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Sowohl
bei der Elektroinstallation von Gebäuden als auch auf dem
Gebiet der Gebäudeautomation sind Daten-Bussysteme von
großem Interesse. Weit verbreitet ist beispielsweise der
European Installation Bus (KNX/EIB). Die Vorteile eines solchen
Bussystems sind bekannt und müssen hier nicht weiter erläutert
werden.
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Nachteilig
an den existierenden, speziell für die Gebäudetechnik
entwickelten Bussystemen ist unter anderem, dass zu ihrer Inbetriebnahme
und für Modifikationen stets spezielle Hard- und Software benötigt
wird, da sie weder direkt an eine der üblichen Schnittstellen
eines Büro- oder Heimcomputers (PC) angeschlossen werden
können, noch ein auf Büro- oder Heimcomputern übliches
Datenprotokoll eingesetzt wird.
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Wünschenswert
wäre daher der Einsatz eines in der Datenverarbeitung weit
verbreiteten Netzwerkstandards, wie es der Ethernet-Standard ist, welcher
in IEEE 802, insbesondere in IEEE 802.3, beschrieben ist.
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Dies
bietet den zusätzlichen Vorteil, dass, geeignete Steuerungssoftware
vorausgesetzt, jeder handelsübliche PC einen zentralen
Steuerungsrechner des gebäudetechnischen Ethernet-Netzwerks
im Bedarfsfall ersetzen kann. Wegen der hohen Anforderungen an die
Verfügbarkeit gebäudetechnischer Systeme ist das
sehr nützlich. Ein weiterer Vorteil ist die Verfügbarkeit
preisgünstiger, kompakter Steuerungsmodule mit Ethernet-Anschluß (z.
B. sogenannte Hutschienen-PCs).
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Falls
ein Gebäude mit Leitungen für die Datenübertragung
ausgerüstet werden soll, ist es wünschenswert
nur ein einziges System zu verwenden. Da Ethernet für die
Verbindung datenverarbeitender Systeme oder multimedialer Einrichtungen
das bevorzugte System ist und zunehmend auch für Telekommunikationsanlagen
verwendet wird, wäre es günstig, wenn die Steuerungstechnik
im Gebäude ebenfalls ausschließlich das Ethernet-Netzwerk
verwenden könnte.
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Neben
dem Daten-Netzwerk und einem Steuerungssystem benötigt
eine Gebäudeautomationslösung noch Messgeräte
sowie Ein-Ausgabe-Einheiten. Messgeräte und Ein-Ausgabe-Einheiten
für Ethernet sind zwar Stand der Technik, doch sind diese
nicht für gebäudetechnische Belange konzipiert, sondern
finden ihre Anwendung bevorzugt in der industriellen Automationstechnik
oder in industrieartigen Installationen, wo sie als Module in Schaltschränke
oder Verteilerkästen eingebaut werden. Für den
Einsatz in der Gebäudetechnik, insbesondere im privaten
Wohnungsbau, sind sie in den meisten Fällen nicht gut geeignet.
In solchen kleineren Gebäuden müssen typischerweise
die Zustände einer größeren Anzahl Lichtschalter
oder -taster erfasst werden. Diese sind in den Räumen verteilt
angeordnet, es wäre daher sehr ungünstig, sie
mit einem zentralen Schaltschrank verbinden zu müssen.
Moderne, verbrauchsoptimierte Heizkörperansteuerungen sind ein
weiteres Beispiel für die stark verteilten Ein- und Ausgangskreise
in einer Gebäudeautomation: Schaltkontakte werden zur Detektion
geöffneter Fenster verwendet, und die Ansteuerung von Heizkörperventilen
erfolgt individuell. Vorteilhaft wäre also ein Gerät,
das solche verteilten Ein- und Ausgangskreise mit einem Ethernet-Netzwerk
verbindet und in einer Weise montiert werden kann, die im privaten Wohnungsbau üblich
ist.
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Zusätzlich
sollte eine Temperaturmessung via Ethernet möglich sein,
da die Temperatur eine wesentliche Messgröße in
Gebäuden ist.
