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Verfahren zum digitalen seriellen
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-Auswählen und Steuern eines aus einer Vielzahl von Empfängern, insbesondere
Reglern oder Ventilen einer Heizungs-, LUftungs- oder Klimaanlage sowie Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum digitalen seriellen Auswählen und Steuern aus einer Vielzahl von Empfängern,
insbesondere Reglern.oder Ventilen einer Heizungs-, LüfLtungs- oder Klimaanlage
und auf eine Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Es ist bekannt, einzelnen Heizkörpern einer Heizungsanlage- Thermostatventlle
zuzuordnen und die Vorlauftemperatur einer alle Heizkörper verbindenden Vorlaufleitung
über einen Außentemperaturfühler und einen Regler in Abhängigkeit von der Außentemperatur
zu steuern. Hierbei können den Thermostatventilen Heizwiderstände zugeordnet werden,
um den Thermostatventilen unterschiedliche Soll-werte vorzugeben. Es ist hierbei
bekannt, die einzelnen Widerstände jedes Thermostatventils über je ein Leitungspaar
zu einer zentralen Steuer- und Regeleinrichtung zu führen und dort über eine Schaltuhr
allen Ventilen gemeinsam ein individuelles Sollwert-Zeitprogramm aufzuschalten.
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Der Nachteil einer solchen Ausführung liegt darin, daß jedes einzelne
Steilventil mit einem Leitungspaar mit.den z-entralen Steuer- und Regeleinrichtungen
verbunden sein muß. Insbesondere bei der nachträglichen Ausrüstung einer bestehenden
Heizungsanlage mit solchen programmgesteuerten Thermostatventilen ist der Installationsaufwand
für das Anbringen.der Steuerleitungen nahezu untragbar.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Schaltung zur Durchführ.ung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs
anzugeben, bei der nur ein einziges Leitungspaar notwendig ist, das zu allen anzuwählenden
Empfängern führt, die unabhängig von einer Netzleitung sind und das zugleich die
Stromversorgung für die anzuwählenden Empfänger übernimmt.
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Die Lösung dieser Aufgabe liegt in den kennzei-chnenden Merkmalen
des Verfahrens- und Schaltungshauptanspruchs.
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Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche bzw. gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung hervor, die anhand der Figuren 1 bis 3 der Zeichnungen das erfindungsgemäße
Verfahren bzw.
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die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens erläutert. \
Es
zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Heizungsanlage Figur 2 ein Blockschaltbild
des Senders Figur 3 ein Blockschaltbild des Empfängers ohne den zugehörigen Stellantrieb
und Figur 4 ein Pulsdiagramm.
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In allen vier Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen
Einzelheiten.
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In der in Figur 1 dargestellten Heizungslanlage bedeutet 1 eine Wärmequelle,
beispielsweise ein gas- oder ölbeheizter Kessel, eine Wärmepumpe, ein Umlaufwasserheizer
oder ein elektrisch beheizter Durchlauferhitzer, der über eine Rücklaufleitung 2
mit einem Netz von Verbrauchern verbunden ist, die aus einzelnen Heizkörpern
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bestehen, die über Stichleitungen 4 mit der Rücklaufleitung 2 in Parallelschaltung
verbunden sind.
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Die Wärmequelle 1 speist die Heizkörper 3 über eine mit einer Umwälzpumpe
5 versehenen Vorlaufleitung 6 von der einzelne Stichleitungen 7, die mit Regeleinrichtungen
8 versehen sind, zu den Heizkörpern 3 führen. Die Regel einrichtung besteht aus
einem Unterteil 9 mit Ventilsitz im Ventilkörper sowie einer Stellstange 10, die
von einem Stellantrieb mit Empfänger 11 betätigt ist, wobei der Stellantrieb ein
thermischer Antrieb eines thermostatischen Heizkörperventils sein kann.
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Es sei an dieser Stelle herausgestellt, daß die Erfindung nicht auf
die Anwendung thermostatischer Heizkörperventile beschränkt ist, statt Ventile mit
thermischem Antrieb könnten auch Motorventile verwendet werden bzw. Raumtemperaturregler
allgemeiner Art und Anwendung.
