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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine neuartige Schaltungsanordnung zum Anschluss von Ruftasten an
eine Hauskommunikationsanlage, insbesondere an ein Zweidraht-Bussystem mit elektronischer
Teilnehmer-Adressierung und Adressen-Auswertung oder an eine sogenannte "1+n-Anlage".
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Im Bereich von Tür-Rufanlagen sind herkömmliche
mechanische bzw. elektromechanische Ruftasten bekannt, die jeweils
durch manuellen Tastendruck betätigte
elektrische Schaltkontakte aufweisen. Bei ausschließlichen
Rufanlagen (Klingelanlagen) steuern die Ruftasten üblicherweise
direkt ein elektromechanisches Läutwerk
(Türklingel)
an. Solche bekannten Rufanlagen bestehen üblicherweise aus einem sogenannten
Klingeltransformator, einem akustischen Signalgeber (Läutwerk)
und mindestens einer Ruftaste. Diese Komponenten sind in Reihe geschaltet.
Der Klingeltransformator liefert dabei im allgemeinen einen Wechselspannung
in der Höhe
von 8 bis 12 Volt. Übliche
Läufwerke
haben eine Stromaufnahme im Bereich von 100 mA bis einigen Ampere.
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Moderne Tür-Rufanlagen arbeiten heute häufig elektronisch,
insbesondere in Verbindung mit Kommunikationseinrichtungen, wie
Sprechtechnik und teilweise auch Videotechnik. Solche Hauskommunikationsanlagen
sind häufig
als Bussysteme konzipiert, wobei alle Teilnehmergeräte über einen Zweidraht-Systembus
zur Übertragung
von Steuer- und Kommunikationssignalen sowie zusätzlich auch einer Versorgungsspannung
verbunden sind. Dabei erfolgt eine elektronische Teilnehmeradressierung und
Adressen-Auswertung.
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Weiterhin sind auch sogenannte "1+n-Anlagen" bekannt, wobei eine
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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Nun hat sich in der Praxis gezeigt,
dass es bei Verwendung von herkömmlichen
Ruftasten in Verbindung mit elektronischen Hauskommunikationsanlagen
oftmals schon nach relativ kurzer Zeit zu Störungen dahingehend kommt, dass
bei Betätigung einer
Ruftaste keine entsprechende Signalisierung erfolgt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, zur Lösung
der geschilderten Probleme eine Möglichkeit zu schaffen, weiterhin
marktübliche Ruftasten
auch bei moderneren Hauskommunikationsanlagen einsetzen zu können, wobei
die Ruftasten dennoch – auch
ohne besondere Maßnahmen, wie
beispielsweise eine Abdichtung – über langen Zeiträume hinweg
eine sichere Funktion behalten sollen.
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Erfindungsgemäß wird dies durch eine neuartige
Schaltungsanordnung gemäß dem Anspruch
1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
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Demnach weist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
eine Tastenansteuerschaltung mit einem ersten Schaltungsteil zur
elektronischen Erzeugung einer Tastenanschluss-Wechselspannung aus
einer (ersten) Gleichspannung sowie mit einem zweiten Schaltungsteil
zum Umwandeln von im betätigten
Tasten-Zustand entstehenden Tastensignalen in ein elektronisch auswertbares
Format auf. Vorzugsweise wird dabei die Tastenanschluss-Wechselspannung mit
einer im Vergleich zur Höhe
einer üblichen
Elektronik-Versorgungsgleichspannung (zweite
Gleichspannung) höheren
Amplitude erzeugt.
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Die Erfindung basiert auf folgenden
Erkenntnissen: Die Ruftasten werden häufig bauseits im Außenbereich
von Haustüren
installiert, beispielsweise in Türseiteneinbauwände, Briefkastenanlagen und/oder
Ruftastentableaus. Die Ruftasten weisen in aller Regel keinen besonderen
Schutz gegen eindringende Feuchtigkeit auf, so dass die elektrischen
Kontakte grundsätzlich
einer Korrosion ausgesetzt sind. Dies führte früher aber nicht zu besonderen
Nachteilen in Bezug auf die Funktionalität, sofern im Wechselspannungsbetrieb
die oben genannten Spannungs- und Stromwerte erreicht werden, da
einerseits die Tastenkontakte bei Betätigung etwas aufeinander reiben,
und andererseits der relativ hohe Wechselstrom des Läutwerks
im Bereich der Berührungsflächen der
Kontakte für
ein "Freibrennen" sorgt, so dass praktisch
selbsttätig
eventuelle Oxidschichten abgetragen werden. In einer solchen bekannten
Konstellation arbeiten die Ruftasten somit über lange Zeiträume hinweg
zuverlässig.
