DE3843351A1 - Elektroinstallation mit einem einen lichtleiter enthaltenden stromkabel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Elektro­ installation, z.B. eine Elektroinstallation für ein Wohn-, Gewerbe- oder Verwaltungsgebäude. Speziell be­ trifft die Erfindung ein für eine solche Elektroinstal­ lationen verwendetes Stromkabel in Verbindung mit einem speziell ausgebildeten Schalter (Sender) und einer Ver­ braucher-Stelleinrichtung (Empfänger). In der umfassen­ sten Form betrifft die Erfindung eine Elektroinstalla­ tion, die ein Stromkabel, mehrere Schalter und mehrere Verbraucher-Stelleinrichtungen enthält.

Bei herkömmlichen Elektroinstallationen werden die Verbraucher, also insbesondere Beleuchtungskörper über Schalter an die Netzspannung gelegt oder von der Netzspannung getrennt. Während bei ein­ fachen Verbrauchern und Schaltern die Installation relativ problemlos ist, ist die Installation von Wechselschaltern in Verbindung mit einem oder mehreren Verbrauchern schon aufwendiger.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel für die Elektroinstallation anzugeben, die es ermöglichen, auch komplizierte Verschaltungen auf einfache Weise zu realisieren, wobei ein Schaltertyp für verschiedene Arten von Verschaltungen (Einfachschaltung, Wechsel­ schaltung) eingesetzt werden kann.

Bei einem einen metallischen Stromleiter enthaltenden Stromkabel für die Elektroinstallation zum Anschalten mindestens eines elektrischen Verbrauchers an eine Spannungsquelle von mindestens einem Schalter aus, wird diese Aufgabe grundsätzlich gelöst durch einen als Lichtleiter ausgebildeten Informationsleiter.

Der erfindungsgemäße Lichtleiter ist Bestandteil des Stromkabels und wird zusammen mit diesem ohne zusätz­ lichen Aufwand verlegt. Insbesondere kann es sich um ein Flachbandkabel handeln, wobei zusätzlich zu den üblichen metallischen Leiterseelen eine optische Faser als Lichtleiter in der gleichen Ebene wie die übrigen Leiterseelen vorgesehen ist. Bei einem Rundkabel wird der Lichtleiter vorzugsweise zentral angeordnet.

Während der metallische Stromleiter wie üblich als Kupferdraht ausgebildet ist, ist der Informations­ leiter als Lichtleiter (auch als Lichtwellenleiter oder optische Faser bezeichnet) ausgebildet. Der Informationsleiter dient ausschließlich zur In­ formations- und Steuersignalübertragung in Form von Lichtimpulsen bzw. Lichtimpulszügen.

Mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Stromkabels läßt sich die Elektroinstallation in einem Wohngebäude oder einem anderen Gebäude wesentlich vereinfachen, wobei gegenüber herkömmlichen Installationen viel mehr Möglichkeiten der Verschaltungsarten bestehen.

In Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Stromkabel wird vorzugsweise ein Schalter für einen elektrischen Ver­ braucher eingesetzt, der an ein erfindungsgemäßes Stromkabel angeschlossen ist. Erfindungsgemäß wird der übliche Schalter ersetzt durch einen Schalter mit folgenden Merkmalen:

• - an den Stromleiter ist eine Spannungsversorgungs­ einheit angeschlossen;
• - eine von der Spannungsversorgungseinheit ge­ speiste Schalter-Steuereinheit empfängt von einem Signalgeber ein Schaltsignal; und
• - zwischen dem Lichtleiter des Stromkabels und die Schalter-Steuereinheit ist ein Sender gekoppelt, der abhängig von dem Schaltsignal ein von der Schalter-Steuereinheit generiertes Steuersignal als Lichtimpulszug in den Lichtleiter einspeist.