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Wesentlich ist, daß alle Stellantriebe der Regel ein richtung 8 über
eine gemeinsame Sendeleitung 12 gespeist werden und zwar sowohl hinsichtlich ihrer
Stromversorgung als auch hinsichtlich ihrer Ansteuerung mit Adreß'- und Informationsbefehlen.
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Von der Leitung 12 zweigen einzel-ne Zweigleitungen 13 ab, die jede
zu einem Stellantrieb 11 führen.
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Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 sind lediglich zwei-Heizkörper
3 mit 2 vorgeschalteten Thermostatventilen gezeichnet, es versteht sich aber, daß
die Anzahl der Heizkörper und der Thermos-tatventile, allgemein gesprochen der Verbraucher
3 und der vorgesc-halteten Regeleinrichtung 8 ziffernmäßig unbegrenzt ist. Es versteht
sich weiter, daß das Auswahlver-fahren und die Schaltung zur Durchführung des Verfahrens
nicht notwendig auf eine Heizungsanlage beschränkt ist, es kann vielmehr auch bei
einer Kühl-, Trocknungs- oder in der Feuchte zu regelnden Anlage Anwendung finden,
es bezieht sich also allgemein auf das Gebiet der Klimatislernjstechnik.
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Die Leitung 12 wird von Impulsen aus einem Sender 14 gespeist. Somit
ist ein einziger Sender 14 für eine Vielzahl von Empfängern vorhanden, wobei die
Empfänger im wesentlichen aus dem Stellantrieb 11 und weiter dazugehörigen Teilen
bestehen. Es ist die Aufgabe nach dem vorliegenden Verfahren, einen bestimmten oder
mehrere der Stellantriebe 11 aus der Vielzahl der vorhandenen Stellantriebe für
die Thermostatventile auszuwählen.
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Aus der Figur 2 geht das Blockschaltbild des Senders 14 hervor. Der
Sender 14 weist einen Impulserzeuger 15 auf der zwei Ausgänge 16 und 17 aufweist,
wobei auf dem Ausgang 16 eine Spannung mit einer Frequenz f1 und auf der Ausgangsleitung
17 eine zweite Spannung mit einer Frequenzf2 erscheint. Die beiden Spannungen können
von einer gemeinsamen Potentialquelle abgeleitet sein, sie können gleiche oder auch
unterschiedliche Potentiale aufweisen.
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Vom Impulserzeuger 15 geht eine weitere Ausgangsleitung 18 ab, die
zu einem Zeit- und Adreßzähler 19 führt.
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Dieser wird ueber die Leitung 18 mit einem Taktimpuls beaufschlagt,
der jeweils vor dem Beginn eines Obertrag U n g 5 zykl u ss es P r s c h ti t
Schließlich
geht vom Impulserzeuger 15 eine weitere Leitung 20 ab, die zu einem Schieberegister
21 führt.
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Die Leitungen 16 und 17 sind mit je einem Impulsformer 22 und 23 verbunden;
die aus dem auf der Leitung 16 ansteh-enden Rechteckimpuls mit den Frequenzen fl
und f2 entsprechende Sinusimpulse gleicher Frequenz formen.
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An beide Impulsformer 22 und 23 ist ein Umschalter 24 angeschlossen,
der über eine Leitung 25 vom Schieberegister 21 aktiviert oder gesperrt werden kann.
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Vom Umschalter 24 führt eine Leitung- 26 zu einem Modulator 27, der
an seinem Eingang mit einer Netzspannungsversorgung -28 versehen ist und von dem
die Leitung 12 abgeht, die zu den einzelnen Empfängern 11 führt.
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Der.Modulator bewirkt aus der speisenden Netzspannung 28 einmal eine
Gleichspannung, die auf die Leitung 12 gegeben wird und weiterhin wird diese Gleichspannung
12 mit einer der beiden Frequenzen fl und f2 moduliert. Es besteht auch die Möglichkeit,
für bestimmte Zeiten die Gleichspannung unmoduliert auf die Leitung 12 zu geben.
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Der Zeit- und Adreßzähler 19 ist über ein Leitun-gsbündel 29 mit einem
Zeitprogrammspeicher 30 verbunden, in dem die einzelnen Informationen nach physikalischer
Größe und Zeitdauer gespeichert sind, die.den einzelnen Empfängern 11 zukommen sollen.
