwischen der Spule der Identifizierungseinheit und der im Transponder befindlichen Spule, sobald der Netzstecker in die Steckdose gesteckt wird. Die magnetische Kopplung der beiden Spulen ermöglicht den Informationsaustausch zwischen der Identifizierungseinheit und dem Transponder.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die Spule des Schwingkreises in den Tragring des Steckdoseneinsatzes einzubauen, der dann aus Plast oder einem ähnlichen Material bestehen müßte, um die Dämpfung des Schwingkreises nicht zu beeinflussen.
Die Transponder enthalten einen Identifizierungscode, der ihnen bei der Herstellung oder durch die Identifizierungseinheit selbst, im Rahmen einer Konfigurationsphase, eingeprägt wird. Da jeder Transponder der zum Einsatz gelangenden elektrischen Geräte mit einen anderen Identifizierungscode versehbar ist, ist eine eindeutige Identifizierung des jeweils an die Schaltsteckdose angeschlossenen elektrischen Gerätes möglich.
Die Ansteuerung des Schwingkreises in der Identifizierungseinheit erfolgt durch einen speziellen Schreib-/Leseschaltkreis, der auch die Demodulation des entstehenden hochfrequenten Signals vornimmt und einem Mikrorechner zur Decodierung zur Verfügung stellt. Das hochfrequente Signal wird durch den Transponder moduliert. Der Identifizierungscode kann auf verschiedene Art codiert sein (z. B. Manchestercode, FSK u. a.), wobei dem Mikrorechner die entsprechende Anzahl der Decodierungsalgorithmen zu Verfügung stehen müssen.
Die über den einen Portanschluß ausgegebene Identifizierungs­ information kann im Rahmen der Erfindung zum Schalten eines Schaltmittels, insbesondere eines Relais, genutzt werden, das die Steckdosenkontakte mit der anliegenden Netzspannung verbindet oder von ihr trennt.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels und schematischer Zeichnungen im nachstehenden näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine prinzipielle Schaltungsanordnung für eine Identifizierungseinheit in einer Schaltsteckdose,
Fig. 2 die Anordnung einer Schwingkreisspule und eines Transponders, um eine magnetische Kopplung zu erreichen und
Fig. 3 einen seitlichen Schnitt durch die gesamte Schaltsteckdose mit einem eingesteckten, mit einem Transponder versehenen Netzstecker.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltsteckdose mit Identifizierungseinheit besteht im wesentlichen aus einem Mikrorechner 1, dessen Betriebsprogramm in einem Festwertspeicher (ROM) 2 abgelegt ist. In einem Arbeitsspeicher (RAM) 3 können unter anderem Informationen über die gültigen Identifizierungscodes enthalten oder eingebbar sein. Der Mikrorechner steuert den Schreib-/Leseschaltkreis 4 an und erhält von diesem den von dem extern angeordneten Transponder 7 über die Antennenspule 11 des elektrischen Schwingkreises übermittelten Identifizierungscode. Der Mikrorechner 1 steuert ebenfalls das Relais 5 an und kann auch Informationen an andere Baugruppen, wie Datenerfassungs-, Anzeige- und/oder Steuermittel, über eine Schnittstelle 6 (drahtgebunden oder drahtlos) weitergeben oder von diesen erhalten. Die Stromversorgung 8 dient zur Energieversorgung der Identifizierungseinheit.
Fig. 2 zeigt eine prinzipielle räumliche Anordnung der Schwingkreisspule 11 und des Transponders 7. Der Steckdoseneinsatz 9 enthält die nicht näher bezeichneten elektrischen Kontakte der Schaltsteckdose. Darauf ist der Isolierkörper 10 festgeschraubt, auf den die als Luftspule ausgebildete Antennenspule 11 des Schwingkreises gesteckt ist. Wenn der Netzstecker 12, an dem im Beispiel der Transponder 7 in der Kunststoffummantelung des Steckers untergebracht ist, in der Steckdose steckt, entsteht die erforderliche magnetische Kopplung zwischen der Antennenspule des Schwingkreises und dem Transponder. In diesem Fall wird die in Fig. 2 nicht dargestellte Spule des Transponders vollständig vom Feld der Antennenspule 11 umfaßt. Alternativ kann der Transponder vermittels eines Clips 14 am steckereingangsseitigen Leitungskabel befestigt sein. Ein Tragring 15 dient zur üblichen Befestigung des Steckdoseneinsatzes. Die Kontaktfedern 13 stellen den Schutzkontaktanschluß dar.
