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Die
Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Heizungssystem mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Schutzanspruchs 1.
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Heizungssysteme
mit elektrischen Heizkörpern
und Raumtemperatur-Reglern (Thermostaten) sind bekannt. An letzteren
lässt sich
eine Solltemperatur einstellen, die mit der gemessenen Ist-Temperatur
eines zu beheizenden Raumes verglichen wird. Bei manchen Systemen
werden Steuersignale vom Thermostaten zu den Heizkörpern oder
deren Steuergeräten
drahtlos, z. B. mithilfe einer Funkfernsteuerung, übertragen.
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Nur
als Beispiel ohne jede Wertung sei auf das Angebot unter der Internet-Adresse http://weno-elektroheizungen.de/Steuerung.htm (Stand
März 2004)
unter „Funkthermostaten" verwiesen.
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Die
Heizkörper
können
demnach über
durch Funk schaltbare Stecker bzw. Adapter direkt an das Stromnetz
angeschlossen werden, und die Funksteuerung vom Raumthermostaten
wirkt auf die schaltbaren Stecker ein, um einen Ein-Aus-Betrieb der
Heizkörper
zu steuern. Dieselbe Quelle beschreibt auch die Option, an den Heizkörpern selbst Steuergeräte mit Funkempfängern vorzusehen,
die eine direkte Steuerung der Heizleistung in Abhängigkeit
von den über
Funk übermittelten
Signalen des Thermostaten übernehmen.
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Eine
eindeutige Funktionsbeziehung zwischen einem Thermostaten und dem
Empfänger
am Heizkörper
und/oder Steuergerät
ist vor Inbetriebnahme durch gegenseitige Abstimmung herzustellen.
Damit wird in einer Mehrraum-Umgebung vermieden, dass Heizkörper ungewollt
von „fremden" Thermostaten gesteuert
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einem Heizungssystem
mit den Gattungsmerkmalen eine besonders einfach und nachvollziehbar zu
handhabende Abstimmung zwischen einem Heizkörper bzw. dessen individuellem
Steuergerät
nebst Empfänger
einerseits und einem Raumthermostaten andererseits vorzusehen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben
vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung an.
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Unter
Berücksichtigung
einer besonders sinnfälligen
Bedienung ist erfindungsgemäß der Lernvorgang
(„learn-enable"-Modus) zum Herstellen der
eindeutigen Funktionsbeziehung zwischen einem in einem kompakten
Gehäuse
angeordneten Thermostaten und einem einem Heizkörper zugeordneten Steuergerät nebst
Empfänger
an eine gegenseitige räumlich/physische
Annäherung
gebunden. Damit wird insbesondere weitgehend eine irrtümliche Abstimmung
eines Heizkörpers
auf einen „falschen" Thermostaten vermieden,
wenn das Heizsystem deren mehrere umfasst.
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In
einem System der kontaktlosen Übertragung
der regulären
Steuersignale vom Thermostaten zu den Heizkörpern bzw. zu deren individuellen
Steuergeräten
kann der Thermostat mit einer autarken Energieversorgung (Batterien,
Akkus) versehen werden. Folglich ist er nicht an eine physische
Leitung gebunden, sondern mobil und kann deshalb an beliebigen Stellen
im Raum platziert werden. Dies macht sich die Erfindung zunutze.
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Dabei
ist es grundsätzlich
gleichgültig,
in welche Richtung die Kennungssignale übertragen werden, also vom
Thermostaten zum Steuergerät/Heizkörper oder
umgekehrt. Ersteres wird allerdings bevorzugt, da der Thermostat
notwendig einen Sender zum Ausstrahlen der Signale der Heizungs- bzw.
Leistungssteuerung umfasst. Dieser Sender kann vorteilhaft auch
die Kennungssignale ausstrahlen. Es ist aber dadurch nicht ausgeschlossen,
dass zum Übertragen
der (System-)Kennung ein anderer Sender oder andere Mittel verwendet
werden.