Der Zeit- und Programmspeicher ist über eine Datenleitung 31 mit dem Schieberegister
21 verbunden, weiterhin besteht über eine Adreßleitung 32 eine Verbindung vom Zeit-
und Adreßzähler 19 zum Schieberegister 21.
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Die Senderschaltung nach Figur 2 weist folgende Funktion auf: Im Impulserzeuger
15 werden fortlaufend Impulse erzeugt, die auf den Leitungen 16, 17, 18 und 20 anstehen.
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Hierbei wird vor Beginn einer Informationsübertragung über die Leitung
18 ein Startimpuls gegeben, der den Zeit- und Adreßzähler 19 aktiviert. Der Zeit-
und Adreßzähler ist so aufgebaut, daß alle Adressen, das heißt alle Empfänger 11
nacheinander zyklisch angewählt werden.
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Die Zykluszeit beträgt etwa 1 Sekunde, bei etwa 16
angeschlossenen
Empfängern beträgt somit die Zeit für einen Informationszyklus 16 Sekunden. Es ist
so infolgedessen möglich, die einzelnen Empfänger 1 bis 16 nacheinander in ihren
Adressen zu speichern und nacheinander aufzurufen. Beispielsweise wird die Adresse
für die 5. Regeleinrichtung 8 zu dem jetzt besprochenen Zeitpunkt aufgerufen und
im Zeitprogramm-Speicher 30 über die Leitung 29 eingespeichert.
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Somit wird dieselbe Adresse für die 5. Regeleinrichtung nach etwa
16 Sekunden wieder aufgerufen. Schleicht sich demgemäß in eine Obertragung zu einem
bestimmten Empfänger ein Fehler ein, wird dieser Fehler beim nächsten Aufruf dieses
Empfängers wieder korrigiert.
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Im Zeitprogramm-Speicher sind nun die einzelnen Zustände gespeichert,
die über gewisse Zeiträume den Empfängern 11 zukommen sollen. Wie groß oder klein
die Zeitspannen sind, in denen die Empfänger 11 bestimmte Zustände annehmen sollen
ist lediglich eine Frage der Speicherkapazität im Zeitprogramm-Speicher 30.
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Im Zeitprogramm-Speicher 30 wird demgemäß der Adresse für die 5. Regeleinrichtung
ein bestimmter Sollwert zugeordnet.
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Ober die Leitung 32 wird die Adresse, über Leitung 31 die zugehörige
Information an das Schieberegister 21 übertragen. Ist das Schieberegister mit allen
Adreß- und Informationsdaten gefüllt, so wird über den auf der Leitung 20 anstehenden
Takt der Inhalt des Schieberegisters über die Leitung 25 auf den Umschalter 24 taktweise
übertragen. Je nachdem ob der logische Zustand für einen bestimmten Taktteil im
Schieberegister logisch 1 oder logisch 0 ist, wird im Umschalter die Spannung mit
der frequenz fl oder mit der Frequenz f2 auf die Leitung 26 geschaltet. Das bedeutet,
daß die auf der Leitung 26 anstehende Impulsfolge dem Impulsinhalt.des Schieberegisters
entspricht, nur daß den logischen Zuständen des Schieberegisters auf der Leitung
26 Frequenzwerte zugeordnet sind.
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Im Modulator 27 wird nun entweder die Spannung mit der Frequenz fl
oder die mit der Frequenz f2 auf die Gleichspannung aufmoduliert.
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So zeigt beispielsweise Figur 4 eine mögliche Impulsfolge die auf
der Leitung 26 ansteht. Der vom Modulator 27 erzeugte Gleichspannungspegel ist mit
33 bezeichnet.