Lichtleiter-Weichen sind bekannt. Mit solchen Licht­ leiter-Weichen lassen sich aus Lichtleitern (Licht­ wellenleitern, optischen Fasern) Lichtsignale ab­ zweigen, und es können Lichtsignale in einen Leiter eingespeist werden. Die Ankoppelung des Senders an den in dem erfindungsgemäßen Stromkabel enthaltenen Licht­ leiter erfolgt also zum Einspeisen von Steuerinforma­ tion in Form von Lichtimpulszügen. Bei dem ge­ nannten Signalgeber handelt es sich z.B. um einen Sen­ sorschalter, um eine Reflexions-Lichtschranke oder der­ gleichen. Durch Ansprechen der Lichtschranke wird eine Signalflanke erzeugt, die von der Schalter-Steuereinheit in ein für einen bestimmten Verbraucher oder für mehrere Verbraucher bestimmtes Steuersignal umgesetzt wird. Das Steuersignal wird als Lichtimpulszug in den Lichtleiter eingespeist und wird dann von dem Ver­ braucher bzw. von den Verbrauchern empfangen, so daß die Verbraucher entsprechend ein- oder ausgeschaltet werden. Im einfachsten Fall, ohne Adreßinformation han­ delt es sich bei dem Steuersignal um ein Signal, welches eine Ein-/Aus-Information enthält.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Schalter außer dem Sender noch einen Empfänger enthält, der zwischen Lichtleiter und Schalter- Steuereinheit gekoppelt ist, und über den die Schalter- Steuereinheit Steuersignale vom Lichtleiter übernimmt und verarbeitet. Ein solcher zusätzlicher Empfänger im erfindungsgemäßen Schalter bietet die Möglichkeit, auf eine zentrale Steuerung zu verzichten und dennoch eine Vielzahl von Schaltern in einer Installation einzusetzen.

Denkbar ist beispielsweise der Fall, daß von mehreren an ein erfindungsgemäßes Stromkabel angeschlossenen Schaltern gleichzeitig oder fast gleichzeitig ein Steuersignal auf den Lichtleiter gegeben wird. Die dadurch entstehende Kollision darf nicht dazu führen, daß der falsche Verbraucher ein- oder ausgeschaltet wird. Durch den erfindungsgemäßen Empfänger an dem Schalter ist es möglich, daß der Schalter eine Kollision erkennt, insbesondere vermag der Schalter ein nicht einer vorgegebenen Konvention entsprechendes Steuersignal zu erkennen. Die Kollision kann dann beispielsweise dadurch gelöst werden, daß die zu einer bestimmten Gruppe von Schaltern gehörenden Einzelschalter in zeitlich gestaffelter Weise die Mög­ lichkeit einer Steuersignalabgabe erhalten. Bei Er­ kennen einer Kollision können die an einer Leitung angeschlossenen Schalter zeitlich nacheinander die Gelegenheit bekommen, das zuvor gestörte Steuersignal im sicheren zeitlichen Abstand nacheinander abzugeben.

Erfindungsgemäß gibt es zugehörig zu den Schaltern entsprechend ausgebildete Verbraucher-Stellein­ richtungen. Derartige Verbraucher-Stelleinrichtungen zeichnen sich durch folgende Merkmale aus:

• - an den Stromleiter ist eine Spannungsversorgungs­ einheit angeschlossen;
• - eine von der Spannungsversorgungseinheit ge­ speiste Verbraucher-Steuereinheit ist über einen Empfänger an den Lichtleiter gekoppelt, um von dem Lichtleiter Steuersignale zu übernehmen und in ein Stellsignal umzusetzen, und
• - an den Stellsignal-Ausgang der Verbraucher- Steuereinheit ist ein Stellglied angeschlossen.

Bei diesem Stellglied handelt es sich z.B. um ein Schaltrelais, vorzugsweise jedoch um einen Halb­ leiterschalter, z.B. einen Triac, und der Halbleiter­ schalter wird von dem Stellsignal derart angesteuert, daß der Verbraucher nicht plötzlich, sondern kontinuier­ lich voll eingeschaltet wird.