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Dieses
Verfahren ist auch deshalb von Vorteil, weil bei Bedarf mehrere
Heizkörper
in einem oder mehreren Räumen
von ein und demselben Thermostaten steuerbar sein können. Wollte
man nämlich
in diesem Fall eine individuelle Kennung für jeden Heizkörper im
Thermostaten ablegen, so müsste
letzterer über
mehrere Speicherplätze
verfügen,
die zudem noch individuell ansprechbar sein müssten. Dies könnte zu
einer komplizierten, für
Laien schlecht nachvollziehbaren Bedienung führen.
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Ist
hingegen in jedem Heizkörper
nur ein Speicherplatz für
die Kennung eines Thermostaten vorgesehen, so ist es sehr einfach,
eine eindeutige Arbeitsbeziehung zwischen diesen beiden Geräten einzustellen.
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Da
der Thermostat ferner ohnehin Bedienungselemente zum Einstellen
von Parametern wie z. B. Solltemperatur, Ein- und Ausschaltzeiten
etc. umfasst, können
diese mit Vorteil auch dazu verwendet werden, den Sendemodus zum
Ausstrahlen der Kennungssignale zu aktivieren. Letzteres geschieht normalerweise
nicht sehr häufig.
Deshalb kann eine Sonderbetätigung,
z. B. gleichzeitiges Drücken
zweier Tasten oder dgl., die Kennungsübertragung auslösen. Dieser
Modus wird bevorzugt automatisch auf ein vorgegebenes Zeitintervall
begrenzt, in welchem dann die Annäherung des Thermostaten an
das Steuergerät
des Heizkörpers
stattfinden muss.
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Die
Kennungssignale sollten ohnehin auch den regulären Steuersignalen in geeigneter
Weise zugeordnet (z. B. überlagert,
voran- oder nachgestellt) werden, damit der Empfänger im Steuergerät „weiß", dass er von dem
zuständigen
Thermostaten angesprochen ist. Man kann deshalb insbesondere auch
beim aktivierten Lernvorgang schlicht ein „normales" Leistungssteuersignal übertragen,
wobei dann nur dessen Kennungsanteil ausgefiltert und permanent
gespeichert wird.
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In
jedem Fall ist es von Vorteil im Sinne einer einfachen Bedienung,
wenn am Heizkörper
oder Steuergerät
die Stelle gekennzeichnet ist, an welche der Thermostat für den Lernvorgang
anzunähern
ist. Diese wird, wenn der Empfänger
direkt am Heizkörper
angeordnet ist, regelmäßig in der
Nähe der
ohnehin vorhandenen elektrischen (Leistungs-) Anschlüsse des
Heizkörpers
liegen. Ist das Steuergerät
nebst Empfänger
vom Heizkörper
getrennt angeordnet, z. B. in dessen elektrischer Zuleitung und/oder
an der Steck- oder Anschlussdose, an die der Heizkörper angeschlossen
ist, so ist das Steuergerät
mit einer entsprechenden Markierung zu versehen.
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Bei
einer kontaktlosen Übertragung
der Kennungssignale vom Thermostaten zum Heizkörper oder Steuergerät während des
Lernvorgangs wird der Einlesevorgang erfindungsgemäß durch
annäherungsempfindliche
Schaltglieder ermöglicht.
Wesentlich ist für
alle erfindungsgemäßen Lösungen,
dass der Einlese- bzw. -schreibvorgang nur unterhalb einer physischen
Maximal-Entfernung zwischen Thermostat und Heizkörper / Steuergerät stattfinden kann.
Hierfür
kommen grundsätzlich
alle verfügbaren Systeme
infrage, seien es z. B. Reed-Schalter, die von einem Magneten im
Thermostat-Gehäuse
steuerbar sind, seien es induktive oder kapazitive Koppelglieder,
die als direkte Übertragungsstrecke
für die Kennungssignale
aktivierbar sein können.