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Jeder Informationszyklus beginnt mit einem relativ breiten Startimpuls'34,
auf den eine Impulslücke 35 folgt, auf die beispielsweise ein erster Impuls 36 mit
der Frequenz fl sich anschließt. An diesen Impuls mit der Frequenz fl schließt sich
wieder eine Lücke 35 an, hierauf kann ein zweiter Impuls 37 folgen, der entweder
die Frequenz fl oder die Frequenz f2 darstelTt. Wesentlich istj daß die einzelnen
Impulse mit den Modulationsinhalten fl oder f2 von Impulspausen 35 unterbrochen
sind, in denen nur der reine Gleichspannungspegel über tragen wird. Der Startimpuls
34 ist sehr viel länger als die normalen Informationimpulse 36 und 37 und dem Startimpu-ls
ist Immer die Frequenz f2 zugeordnet.
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Dieser Startimpuls dient zum Erkennen in den jeweiligen Empfängern,-
daß ein Impulszyklus folgt. Im übrigen sei noch angemerkt, daß in diesem Beispiel
die Impulsfolge eines Zyklus' aus 8 Impulsen besteht, wobei der Startimpuls mitgezählt
ist. Die ersten drei dem Startimpuls folgenden Impulse stellen die Informationsimpulse
dar, die restlichen vier je Afiressimpulse.
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Aus der Figur 3 geht der Aufbau eines Empfängers 11 hervor.
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Jeder Empfänger ist mit der Leitung 12 über zwei Leitungen 38 verbunden,
die natürlich auch eine einzige darstellen können. An die Leitung 38 ist ein Demodulator
39 bzw. 40 angeschlossen, der aus einem F-ilter und aus einem Gleichrichter besteht.
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Steht am Eingang 38 des Demodulators 39 oder 40 eine Spannung mit
der Frequenz fl oder f2 an, so produziert der Demodulator 39 an seinem Ausgang 41
einen Gleichspannungsimpuls von der Länge des Impulses mit der Frequenz fl und der
Demodulator 40 an seinem Ausgang 42 ein Gleichspannungsimpuls mit der Länge eines
Impulses der Frequenz f2. Beide Ausgänge 41 und 42 sind über Leitungen mit einem
Oderglied 43 verbunden.
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Ein Ausgang 44 des Odergliedes ist mit einem Schieberegister 45 verbunden,
dessen Reset-Eingäng 46 von einem Zeitglied 47 beherrscht ist, das über eine Leitung
48 mit dem Ausgang 44 des Odergliedes 43 verbunden ist. Dieses Zeitglied ist so
eingestellt, daß es den ersten [mpuls 34 - verleichr Figur 4 - erketinen kann, der
der .9tartilllpuls eines übertri aungszykl usses ist.
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Der Ausgang 42 ist unmittelbar mit dem Schieberegister 45 verbunden.
Ober den Ausgang 42 können dem Schieberegister nur Impulse mit der Frequenz f2 zugeordnet
werden.
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Die Impulse mit der Frequenz fl und f2 werden über den Takteingang,
der dem Ausgang 44 zugeordnet ist, dem Schieberegister als Taktimpulse zugeführt.
Das Schieberegister hat. einen Informationsausgang 49 und einen Adreßausgang 50,
in dem die einzelnen Impulse'eines Impulszyklusses in Adressen und Informationsimpulse
aufgeteilt werden. Die Informationsimpulse gelangen über einen Zwischenspeicher
51 zu einem Verstärker 52.
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Der Verstärker 52 ist unmittelbar mit der Stelleinrichtung zur Erzeugung
der Stellgröße im allgemeinsten Sinne verbunden. Diese Stellgröße kann einen Sollwert
verändern oder eine Stellgröße im Sinne eines Reglers ändern oder beeinflussen.
So ist es beispielsweise möglich, mit der Ausgangsgröße des Verstärkers auf einer
Leitung 53 einen Widerstand für einen thermischen Stellantrieb eines Thermostatventils
mit Spannung zu versorgen, das heißt aufzuheizen. Es wäre weiterhin möglich, über
die Leitung 53 einen Elektromotor zum Andern seiner Stellung, damit der Stellung
eines Motorventils, zu veranlassen.
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Die Adreßimpul-sleitung 50 ist mit einem Vergleicher 54 verbunden.
Auf diesem Vergleicher 54 ist über eine Leitung 55 ein Adreßwähler 56 geschaltet.
Der Vergleicher ist über eine Leitung 57 mit dem Zwischenspeicher verbunden.