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Modernere Anlagen weisen ihre eigenen Versorgungseinheiten
für alle
Stationen auf, die in der Regel eine Gleichspannung tiefem, weil
die Verwendung einer 50 Hz – Wechselspannung
im Sprechbetrieb störend
hörbar
werden kann. Problematisch ist hierbei, dass die Versorgungsgleichspannung
für die
Elektronik-Komponenten bei bekannten Ruftasten insbesondere in Verbindung
mit eindringender Feuchtigkeit die Gefahr birgt, dass sich im Bereich
der Tastenkontakte ein galvanisches Element bildet und einer der
Tastenkontakte durch einen sich aufbauenden kleinen Dauerstrom chemisch
zersetzt werden könnte.
Dieser Effekt tritt vor allem in Meeresnähe verstärkt auf, weil dort die Luft – bedingt durch
das Meerwasser – salzhaltig
ist. Der bei Ruftasten-Betätigung
fließende, üblicherweise
relativ geringe Gleichstrom führt
darüber
hinaus auch nicht zu dem Effekt des Freibrennens der Kontakte, so
dass in der Folge die Ruftasten durch Bildung von Oxidschichten
recht schnell ihre Funktionstüchtigkeit
verlieren können.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung versorgt
nun die Ruftasten – trotz
der elektronischen, mit einer Gleichspannung versorgten Ausführung der
Hauskommunikationsanlage – mit
einer Wechselspannung, vorzugsweise in einer auch früher schon üblichen
Höhe, insbesondere
im Bereich von 8 bis 12 Volt. Über
den zweiten Schaltungsteil werden dann aber die Tastensignale auf
ein elektronisch auswertbares Format umgeformt. Somit handelt es
sich bei der erfindungsgemäßen Tastenansteuerschaltung
um eine Art "Adaptionsschaltung", wodurch übliche Ruftasten
problemlos mit einer elektronischen Kommunikationsanlage eingesetzt
werden können.
Die Wechselspannung verhindert weiterhin die Zersetzung der Tastenkontakte,
weil die Kontakte entgegengesetzt mit wechselnder Spannungspolarität angesteuert
werden, so dass es nicht zur Bildung eines galvanischen Elementes
kommen kann. Der über
die Ruftasten fließende
Strom wird zudem vorzugsweise zumindest kurzzeitig so hoch gewählt, dass
auch ein Freibrennen der Kontakte erreicht wird.
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Anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten,
bevorzugten Ausführungsbeispiels
soll die Erfindung 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 ein
Schaltbild einer Bus-Ankopplerschaltung und
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3 ein
Schaltbild einer erfindungsgemäßen Tastenansteuerschaltung.
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In 1 ist
ein beispielhafter Aufbau einer Hauskommunikationsanlage (Türsprechanlage)
in einer Ausführung
als Bussystem veranschaulicht. Dabei ist (mindestens) eine Türstation 2 vorgesehen, die
im Außenbereich
einer Haustür
installiert wird, sowie mindestens eine Wohnungsstation 4,
die im Innenbereich einer Wohnung üblicherweise neben einer Wohnungseingangstür installiert
wird. In 1 sind beispielhaft
lediglich zwei Wohnungsstationen 4 (WS3 und WS4) dargestellt.
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 aufweist. Damit erzeugt das Steuergerät 8 aus
einer Versorgungsspannung, üblicherweise
der Netzspannung von 230 Volt eine Betriebsspannung für alle Stationen 2, 4.
Zumindest die Türstation 2 ist mit
einer bestimmten Anzahl von Ruftasten 10 verbunden. 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. Über eine
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 nichthörbaren 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 eine hochfrequenten Träger
(beispielsweise 10 MHz) aufmoduliert. Weiterhin ist jeder Wohnungsstation 4 möglicherweise
eine vor einer Wohnungseingangstür
installierte Etagenruftaste 14 zugeordnet.
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Weiterhin ist bei dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel
vorgesehen, dass zumindest die Türstation 2 modular
aufgebaut ist und aus einem Lautsprechermodul 16 und einem
Tastenerweiterungsmodul 18 besteht. Das Lautsprechermodul
ist für
eine Freisprechfunktion ausgelegt und weist dazu einen Lautsprecher
und ein Mikrofon auf (nicht gesondert dargestellt). Die beiden Module 16, 18 sind über einen
Internbus 20 verbunden. Die Ruftasten 10 sind
zum Teil an dem Lautsprechermodul 16 und zum Teil an dem
Tastenerweiterungsmodul 18 angeschlossen. Dabei ist das
Tastenerweiterungsmodul 18 optional anschließbar, gegebenenfalls auch
in größerer Anzahl,
je nach Anzahl der für
die jeweilige Hauskommunikationsanlage erforderlichen Ruftasten 10.