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Hierzu
sei angemerkt, dass auch eine solche Übertragung als kontaktlos anzusehen
ist, bei der der Thermostat zwar an eine bestimmte Stelle des Heizkörpers oder
Steuergeräts
angelegt, jedoch keine galvanisch stromleitende Verbindung zwischen
beiden hergestellt wird.
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In
einer Ausgestaltung des Heizsystems werden Heizkörper aus Glasscheiben mit elektrisch leitfähigen und
beheizbaren Schichten verwendet. Diese Heizkörper können transparent sein und umfassen
insbesondere einen begrenzten, von außen sichtbaren Anschlussbereich.
Dieser ist in bevorzugter Ausgestaltung dieser Heizkörper auch
der Bereich, an den der Thermostat zur Übertragung der Kennungssignale
anzunähern
ist. Einer gesonderten Markierung auf einer Außenfläche des Glasheizkörpers bedarf
es in diesem Fall nicht, selbst wenn der Anschlussbereich auf der
vom Benutzer abgewandten Flächenseite
vorgesehen ist.
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In
einer anderen Ausgestaltung des Heizsystems wird das Steuergerät jedes
Heizkörpers
getrennt von diesem, bevorzugt an der festen Anschlussstelle angeordnet.
In diesem Fall ist der Thermostat an eine ggf. markierte Stelle
des Steuergeräts anzunähern, um
die gegenseitige Abstimmung einzuleiten.
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Anstelle
einer kontaktlosen Übertragung
der Kennung kann natürlich
auch eine berührende
(galvanisch leitende) Übertragung
der Kennung vorgesehen werden. Dies würde voraussetzen, am Thermostat-Gehäuse und
am Heizkörper
bzw. am Steuergerät
entsprechende Kontaktflächen
für eine
galvanische Kontaktierung vorzusehen.
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Als
Hardware am Heizkörper
oder Steuergerät
ist neben einem Empfänger
(Antenne, Verstärker) und
einem Schalt- oder Koppelelement ein programmierbarer Lesespeicher
vorzusehen, in den die Kennung nicht-flüchtig, jedoch überschreibbar
abgelegt werden kann (EPROM). Nicht-flüchtig bedeutet insbesondere,
dass bei einem Stromausfall bzw. Trennen des Heizkörpers vom
Netz die gespeicherte Kennung nicht verloren geht. Gleiches gilt
im übrigen
für die
Abspeicherung der Kennung im Thermostaten – diese sollte ebenfalls so
permanent gespeichert sein, dass der Speicherinhalt bei Ausfall
der Betriebsspannung oder Batterie/ Akkuwechsel erhalten bleibt.
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Von
Vorteil ist es im Sinne der Benutzerfreundlichkeit, wenn jeder erfolgreiche
Einlesevorgang der Bedienperson in eindeutiger Weise signalisiert
wird. Dies kann vorzugsweise auf akustischem und/oder optischem
Wege geschehen. Auch ein Misslingen der Kennungs-Übertragung
kann ggf. signalisiert werden, um die Bedienperson zur Wiederholung
aufzufordern. Man kann z. B. hierfür grüne und rote Leuchtdioden vorsehen.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus
der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels
und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.
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Es
zeigen in stark vereinfachter Darstellung
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1 ein Schalt- und Funktionsschema
mit den für
die nähere
Beschreibung der Erfindung wesentlichen Komponenten des Heizungssystems
und seiner Steuerung;
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2 eine Ansicht einer Konfiguration
des Heizsystems mit räumlich
getrennter Anordnung eines Heizkörpers
und seiner Steuerung.