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Die
vorliegende Erfindung mit den Merkmalen nach Schutzanspruch 1 ermöglicht
auf einfache Weise die Nutzung eines Ethernet-Netzwerks zur Erfassung
der für einen Raum wesentlichsten Messgrößen
beziehungsweise Signale. Das sind vor allem die Raumtemperatur und
die Schaltzustände der Befehlsgeräte (Taster und
Schalter). Die verwendete Anschluss- und Montagetechnik ist typisch
für die Gebäudetechnik, insbesondere in privaten
Wohngebäuden, und verlangt daher vom Elektroinstallateur nur
wenig Spezialkenntnisse. Das erfindungsgemäße
Gerät wird im Folgenden Koppelgerät genannt. Eine
Ethernetverbindung wird nur zwischen Steuerungssystem und Koppelgerät(en),
beziehungsweise zwischen mehreren Koppelgeräten benötigt.
Temperatursensoren und Befehlsgeräte, wie Lichtschalter oder
Taster, werden mit üblichen Leitungen wie in einer Verteilerdose
angeschlossen.
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Das
Koppelgerät ist für versenkten Einbau in eine
Wand konzipiert. Vorzugsweise findet es in Einbaudosen für
elektrische Geräte und Verbindungen Platz, deren Maße
in DIN 49073 spezifiziert sind. Diese Einbaudosen
werden häufig als Unterputzdosen bezeichnet.
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Eine
detaillierte Beschreibung der Elektronikkomponenten in dem beschriebenen
Koppelgerät erübrigt sich, da die erfindungsgemäßen
Funktionalitäten durch dem Stand der Technik entsprechende elektronische
Schaltungen realisiert werden können. Vorteilhaft ist der
Einsatz eines Microcontrollers zusammen mit für Ethernet-Kommunikation
spezialisierten Elektronikkomponenten oder die Verwendung eines
Microcontrollers, der bereits integrierte Schaltkreise zur Ethernet-Kommunikation
aufweist.
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Vorteilhafte
Optionen des erfindungsgemäßen Koppelgeräts
sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Unteranspruch
2 beschreibt eine Ausstattung mit zusätzlichen Messeingängen.
Beispielsweise kann es sinnvoll sein die Kohlendioxidkonzentration
in einem Raum zu messen um Klimaanlagen zu steuern. Auch die Messung
der Raumhelligkeit zur Steuerung der Beleuchtung oder von Rollläden
ist eine interessante Anwendung. Schließlich sei noch die
Erfassung analoger Sollwerte erwähnt, beispielsweise Raumtemperatur-Sollwerte.
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Unteranspruch
3 beschreibt die mögliche Ausstattung des Koppelgeräts
mit Ausgängen. Wegen des typischen Einsatzzweckes als in
der Wand versenktes Gerät sollen keine großen
Leistungen geschaltet werden, sondern die Ausgänge dienen
der Sollwertvorgabe für angeschlossene Geräte
(beispielsweise motorisch regelbare Heizkörperventile) oder
stellen potentialfreie Schaltausgänge zur Ansteuerung angeschlossener
Geräte dar, wobei diese Geräte auch Schaltelemente
zur Schaltung größerer Leistungen sein können.
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Unteranspruch
4 beschreibt die Möglichkeit, das Koppelgerät
mit mehr als einer Ethernetschnittstelle auszustatten und mit entsprechender,
im Koppelgerät integrierter Elektronik die Funktionalität
von dem Stand der Technik entsprechenden Geräten zur Verteilung
von Datenströmen über Ethernet-Netzwerke (so genannte
Hubs oder Switches) zur Verfügung zu stellen. Dadurch können
bei der inzwischen bei Ethernet-Netzwerken üblichen, bipolaren Übertragung
mehrere Koppelgeräte hintereinander geschaltet werden.
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Unteranspruch
5 beschreibt die Möglichkeit, die Stromversorgung des Koppelgeräts über
das Ethernet-Kabel zu betreiben, womit eine separate Stromversorgungsleitung überflüssig
wird. Dieses Verfahren ist als Power-over-Ethernet bekannt und in IEEE
802.3af beschrieben.
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Die
Unteransprüche 6 und 7 beschreiben die Möglichkeit,
Eingangssignale auf drahtlosem Wege zuzuführen., wobei
bei Unteranspruch 6 die benötigte Empfängerschaltung
in das Kop pelgerät integriert ist, während sie
bei Unteranspruch 7 als separates Gerät ausgeführt
ist, das über geeignete elektrische Verbindungen mit dem
Koppelgerät verbunden ist. Vorteilhaft ist dabei ein Signaltransfer
von Empfangsschaltung zu Koppelgerät in Form eines seriellen
Datenstroms. Die elektrische Verbindung zwischen Empfänger
und Koppelgerät kann auch zur Leistungsversorgung des Empfängers
verwendet werden.