Die Erfindung schafft die Möglichkeit, durch einen ge­ eigneten Aufbau der als Lichtimpulse übertragenen Steuersignale von einem oder von mehreren Schaltern aus einen oder mehrere Verbraucher gleichzeitig oder zeitlich gestaffelt ein- oder auszuschalten. Dazu sieht die Erfindung eine Elektroinstallation mit einem Stromkabel, mehreren Schaltern und mehreren Ver­ braucher-Stelleinrichtungen nach der Erfindung vor, wobei der über den Lichtleiter übertragene, als Steuersignal fungierende Lichtimpulszug wie folgt zusammengesetzt ist:

• a) ein oder mehrere Startbits;
• b) eine vorbestimmte Anzahl Informationsbits, um­ fassend
  • b1) eine Adresse und
  • b2) eine Statusinformation (ein/aus) und
• c) eine vorbestimmte Anzahl von Prüfbits.

Beispielsweise sind speziell ein oder zwei Startbits, acht Adreßbits, zwei Statusbits und fünf Prüfbits vor­ gesehen, wobei vier Prüfbits für eine Quersumme vorge­ sehen sind, während ein weiteres Prüfbit ein Paritäts­ bit ist, welches die Anzahl der Informationsbits auf eine gerade Zahl ergänzt. Die Quersummen-Bits geben die Quersumme der logischen Einsen innerhalb der Infor­ mationsbits an.

Mit einem solchen Signalaufbau vermag jede Verbraucher- Stelleinrichtung und auch jeder Schalter, der mit einem Empfänger ausgestattet ist, die über den Licht­ leiter gesendete Information zu übernehmen und dahin­ gehend auszuwerten, ob es sich um ein zulässiges Signal handelt. Die Signalverarbeitung wird bei Empfang eines Startbits eingeleitet.

Insbesondere sieht die Erfindung vor, daß in jeder Verbraucher-Steuereinheit 20 ein voreinstellbarer Adreßdekodierer vorhanden ist, der eine empfangene Adresse mit der voreingestellten Adresse vergleicht, und daß eine Prüfschaltung vorgesehen ist, die auf die Prüfbits eines empfangenen Lichtimpulszugs anspricht.

Man kann einen erfindungsgemäßen Schalter z.B. so ausbilden, daß er stets eine bestimmte Adresse abgibt. Diese Adresse wird dann in der zu dem gewünschten Verbraucher gehörigen Verbraucher-Stelleinrichtung voreingestellt. Wenn dann die Stelleinrichtung das von dem Schalter ausgesendete Steuersignal empfängt, ergibt der Adressenvergleich Übereinstimmung und es erfolgt ein Schaltvorgang. Im einfachsten Fall be­ deutet der Empfang eines Steuersignals, daß der ange­ schlossene Verbraucher lediglich umgeschaltet wird, also ein angeschlossener Verbraucher vom Netz abge­ trennt wird oder umgekehrt. Die Erfindung bietet jedoch die Möglichkeit, aufgrund der Statusinformation festzulegen, ob der Verbraucher eingeschaltet oder ausgeschaltet werden muß. Ein schon eingeschalteter Verbraucher bleibt also durch ein entsprechendes Ein­ schaltsignal eingeschaltet.

Durch ein von einem Schalter abgegebenes Steuersignal läßt sich eine praktisch beliebige Vielzahl von Ver­ brauchern steuern. Andererseits läßt sich ein Ver­ braucher von praktisch beliebig vielen Schaltern ein- und ausschalten. Der Schalter kann als Tastatur ausge­ bildet sein, wobei bei der Betätigung einer speziellen Taste ein spezielles Adressensignal generiert und auf den Lichtleiter gegeben wird, so daß die adressierte Verbraucher-Stelleinrichtung (es können auch mehrere Stelleinrichtungen sein) das Signal durch Adressen­ vergleich erkennt und entsprechend ein Stellsignal erzeugt.