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Gemäß 1 ist ein nur als Ausschnitt
gezeigter elektrischer Heizkörper 1 mit
einer externen Versorgungsspannung U verbunden, vorzugsweise mit
der landesüblichen
Netzspannung. Als Heizelement ist hier nur ein Heizwiderstand 2 angedeutet. Dieser
wird von einem Leistungs-Schaltelement 3 gesteuert, das
seinerseits mehrere Leistungsstufen, ggf. abweichend von der Darstellung
auch mehrere Heizwiderstände
ein- und ausschalten kann. Das Schaltelement 3 wird seinerseits
von einem Regelelement 4 beherrscht (im einfachsten Fall
im Ein-Aus-Betrieb). Das Regelelement 4 erhält über einen
Eingang Vorgabesignale von einem Empfängerelement 5. Letzterem
wiederum werden kontaktlos von einem Thermostaten 6 bzw.
einem darin eingebauten Sender 7 Steuersignale (hier durch
einen Pfeil repräsentiert)
für die
Einhaltung einer vorgegebenen Raumtemperatur zugeführt.
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Der
Thermostat 6 verfügt über eine
hier nicht weiter dargestellte autarke Spannungsversorgung (z. B.
Batterien oder Akkus). Er hat ferner ein digitales Display 8,
das für
den Betrieb der elektrischen Heizung relevante Informationen darstellt
und vorzugsweise als Multifunktionsanzeige arbeitet. Unter dem Display 8 sind
mehrere Bedienelemente zum manuellen Einstellen z. B. von Solltemperatur,
Datum, Uhrzeit usw. vorgesehen. Die damit im Zusammenhang stehenden
Schaltungselemente werden als Stand der Technik vorausgesetzt und
deshalb nicht näher dargestellt
und erörtert.
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Schließlich umfasst
der Thermostat 6 noch einen Permanentmagneten 9.
Im oder am Heizkörper ist
erfindungsgemäß ein magnetisch
betätigbarer, normalerweise
geöffneter
Schalter 10 vorgesehen, der durch räumliche Annäherung des Permanentmagneten 9 geschlossen
werden kann. Einem Anschluss dieses Schalters 10 wird ein
Signal von dem Empfänger 5 zugeführt, sein
anderer Anschluss ist mit einem Eingang eines (nicht-flüchtigen)
Speicherelements 11 verbunden. An der Außenseite
des Heizkörpers
ist eine Markierung 12 dargestellt, an der eine Bedienperson
die Stelle erkennt, an die sie den Thermostat 6 annähern muss,
um den Schalter 10 zu schließen. Schließlich ist dem Speicherelement 11 noch
ein Anzeigeelement 13 zugeordnet.
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Die
Bauelemente 3, 4, 5, 10 und 11 sind
die wesentlichen Bestandteile der elektrischen Steuerung des Heizkörpers und
sind optisch mit einem strichpunktierten Rahmen zu einer Steuereinheit oder
einem Steuergerät
S zusammengefasst. Dieses Steuergerät ist gemäß 1 im oder am Heizkörper 1 selbst angeordnet,
kann aber auch entfernt von ihm angebracht sein.
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Letztere
Variante ist in 2 schematisch wiedergegeben.
Der Heizkörper 1 ist
in einem nur angedeuteten Raum aufgestellt und über eine Kabelverbindung 15 an
eine Stromver sorgung (Steck- oder Anschlussdose) angeschlossen.
Besagte Kabelverbindung 15 geht von einem an einer Raumwand
unabhängig
vom Heizkörper 1 angebrachten
Steuergerät
S aus. Dieses kann wandfest (Anschlussdose) oder mit einem Stecker
für eine
Steckdose kombiniert sein. In noch einer anderen, nicht gezeigten
Variante könnte
das Steuergerät
bei gleicher Funktionalität auch
inmitten der Kabelverbindung fliegend angeordnet sein, wenn eine
hinreichende Empfangssicherheit für die Schalt- und Steuersignale
sichergestellt ist.
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In
jedem Fall ist es auf seiner dem Raum zugewandten Außenfläche mit
einer Markierung 12 versehen, die demselben Zweck dient
wie die Markierung 12 auf dem Heizkörper gemäß 1. Es kann ferner ein hier nicht dargestelltes
Anzeigeelement umfassen, das funktional dem Anzeigeelement 13 in 1 entspricht.