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Eine
vorteilhafte Anwendung des Koppelgeräts nach Ansprüchen
6 oder 7 ist sein Zusammenwirken mit Tastern, welche, den piezoelektrischen
Effekt nutzend, ohne Leistungsversorgung und ohne jegliche elektrische
Anschlüsse betrieben werden können. Sie senden
bei Betätigung für kurze Zeit elektromagnetische
Wellen aus, die in einer Empfängerschaltung decodiert werden
und für verschiedene Schaltvorgänge genutzt werden
können.
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Unteranspruch
8 spezifiziert einen häufig verwendeten Typ der beschriebenen
Unterputz- und Hohlwandgehäuse nach DIN 49073.
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Unteranspruch
9 beschreibt eine Ausführung, bei der das Koppelgerät
als Elektronikmodul fest in die Unterputz- oder Hohlwanddose eingebaut ist,
so dass diese ein Teil des Geräts wird. Das kann beispielsweise
durch Vergießen oder durch andere Befestigungsmethoden
geschehen.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der 1 bis 5 erläutert.
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1 ist
eine Draufsicht auf das Koppelgerät mit Schnittlinie A
(siehe 2).
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2 zeigt
Schnitt A.
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In
den 1 und 2 ist ein vorteilhafter Aufbau
in zwei Ebenen, bzw. mit zwei Leiterplatten 3 und 4 gezeigt.
Auf der oberen Ebene 3 sind alle Anschlussteile angebracht.
Im gezeigten Beispiel werden die Ein- und Ausgänge an die
Klemmenblöcke 1 angeschlossen. Die beiden Anschlüsse 2 dienen dem
Anschluß von Ethernet-Leitungen. In diesem Beispiel ist
es also eine Weiterleitung der Ethernet-Datenströme möglich.
Es können sowohl die weit verbreiteten, 8-poligen RJ45-Verbindungselemente (Buchsen
am Koppelgerät) als auch Klemmen für Einzeladern
verwendet werden. Neben den Anschlussklemmen sind keine empfindlichen
elektronischen Bauteile plaziert, die bei den Installationsarbeiten
beschädigt werden könnten. Die untere Leiterplatte
und nach Bedarf die Unterseite der oberen Leiterplatte tragen die
elektronischen Komponenten 6. Die beiden Leiterplatten
sind mit Pfosten 5 verbunden, die sowohl als Abstandshalter
dienen, als auch elektrische Verbindungen darstellen können.
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3 zeigt
das dazu passende Wandgehäuse in Draufsicht mit Schnittlinie
B (siehe 4). Die Form des Koppelgeräts muß den
Platzbedarf der Befestigungselemente 1 berücksichtigen.
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4 zeigt
den Schnitt B durch das Wandgehäuse. Zur Wand hin (auf
der Abbildung unten) ist das Gehäuse weitgehend geschlossen,
auf der gegenüberliegenden Seite kann es durch einen Deckel verschlossen
werden (nicht eingezeichnet). Öffnungen im Gehäuse
erlauben das Einführen der anzuschließenden Kabel,
das üblicherweise von der Seite her (Pfeile 1)
oder von der Wand her (Pfeile 2) erfolgt.
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5 zeigt
in Draufsicht die Plazierung des Koppelgeräts im Wandgehäuse.
In den Freiräumen 1 seitlich vom Koppelgerät
können Kabel oder einzelne Adern zu den Anschlußklemmen
geführt werden.
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Das
Koppelgerät kann in Kunststoff vergossen oder in einem
eigenen, passend geformten, Gehäuse untergebracht werden.
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Die
Unterputzdose kann zum Raum hin durch einen Deckel verschlossen
sein. Sie kann weitere elektrische oder elektronische Module enthalten. Ein
vorteilhafter Aufbau ist beispielsweise die Anordnung des Koppelgeräts
hinter einem Lichtschalter in einer entsprechend tiefen Dose. Ebenfalls
vorteilhaft ist der Einbau eines Sensors für die Raumtemperatur in
den Deckel der Dose, weil er dann guten Wärmekontakt zur
Zimmerluft hat.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - DIN 49073 [0009]
- - DIN 49073 [0018]