Der Gesamtaufbau der Schaltsteckdose oder mobilen Steckdoseneinheit ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Die gesamte Baugruppe ist in einer handelsüblichen Doppelunterputzdose 17 untergebracht. Die linke Hälfte der Abbildung zeigt den in Fig. 2 beschriebenen Aufbau mit dem Steckdoseneinsatz 9 und der Schwingkreisspule 11. In der rechten Hälfte sind die für den Betrieb des Mikrorechners 1 notwendigen Baugruppen dargestellt. Eine Stromversorgungsleiterkarte 18 enthält alle Bauelemente 19, um aus der Netzspannung die Niederspannung für den Mikrorechner 1 zu erzeugen. Über Netzanschlußklemmen 20 und ein übliches Netzanschlußkabel 21 wird die Netzspannung zugeführt. Die Stromversorgungsleiterkarte ist mit einer Mikrorechnerleiterkarte 22 über Steckkontakte 23 verbunden. Zur Einhaltung der erforderlichen Isolationsabstände zwischen den beiden Leiterkarten sind diese über Abstandshalter aus Polyamid 16 miteinander verbunden. Die Mikrorechnerleiterkarte 22 enthält neben dem eigentlichen Mikrorechner 1 einen Festwertspeicher 2 und Arbeitsspeicher 3 (ROM bzw. RAM) und den Schreib-/Leseschaltkreis 4 der Identifizierungseinheft. Das zum Schalten der Steckdose erforderliche Relais 5 ist auf der Stromversorgungsleiterkarte aufgelötet.
Die zu den Fig. 1 bis 3 beispielhaft beschriebene Anordnung funktioniert folgendermaßen:
In einer Konfigurationsphase der Identifizierungseinheit werden die Codes der Transponder 7 an den Netzsteckern der zu identifizierenden elektrischen Geräte ermittelt oder einprogrammiert und entweder als Teil des Betriebsprogramms im Festwertspeicher 2 abgelegt oder z. B. über eine serielle Schnittstelle in den Arbeitsspeicher 3 geladen. Außerdem sind Zusatzinformationen vorhanden, die die beim Decodieren eines bestimmten Transponder-Codes auszulösenden Aktionen kennzeichnen; z. B. An- oder Abschalten des Relais 5, Ausgabe einer Warnmeldung an andere Baugruppen über eine Schnittstelle 6. Weiterhin müssen dem Mikrorechner die in Frage kommenden Decodierungsalgorithmen zur Verfügung stehen.
In der Betriebsphase ist vorgesehen, daß der Mikrorechner 1 entweder permanent oder in getaktet vorgebbaren Zeitabständen, z. B. sekündlich, mit dem Schreib-/Leseschaltkreis 4 kommuniziert und versucht, den eingehenden Datenstrom zu decodieren. Solange sich kein Netzstecker 12 mit Transponder 7 in der Steckdose befindet, gelingt eine sinnvolle Decodierung nicht, und es wird kein Gerät identifiziert.
Sobald ein Netzstecker 12 mit Transponder 7 in den Steckdoseneinsatz 9 gelangt, so induziert das magnetische Feld der Schwingkreisspule 11 im Transponder 7 eine Spannung. Bei ausreichender Feldstarke beginnt der Transponder 7 sein internes Prograin abzuarbeiten und dämpft entsprechend seinem einprogrammierten Code das Magnetfeld. Diese Amplitudenmodulation demoduliert der Schreib-/Leseschaltkreis 4 und liefert den entstehenden Datenstrom an den Mikrorechner 1, der den Identifizierungscode herausfiltert. Anschließend wird der decodierte Identifizierungscode mit den im Speicher abgelegten Transponder-Codes verglichen. Bei Übereinstimmung wird die zugehörige Aktion ausgeführt, insbesondere das Relais 5 ausgelöst und die Steckereinsätze erstmalig mit Netzspannung beaufschlagt. Beim Entfernen des Steckers 12 und damit des vorher beschriebenen Ausgangszustands ist wiederum eine sinnvolle Decodierung nicht möglich und der Mikrorechner veranlaßt zumindest das Relais 5, die an den Steckdoseneinsatzkontakten anliegende Netzspannung abzuschalten.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1
Mikrorechner
2
Festwertspeicher, ROM
3
Arbeitsspeicher, RAM
4
Schreib-/Leseschaltkreis
5
Schaltmittel/Relais
6
Schnittstelle zu anderen Baugruppen
7
Transponder
8
Stromversorgungsbaugruppe
9
Steckdoseneinsatz
10
Isolierkörper
11
Antennenspule/Schwingkreisspule
12
Netzstecker
13
Kontaktfedern für den Schutzkontakt
14
Clip
15
Tragring
16
Abstandshalter
17
Doppelunterputzdose
18
Stromversorgungsleiterkarte
19
Stromversorgung
20
Netzanschlußklemmen
21
Netzanschlußkabel
22
Mikrorechnerleiterkarte
23
Steckkontakte
91
Einsteckbereich

Claims (11)