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Einer der in der Figur 3 dargestellten Empfänger 11 weist folgende
Funktion auf: Dem Empfänger 11 wird über die Leitung 12 ein Impulsbild zugeführt,
das dem Impulsbild gemäß Figur 4 entspricht. An den Ausgängen 41 und 42 der beiden
Demodulatoren 39 und 40 resultieren in bestimmter Folge Gleichspannungsimpulse,
wobei auf der Ausgangsleitung 41 nur dann ein -Gleichspannungsimpuls gleicher Länge
ansteht, wenn auf der Leitung 12 ein Impuls mit der Frequenz fl erscheint. Auf der
Leitung 42 steht nur dann ein Gleichspannungsimpuls an, wenn zur gleichen Zeit auf
der Leitung 12 ein Impuls mit der Frequenz f2 erscheint. Das Oderglied 43 schaltet
durch, wenn auf einer der beiden Leitungen 41 und 42 ein Impuls ansteht.
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Aus diesen beiden Impulsen wSwd damit der Takt für das Schieberegister
Bgelijitel-. Das Schieberegister wird durch der ersten Impuls 34 in einen Ausgangszustand
versetzt
Da auf der Leitung 42 nur dann Impulse anstehen, wenn
Impulse mit der Frequenz f2 auf die Leitung 12 gegeben wurden, zählt das Schieberegister
die Impulse mit der Frequenz 2 f2 als.logisch-l-Impulse, wenn Impulse mit der Frequenz
fl vorhanden waren, entspricht das den Logisch-0-Impulsen. Im Schieberegister findet
eine Aufteilung der Impulsfolge eines Zyklus nach dem 4. Impuls statt, da die ersten
4 Impulse Start- und Informationsimpulse, die zweiten 4 jedoch Adreßimpulse sind.
Die Adreßimpulse werden über die Leitung 50 und den Vergleicher 54 übertragen und
mit den Impulsen verglichen, die aus dem Adreßwähler 56 kommen. Hierbei stellt sich
heraus, daß bei wenigstens einem Empfänger die im Adreßwä-hler 56 eingespeicherte
Adreßimpulsfolge mit der gerade empfangenen Adreßimpulsfolge übereinstimmt. Dieser
Empfänger 11 wird also aktiviert, wobei es sich um einen einzelnen oder mehrere
Empfänger handeln kann. Dort wo der Vergleich positiv ausfiel, wird über die Leitung
57 eine Obernahme des Informationsinhaltes des Informationsteils des Zyklusses in
den Zwischenspeicher erfolgen.
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Die im Zwischenspeicher gespeicherten Impulse werden im Verstärker
verstärkt und ausgewertet, so daß auf der Leitung 53 dann ein Signal für die Verstellung
irgendeines Stellgliedes erfolgen kann. Das Schieberegister ist aus Vereinfachungsgründen
so ausgebildet, daß beim Rücksetzen über Eingang 46 alle Speicherplätze auf Logisch-0
geschaltet werden. Da der erste Impuls 34 eines Impulszyklus einem f2-Impuls entspricht,
wird im Schieberegister als erster Impuls ein Logisch-l-Impuls durchgeschoben. Gelangt
der erste Logisch-l-Impuls auf den letzten-Speicherplatz des Schieberegisters wird
damit erkannt, daß eine vollständige Impulsfolge in das Schieberegister eingespeichert
worden ist und daß somit der Adressenvergleich stattfinden kann.
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Das.Wesen-tliche des Verfahrens besteht somit darin, daß zwar allen
Empfängern alle Informationszyklen zugespielt werden, daß aber innerhalb jedes Empfängers
nach Obernahme eines Impul szykl usses erst entschieden wird, ob der zugehörige
Empfänger auch der Adressat des Impulszyklusses ist.
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Es besteht nun noch die Möglichkeit, das Verändern der Stellung eines
Empfängers 11 zum Sender zwecks Vollzug rückzumelden. Hierzu könnte man den Obernahmeimpuls
auf der Leitung 57 auswerten und einen Stromimpuls zurück über die Leitung 12 zum
Sender schicken. Hierzu könnte man so vorgehen, daß nur beim Erreichen einer Endlage
in einem Thermostatventil dieser Stromimpuls rückgemeldet wird.