Es kann in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Schaltern auch eine Infrarot-Fernbedienung vorgesehen sein, welche direkt in den Lichtleiter eingekoppelt wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines an ein er­ findungsgemäßes Stromkabel angeschlossenen Schalters;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer an ein er­ findungsgemäßes Stromkabel angeschlossenen Verbraucher-Stelleinrichtung, und

Fig. 3 schematisch den Aufbau eines als Steuer­ signal fungierenden Lichtimpulszugs, wie er über den Lichtleiter des erfindungs­ gemäßen Stromkabels gesendet wird.

Nach Fig. 1 umfaßt ein beispielsweise als Flachkabel ausgebildetes Stromkabel 1 einen Phasenleiter L 1, einen Massepotentialleiter L 2, einen Erdleiter L 3 und einen Lichtleiter oder Lichtwellenleiter (LWL) L 4.

Die Leiter L 1, L 2 und L 3 sind in üblicher Weise als Kupferlitzen ausgebildet, während es sich bei dem Lichtleiter L 4 um eine optische Faser handelt, die vorzugsweise ummantelt ist.

Von den Leitern L 1, L 2 und L 3 wird eine Spannungsver­ sorgungseinheit 14, die eine Gleichrichterschaltung enthält, gespeist. An den Ausgang der Spannungsver­ sorgungseinheit 14 ist eine vereinfacht als Steuerung bezeichnete Schalter-Steuereinheit 10 angeschlossen.

An die Schalter-Steuereinheit 10 ist als "Schalter" ein Signalgeber S 1 angeschlossen, welcher hier als Lichtschranke ausgebildet ist. Durch Reflexion eines Lichtstrahls wird ein Flankensignal erzeugt, welches von der Schalter-Steuereinheit 10 ausgewertet wird.

Zwischen dem Lichtleiter L 4 und die Schalter-Steuer­ einheit 10 sind ein Sender 11 und ein Empfänger 12 gekoppelt. Über eine Weiche 13 sind der Sender 11 und der Empfänger 12 an den Lichtleiter gekoppelt, damit der Sender 11 als Steuersignale Lichtimpulszüge in den Lichtleiter L 4 einspeist, und damit der Empfänger 12 entsprechende Lichtimpulszüge von dem Lichtleiter L 4 empfangen kann.

Bei Betätigen des Signalgebers generiert die Schalter- Steuereinheit 10 als Steuersignal ein Lichtimpuls­ zug, dessen Aufbau weiter unten anhand von Fig. 3 noch erläutert wird. Dieser Lichtimpulszug wird über die Weiche 13 in den Lichtleiter L 4 eingespeist.

Der oben erwähnte Lichtimpulszug gelangt über den Lichtleiter L 4 zu einem Verbraucher, der in der in Fig. 2 dargestellten Weise mit einer geeigneten Verbraucher- Stelleinrichtung ausgestattet ist.

Nach Fig. 2 enthält die Verbraucher-Stelleinrichtung eine Spannungsversorgungseinheit 14′ , die in gleicher Weise ausgebildet ist, wie die in Fig. 1 gezeigte Spannungsversorgungseinheit 14, einen Empfänger 12′, der über eine Weiche 13′ an den Lichtleiter ange­ schlossen ist, eine an den Empfänger 12′ und den Ausgang der Spannungsversorgungseinheit 14′ ange­ schlossene Verbraucher-Steuereinheit 20 und ein an deren Stellsignal-Ausgang angeschlossenes Stellglied 22, welches hier als Triac ausgebildet ist. Der Triac 22 liegt zwischen dem Phasenleiter L 1 und dem Massepotentialleiter L 2 und ist in Reihe zu einem Verbraucher 30 (z.B. Glühlampe) geschaltet.