Zum elektrischen Anschluss der Ruftasten 10 weisen das
Lautsprechermodul 16 und das optionale Tastenerweiterungsmodul 18 Anschlusselemente 22 (Steck-
oder Schaubklemmen) auf.
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Erfindungsgemäß ist nun für die Ruftasten 10 eine
neuartige Tastenansteuerschaltung 24 vorgesehen, wozu auf
die 3 hingewiesen wird.
Diese Tastenansteuerschaltung 24 weist einen ersten Schaltungteil 26 und
einen zweiten Schaltungsteil 28 auf. Der erste Schaltungsteil 26 dient
zur elektronischen Erzeugung einer Tastenanschluss-Wechselspannung
VAC vorzugsweise mit einer im Vergleich zur Höhe einer üblichen Elektronik-Versorgungsgleichspannung
VCC höheren
Amplitude. Diese Wechselspannung VAC wird den Ruftasten 10 zugeführt, wobei
in jedem Tastenstromkreis einer von mehreren Arbeitswiderständen (Widerstandsarrays RA5,
RA6) liegt. Die Tastenanschluss-Wechselspannung VAC liegt bezüglich ihrer
Amplitude bevorzugt in der Größenordnung
von 8 bis 12 Volt, insbesondere um etwa 10 Volt. Dabei sind die
Arbeitswiderstände
RA5, RA6 derart bemessen, dass bei Betätigung einer der Ruftasten 10 zumindest
kurzzeitig ein Strom von mindestens etwa 50 mA fließt. Dadurch werden
die Ruftasten 10 im Grunde so betrieben, als ob sie direkt
ein elektromechanisches bzw. elektromagnetisches Läutwerk ansteuern.
In diesem Betrieb arbeiten die Ruftasten 10 zuverlässig, praktisch „selbstheilend" gegen Kontaktkorrosion.
Dazu wird auf die einleitenden Erläuterungen verwiesen.
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Der zweite Schaltungsteil 28 dient
zum Umwandeln von im betätigten
Tasten-Zustand entstehenden Tastensignalen in ein elektronisch auswertbares
Format. Vor allem wird die zu erfassende Spannung etwa auf die Größenordnung
der Elektronik-Versorgungsgleichspannung
VCC herabgesetzt, die insbesondere im Bereich von 5 Volt liegt.
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Wie sich weiter aus 3 ergibt, erzeugt der erste Schaltungsteil 26 die
Wechselspannung VAC vorzugsweise über eine Brückenendstufe 30 aus
einer ersten, die Amplitude der Tastenanschluss-Wechselspannung
VAC bestimmenden Gleichspannung VAA. Die Brückenendstufe 30 besteht
aus zwei im Gegentakt mit einem Ansteuersignal Scan angesteuerten
Operationsverstärkern
U8A, U8B. Dabei kann das Ansteuersignal Scan eine von einem Microcontroller μC erzeugte
pulsierende Gleichspannung sein, insbesondere eine Rechteckspannung
mit einer bestimmten Frequenz von vorzugsweise 50 Hz. Die Endstufe
schaltet die erste Gleichspannung VAA abwechselnd zwischen zwei Ausgängen hin
und her, so dass über
zwei Widerstände
R84, R85 die Tasten-Wechselspannung VAC zur Verfügung steht. Ein erster Ausgangspol
A dieser Wechselspannung VAC wird niederohmig als gemeinsame Tastenleitung
a und ein zweiter Ausgangspol B hochohmig über die Arbeitswiderstände RA5,
RA6 als Einzeltastenleitungen b geführt. Jede der Einzeltastenleitungen
b ist dann mit dem zweiten Schaltungsteil 28 verbunden.
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Der zweite Schaltungsteil 28 ist
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
als Spannungsteilerschaltung mit jeweils den Tasten 10 zugeordneten,
d. h. jeweils mit den Einzeltastenleitungen b verbundenen Spannungsteilern
RA1, RA3 und RA2, RA4 ausgeführt.
Mittenabgriffe dieser Spannungsteiler sind mit einer Tastenerkennung 32 verbunden.
Die Spannungsteiler sind in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit einem Teilerverhältnis von
2:1 ausgefegt.