1. Schaltsteckdose oder mobile Steckdoseneinheit, beinhaltend einen üblichen, mit einem Netzanschluß (21) verbundenen Steckdoseneinsatz (9), der über ein Schaltmittel mit Netzspannung beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Einsteckbereich (91) des Steckdoseneinsatzes (9) eine Antennenspule (11) vorgesehen ist, die einem Schwingkreis eines Schreib-/Leseschaltkreises (4) zugeordnet ist, welche mit einer elektronischen Identifizierungseinheit (1, 2, 3) verbunden ist, die zumindest einen, in einem Speicher (2, 3) ablegbaren Decodierungsalgorithmus und wenigstens einen Transpondercode beinhaltet, und die über eine Stromversorgungsbaugruppe (8; 18, 19) aus der anliegenden Netzspannung mit einer Niederspannung beaufschlagt ist, wobei das magnetische Feld der Antennenspule (11) vom magnetischen Feld eines, einem Netzstecker (12) zugeordneten Transponders (7) bedampfbar ist, wodurch vermittels der Identifizierungseinheit (1, 2, 3) der Transpondercode ermittelbar ist, wobei bei Übereinstimmung des empfangenen Code mit einem in der Identifizierungseinheit (1, 2, 3) gespeicherten Code zumindest eine Spannungsbeaufschlagung des vorgesehenen Schaltmittels (5), ausgelöst durch die Identifizierungseinheit (1, 2, 3), und damit eine Netzspannungsbeaufschlagung des Steckdoseneinsatzes (9) erfolgt.
2. Schaltsteckdose oder mobile Steckdoseneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifizierungseinheit, bestehend aus einem Mikrorechner (1), einem Festwertspeicher (2) und einem Arbeitsspeicher (3) sowie der Schreib-/Leseschaltkreis (4) auf einer gesonderten Mikrorechnerleiterkarte (22) untergebracht sind, die mit einer weiteren gesonderten Stromversorgungsleiterkarte (18), die eine Niederspannungseinheit (19), ein Relais (5) als Schaltmittel und einen Netzanschluß (20) beinhaltet, elektrisch verbunden ist.
3. Schaltsteckdose oder mobile Steckdoseneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrorechnerleiterkarte (22) von der Stromversorgungsleiterkarte (18) mittels elektrisch isolierender Abstandshalter (16) voneinander beabstandet und über Steckkontakte (23) miteinander elektrisch verbunden sind.
4. Schaltsteckdose oder mobile Steckdoseneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenspule (11) als Luftspule ausgebildet und auf einen Isolierkörper (10) des Steckdoseneinsatzes (9) aufgesteckt ist.
5. Schaltsteckdose oder mobile Steckdoseneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenspule (11) in einen Tragring (15) des Steckdoseneinsatzes (9) eingebracht ist.
6. Schaltsteckdose oder mobile Steckdoseneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Steckdoseneinsatz (9) zugeordnete Netzstecker (12) den Transponder (7) in seiner Kunststoffummantelung derart beinhaltet, daß der Transponder (7) im eingestecktem Steckerzustand vollständig vom Feld der Antennenspule (11) umfaßt ist.
7. Schaltsteckdose oder mobile Steckdoseneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Steckdoseneinsatz (9) zugeordnete Netzstecker (12) den Transponder (7) an einem der Antennenspule (11) möglichst nahe zugeordneten äußeren Steckerabschnitt trägt.
8. Schaltsteckdose oder mobile Steckdoseneinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Transponder (7) vermittels eines Clips (14) am steckereingangsseitigen Leitungskabel befestigt ist.
9. Schaltsteckdose oder mobile Steckdoseneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Transpondercodes im Festwertspeicher (2) als Teil des Betriebsprogramms abgelegt oder über eine vorgesehene Schnittstelle in den Arbeitsspeicher (3) einlesbar sind.
10. Schaltsteckdose oder mobile Steckdoseneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrorechner (1) permanent oder in getakteten Zeitabständen den Datenstrom des Schreib-/­ Leseschaltkreises (4) ausliest und einen gegebenenfalls anliegenden Transpondercode herausfiltert und das Relais (5) auslöst und/oder Signale an eine Schnittstelle (6) weiterleitet.
11. Schaltsteckdose oder mobile Steckdoseneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrorechner (1) der Identifizierungseinheit mit weiteren Baugruppen, wie Datenerfassungs-, Anzeige- und/oder Steuermitteln, über eine Schnittstelle (6) in Verbindung gebracht ist.
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