Über die Weiche 13′ und den Empfänger 12′ wird der oben erwähnte, als Steuersignal fungierende Licht­ impulszug vom Lichtleiter L 4 in die Verbraucher- Steuereinheit 20 übernommen. Die Verbraucher-Steuer­ einheit 20 enthält einen Adressendekodierer. An der Verbraucher-Steuereinheit 20 kann eine bestimmte Adresse voreingestellt werden. Diese voreingestellte Adresse wird mit der empfangenen Adresse, die Bestand­ teil des Lichtimpulszugs ist, verglichen. Bei Übereinstimmung erzeugt die Verbraucher-Steuereinheit 20 an ihrem Ausgang ein Stellsignal, welches ein Durch­ steuersignal für den Triac 22 ist. Vorzugsweise hat das Stellsignal einen solchen zeitlichen Verlauf, daß das Triac 22 mehr und mehr öffnet, der Verbraucher 30 also allmählich angeschlossen wird, um zum Beispiel die Lebensdauer einer Glühlampe zu erhöhen. Das Sper­ ren des Triacs 22 kann in entsprechender Weise erfolgen, so daß der Verbraucher 30 allmählich abgeschaltet wird.

Es ist klar, daß es sich bei dem empfangenen Steuer­ signal hier entweder um ein Einschaltsignal oder um ein Ausschaltsignal handelt.

An das Stromkabel 1 gemäß Fig. 1 und Fig. 2 können mehrere der in Fig. 1 dargestellten Schalter und mehrere der in Fig. 2 dargestellten Verbraucher-Stell­ einrichtungen in Verbindung mit jeweils einem Ver­ braucher angeschlossen sein.

Der in Fig. 1 dargestellte Empfänger 12 ermöglicht das Erkennen von Signalkollisionen, die dann entstehen, wenn mehrere Schalter gleichzeitig oder fast gleichzeitig Lichtimpulszüge in den Lichtleiter L 4 ein­ speisen. Über den Empfänger 12 empfängt die Schalter- Steuereinheit 10 die Signale und durch entsprechende Signalauswertung kann erkannt werden, daß es sich um ein durch Überlagerung mehrerer Signale entstande­ nes gestörtes Signal handelt. In diesem Fall wird bei­ spielsweise jeder der angeschlossenen Schalter (Sender) nacheinander veranlaßt, gegebenenfalls das zuvor von ihm gesendete Steuersignal wiederholt auszusenden. Der Sendezeitpunkt errechnet sich aus der eingestell­ ten Adresse multipliziert mit der Zeit für ein "Impuls- Telegramm" plus 100 S = PAUSE. Durch diese definier­ te (synchrone) Abgabe von zeitlich gestaffelten Steuersignalen wird eine Kollision auf jeden Fall vermieden. Ansonsten ist der Betrieb der Anlage asynchron.

Fig. 3 zeigt den Aufbau des als Steuersignal fungie­ renden Lichtimpulszugs. Das Lichtimpulszug besitzt insgesamt eine Länge von 160 Mikrosekunden mit einer für jeweils 1 Bit vorgesehenen Impulsbreite von 10 Mikrosekunden. Grob wird das Lichtimpulszug unterteilt in ein Start-Bit, 10 Informationsbits und 5 Prüfbits.

Die 10 Informationsbits umfassen 8 Adressen­ bits und 2 Statusbits. Die 8 Adressenbits gestatten die Auswahl von insgesamt 256 Adressen. Die beiden Statusbits geben an, ob der angesteuerte Ver­ braucher eingeschaltet oder ausgeschaltet werden muß (ohne diese Statusbits würde das Steuersignal lediglich ein "Umschalten" des Verbrauchers bedeuten).

Die 5 Prüfbits umfassen neben einem die Adressen- und Statusbits auf eine gerade Zahl ergänzenden Paritäts­ bit 4 Quersummen-Bits. Die Quersumme der auf "1" ge­ setzten Bits innerhalb der Adresse und der Status­ information beträgt "5" und diese Zahl "5" ist in den 4 Quersummen-Bits Q binär kodiert.

Der Aufbau des Steuersignals nach Fig. 3 kann er­ weitert oder verkleinert werden, es kann auch eine andere Anordnung von Prüfbits vorgesehen sein. Für eine sichere Signalverarbeitung ist in jedem Fall aber die Verwendung eines asynchronen Startbits vorzu­ sehen als logische Unterscheidung zur Pause.