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Man
erkennt ferner den irgendwo in dem Raum oder auch außerhalb
befindlichen Thermostaten 6, dessen Funktionsbeziehung
/ Funkverbindung zu dem Steuergerät S durch einen Doppelpfeil
angedeutet ist.
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Im
folgenden wird nun ein erfindungsgemäß durchgeführter Lernvorgang beschrieben.
Der Thermostat 6 bzw. dessen Sender 7 wird in
einen Modus zum Senden seiner Kennung geschaltet. Dieser kann, wie
schon erwähnt,
durch eine spezielle, in der Bedienungsanleitung erörterte Betätigung eines
oder mehrerer Bedienelemente am Thermostaten 6 aktiviert
werden. Sodann wird der Thermostat 6 nebst dem Magneten 9 an
die Markierung 12 des Heizkörpers 1 oder des Steuergerätes S und
damit an den Schalter 10 angenähert. Letzterer schließt; damit
ist ein „learn-enable"-Modus des Speicherelements 11 aktiviert.
Der Empfänger 5 am
Heizkörper
oder im Steuergerät
S empfängt
die vom Sender 7 im Lernvorgang ausgestrahlten Signale, die zumindest
die für
den Thermostaten 6 charakteristische Kennung enthalten.
Der Empfänger 5 umfasst
eine Signaltrennung (Filter,...), die die Kennungssignale von den
regulären
Steuerungssignalen unterscheiden kann. Die Kennung wird dann über einen
separaten Ausgang und den geschlossenen Schalter 10 dem
Speicherelement 11 zugeführt. Dieses ändert dann
seinen Inhalt und stellt diesen an seinem Ausgang zur Verfügung.
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Die
Anzeigeeinrichtung 13 wird dann aktiviert, wenn am Eingang
und am Ausgang des Speicherelements 11 dasselbe Signal
vorliegt. Der Thermostat kann dann wieder vom Heizkörper 1 entfernt und
der Sendebetrieb beendet werden. Der Schalter 10 schließt und trennt
somit den Eingang des Speicherelements 11 vom Signalfluss.
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Im
normalen (nicht-Lern-)Betrieb leitet das Empfängerelement 5 die
empfangenen Signale vollständig
(also Kennungs- + Steuersignale) zu einer Vergleicherstufe 14,
die dem Ein gang des Steuerelements 4 vorgeschaltet ist.
Ihr wird ferner das Ausgangssignal des Speicherelements 11 zugeführt, das der
Kennung des Thermostaten entspricht. Die Vergleicherstufe 14 soll
also überprüfen, ob
die ihr zugeführten
Steuersignale einen passenden Kennungsanteil haben, anders gesagt,
ob sie vom „richtigen" Thermostaten kommen.
Signale, die kontaktlos von einem nicht im Speicherelement 11 registrierten Thermostaten
kommen, werden von der Steuerung des Heizelements 1 ignoriert.
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Anstelle
des Schalters 10 und des Permanentmagneten 9 kann
der „learn-enable"-Modus des Speicherelements 11 auch
mit anderen Mitteln, z. B. mit induktiver oder kapazitiver Kopplung
aktiviert werden. Diese Mittel könnten
sogar eine direkte Übertragung
der Kennung in das Speicherelement 11 ermöglichen,
sobald der Thermostat im Sendemodus an die entsprechende Stelle
des Heizkörpers
angenähert
wird.
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Der
Abschluss des Lernvorgangs bzw. die Änderung oder Aktualisierung
des Speicherinhalts könnte
auch zu einer direkten Rückmeldung
vom Speicherelement 11 zum Thermostaten 6 genutzt werden.
Hierzu wäre
z. B. ein vom Speicherelement 11 aktivierbarer Transponder
geeignet. Dieser kann das Einlesen bzw. Ändern des Speicherinhalts mit
einem Antwortsignal einem entsprechenden Empfangselement im Thermostaten
rückmelden,
das seinerseits den Modus des Sendens der Kennung beendet.