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Die Tastenerkennung 32 ist
bevorzugt als integrierter Schaftkreis U9 ausgeführt, wobei in Verbindung mit
einem Microcontroller entsprechend der jeweils betätigten Taste 10 digitale
Adress-Codes zur Übertragung
auf den Systembus 6 generiert werden. Die Einzelheiten
dieser Adressierung sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Wird eine Ruftaste 10 betätigt, so
fließt
vorzugsweise aus einem Energiespeicher (Kondensator C51) ein hoher
Impulsstrom von mindestens 50 mA oder wenn gewünscht noch höher durch
den Tastenkontakt und brennt eventuelle Oxidschichten an den Berührungsflächen der
Tastenkontake frei. Der dem Stromimpuls folgende Strom kann deutlich
niedriger sein, beispielsweise im Bereich von 5mA. Der Eingang des
Spannungsteilers der jeweils betätigten Ruftaste 10 liegt
nun nicht mehr hochohmig über
einen der Arbeitswiderstände
RA5/RA6 am Ausgang von U8B sondern über den Widerstand R84 niederohmig
am Ausgang von U8A. Die Polarität
am Eingang der beispielsweise von einem Schieberegister gebildeten
Tastenerkennung 32 für
die jeweils betätigte
Ruftaste 10 wechselt somit in Bezug auf die aktuelle Gesamtpolarität (durch
Scan bestimmt). Da der Schaltkreis U9 (Microcontroller) den Zustand
von Scan kennt, kann er die betätigte
Ruftaste aus dem abgefragten Wert (zum Beispiel 8-Bit-Wert) des Schieberegisters
ermitteln. Der betätigten
Ruftaste 10 wird von einem Microcontroller in Verbindung
mit dem Schaltkreis U9 ein Adresswert zugeordnet und über eine
hier nicht dargestellte Sendestufe auf den Systembus 6 gesendet.
Dieser Adresswert veranlasst dann eine vorher auf diesen Wert programmierte
Wohnungsstation 4 zur Abgabe eines Ruftons und zum Aufbau
einer Sprechverbindung.
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In 2 ist
eine Bus-Ankopplerschaltung 34 veranschaulicht. Über einen
Gleichrichter REC1 wird ein polungsneutraler Anschluss der Schaltung 34 bzw.
des jeweils anzuschließenden
Moduls (16/18) an den Systembus 6 ermöglicht.
Zwei Induktivitäten L1
und L2 dienen zur Auskopplung von eventuell über den Bus 6 übertragenen
Videosignalen. D4 schützt
die folgende Schaltung und dient zu Spannungsreduzierung bei Überspannungen
auf dem Systembus 6. Eine Transistorschaltung um Q4 und Q5
bildet einen sogenannten Gyrator, der AC-Signale (Audio- und Datensignale)
von der folgenden Stufe trennt. Der Gyrator ist eine für AC-Signale
hochohmige Impedanz. Die AC-Signale werden am Ausgang des Gyrators
in hier nicht weiter dargestellte Schaltungsteile weitergeleitet.
Die Ankopplerschaltung 34 weist ferner einen Quellen-Schaltkreis 36 zur
Gewinnung bzw. Aufbereitung der ersten Gleichspannung VAA und der
Elektronik-Versorgungsspannung VCC als zweite Gleichspannung auf.
Eine Beschattung um Transistioren Q10 und Q11 stellt eine Stromquelle dar,
die eine Zener-Diode D2 mit einem von der Busspannung bzw. von einer
Spannung VBB unabhängigen
konstanten Strom betreibt. D2 erzeugt mit einem Widerstand R11 die
erste Gleichspannung VAA (insbesondere 10V zur Tastenversorgung
und vorzugsweise zur Audioversorgung und für eine Bussendestufe) und die
zweite Gleichspannung VCC (insbesondere 5V für Microcontroller und dergleichen).
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Im Übrigen dürften die Schaltbilder für den Fachmann
ohne weitere Erläuterungen
verständlich sein.
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Es sei noch erwähnt, dass die Auswertung (Abfrage
der Ruftasten 10) nicht unbedingt über ein Schieberegister erfolgen
muß. Die
Spannungsteiler RA1/RA2 mit RA3/RA4 können auch direkt oder über Buffer
an Microcontroller-Ports geführt
werden. Somit kann der Aufbau des zur Tastenauswertung konzipierten
zweiten Schaltungsteils 28 auch anders aussehen. Wesentlich
für die
vorliegende Erfindung ist nur die eigens erzeugte Wechselspannung
zur Ansteuerung der Ruftasten 10 unter Vermeidung der Zersetzung
der Tastenkontakte und der bei Tastenbetätigung hohe Impulsstrom zum
Freibrennen der Oxidschichten.
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Insofern ist die Erfindung nicht
auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt,
sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden
Ausführungen.