Claims (9)

1. Stromkabel für die Elektroinstallation zum An­ schalten mindestens eines elektrischen Verbrauchers (30) an eine Spannungsquelle von mindestens einem Schalter aus, mit einem metallischen Stromleiter (L 1, L 2), gekennzeichnet durch einen als Lichtleiter (L 4) ausgebildeten Informationsleiter, der integrales Teil des Stromkabels ist.

2. Stromkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß es als Flachbandkabel in einer Ebene einen Pha­ senleiter, einen Massepotentialleiter, einen Erdleiter und den Lichtleiter in Form einer vorzugsweise ummantel­ ten optischen Faser enthält.

3. Stromkabel nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es als Rundkabel den mittig angeordneten Lichtleiter enthält.

4. Schalter für einen elektrischen Verbraucher, der an ein Stromkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3 anschließbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - an den Stromleiter (L 1, L 2) ist eine Spannungs­ versorgungseinheit (14) angeschlossen;
• - eine von der Spannungsversorgungseinheit (14) gespeiste Schalter-Steuereinheit (14) empfängt von einem Signalgeber (S 1) ein Schaltsignal; und
• - zwischen den Lichtleiter (L 4) und die Steuer­ einheit (10) ist ein Sender (11) gekoppelt, der abhängig von dem Schaltsignal ein von der Schalter-Steuereinheit (10) generiertes Steuer­ signal als Lichtimpulszug in den Lichtleiter (L 4) einspeist.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Sender (11) noch ein Empfänger (12) zwischen Lichtleiter (L 4) und Schalter-Steuereinheit (10) gekoppelt ist, über den die Steuereinheit (10) Steuersignale vom Lichtleiter (L 4) übernimmt und ver­ arbeitet.

6. Verbraucher-Stelleinrichtung für einen an ein Stromkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ange­ schlossenen Verbraucher, insbesondere in Verbindung mit einem Schalter nach Anspruch 4 oder 5, gekenn­ zeichnet durch folgende Merkmale:

• - an den Stromleiter (L 1, L 2) ist eine Spannungs­ versorgungseinheit (14′) angeschlossen;
• - eine von der Spannungsversorgungseinheit (14′) gespeiste Verbraucher-Steuereinheit (20) ist über einen Empfänger (12′) an den Lichtleiter (L 4) gekoppelt, um von dem Lichtleiter (L 4) Steuersignale zu übernehmen und in ein Stell­ signal umzusetzen, und
• - an den Stellsignal-Ausgang der Verbraucher- Steuereinheit (20) ist ein Stellglied (22) ange­ schlossen.

7. Verbraucher-Stelleinrichtung nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das Stellglied ein Halbleiter­ schalter, z.B. ein Triac, Thyristor oder Starkstromrelais ist, und daß das Stellsignal den Halbleiterschalter kon­ tinuierlich öffnet bzw. schließt.

8. Elektroinstallation mit einem Stromkabel, mehreren Schaltern und mehreren Verbraucher-Stellein­ richtungen entsprechend den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der über den Lichtleiter (L 4) übertragene, als Steuersignal fungierende Licht­ impulszug wie folgt zusammengesetzt ist:

• a) ein oder mehrere insbesondere doppelbitlanges Startbits
• b) eine vorbestimmte Anzahl Informationsbits, um­ fassend
  • b1) eine Adresse, und
  • b2) eine Statusinformation (ein/aus); und
• c) eine vorbestimmte Anzahl von Prüfbits.

9. Elektroinstallation nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in jeder Verbraucher-Steuereinheit (20) ein voreinstellbarer Adreßdekodierer vorhanden ist, der eine empfangene Adresse mit der voreinge­ stellten Adresse vergleicht, und daß eine Prüf­ schaltung vorgesehen ist, die auf die Prüfbits eines empfangenen Lichtimpulszugs anspricht.