EP1972071A1 - Kommunikationssystem zur datenversorgung elektrischer geräte der elektroinstallationstechnik - Google Patents

Kommunikationssystem zur datenversorgung elektrischer geräte der elektroinstallationstechnik

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Publication number
EP1972071A1
EP1972071A1 EP06841308A EP06841308A EP1972071A1 EP 1972071 A1 EP1972071 A1 EP 1972071A1 EP 06841308 A EP06841308 A EP 06841308A EP 06841308 A EP06841308 A EP 06841308A EP 1972071 A1 EP1972071 A1 EP 1972071A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
communication system
electrically conductive
devices
signal
coupled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06841308A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Brehm
Nikolaus Dellantoni
Michael Ernst
Peter Veith
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1972071A1 publication Critical patent/EP1972071A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/22—Capacitive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0264—Arrangements for coupling to transmission lines
    • H04L25/0266—Arrangements for providing Galvanic isolation, e.g. by means of magnetic or capacitive coupling

Definitions

  • the invention relates to a communication system for data supply of electrical equipment of electrical installation technology, which also has a functional element in addition to the devices.
  • an asymmetrical message transmission system using an electric near field which is provided with a transmitter having at least one coupling element, on the essen ⁇ chen an electric near field is spread.
  • the message transmission system comprises an infrastructure body which is present anyway and which has an electrically insulated, electrically grounded conductor element into which the electric field is coupled.
  • a receiver which has at least one coupling element, the field transmitted in the conductor element is coupled out.
  • the invention is based on the object to provide for data onssystem electric supply devices of the electric installation technique, a Kommunikati ⁇ , the light enable a coordination of participating in the system devices in a simple topology and low installation costs.
  • This object is achieved by the features of Pa ⁇ tent tapes 1; advantageous embodiments are ever ⁇ object of further claims.
  • the data transmission system has a transmitter, with the coupling element essentially an electric near field is emitted.
  • This field is coupled tiv in an electrically conductive element capaci ⁇ in which then a current, in particular an impulse-shaped displacement current due to a load change occurs at the electrically conductive element.
  • the e- lectric conductive member is electrically capacitively coupled to the Erdpotenti ⁇ al and optionally with further electrically conductive elements.
  • control signal comprises general ⁇ mean a data message and is used to make ⁇ 235zu the system devices accurate and mutually synchronous time basis.
  • signal frequency, electrically conductive elements and transmitter / receiver are coordinated so that actually a near field communication takes place, with no radio link with predominant radiation of the signal is present over the interior of a building, but in fact a predominantly capacitive coupling to electrically conductive elements takes place, however, must be given in such a way that at a designated receiving point a signal can be ⁇ nal received with sufficient signal level.
  • the losses of a radiating system are sometimes avoided, and thus achieved a very low power consumption in the transmitter and receiver.
  • a signal transmission in the quasi-stationary electric field requires no clock generation on the receiver side, because the system clock is uniformly fed into the transmission medium, in particular in the electrically conductive elements.
  • the usual methods of wireless technology such as carrier preparation, modulation, Multiplexverfah- can reindeer, reception and demodulation fully applied ⁇ to.
  • the devices can be provided a uniform, common and reliable time base, with the help of valuable additional functions in the devices can be realized. For this example, counts the auto ⁇ matic switch from winter to summer time and vice versa. A complex equipment of each device with a separate signal generator can therefore be avoided, especially since separately provided signal generator are not necessarily synchronous to ⁇ each other.
  • the radio controlled clock signal is coupled into the at least one electrically conductive infrastructure element capacitively and ko ⁇ coupled diert and from capacitive and decoded, whereby the signals are in analog form ⁇ reacted in suitable for the transmission of bit patterns and back to analog bit signals become.
  • a adaptation to existing channel conditions and possibly an error ⁇ be made on channel level detection.
  • one or more system devices are each ⁇ wells provided with a control device, in particular in the form of a mountable to the device adapter, to the implementation and processing of the DCF-77-signal so that a signal originally not in favor equipped installation Bus systems can be coupled and thus the overall functionality of the system is significantly expandable.
  • the advantageous use of the frequency band between 5 MHz and 50 MHz for the high-frequency alternating current means that used in the devices electronic transmitter and / or receiver circuits can be performed in low-power CMOS technology, and the coupling elements whose dimensions are low compared to the Wavelength of the alternating current should have the maximum size of conventional Rei ⁇ heneinbautechnik. Particularly favorable is the use of a frequency of 13.56 MHz and / or 40.68 MHz for the high-frequency alternating current. These frequencies are in a so-called ISM band, ie a freed-up for industry, science and medical applications frequency range with a general authorization, which is not subject to government regulation and may be used license-free. It must only be complied with conditions regarding the transmission power and the interference of adjacent frequency ranges. Overall rate, which operate in this frequency band, can be immediately removed from Benut ⁇ zer into operation without having to be sought before initial startup to a separate approval.
  • an infrastructure body all bodies can be used which have electrically conductive elements, including ⁇ example, heating pipes or electrically conductive films count, so that can be dispensed with specifically for the communication network instal ⁇ lating lines.
  • electrically conductive elements including ⁇ example, heating pipes or electrically conductive films count, so that can be dispensed with specifically for the communication network instal ⁇ lating lines.
  • de- existing infrastructure nen for signal routing is insufficient, can in the simplest way gen with a clotting ⁇ expenses including via roller, spray or brush elekt ⁇ driven conductive layers on walls, systems, components and The same can be applied to improve the conductivity of the system.
  • FIG 1 shows a communication system for data supply of electrical devices of electrical installation technology according to claim 1 in a schematic representation
  • FIG 2 is an electrical equivalent circuit diagram of erfindungsge ⁇ MAESSEN communication system.
  • a communication system 1 for supplying data to electrical devices, in particular control devices 2.1 to 2.n, by means of a functional element 3, designed as a time signal generator, of the electrical installation technology, which are arranged within a building 4.
  • the time signal generator 3 in turn represents a DCF-77 receiving unit.
  • the DCF-77 technology radio clocks are supplied via a radio signal with the central European clock.
  • As communication ⁇ means for forwarding the received data a Sig- serves nalgenerator 5, which is arranged in or on the functional element 3 e lectric and / or mechanically and is used dung change, for example in the form of a frequency or pulse generator for La ⁇ .
  • the functional element 3 has a transmitter and a coupling element with which essentially a quasi-stationary near field N according to FIG. 2 can be generated or transmitted.
  • a field N is understood, which is produced in the interaction between a signal source and a spaced apart to the coupling element and has a predominantly electric near-field.
  • This field is partly asymmetrically on an existing in the building 4 elekt ⁇ driven conductive Infrastukturelement 6.1 coupled.
  • the building 4 there are further electrically conductive elements, in particular metal reinforcements 6.2 to 6.n, for walls and floors, which are mainly capacitively coupled to one another and to ground potential E.
  • the asymmetrical coupling ei ⁇ nes high-frequency alternating current I in the Infrastukturelement 6.1 is now on the further conductive elements 6.2 to 6.n and between the same and the ground potential E existing coupling capacitances and resistances K - as anschaubit comparable in FIG 2 - a circuit educated.
  • ⁇ hang asymmetric coupling means that the Koppelkapa ⁇ capacity may arise between each coupling surface and the electrically conductive element or medium, or are different between each coupling surface and the ground E, and thus a potential difference.
  • a quasi-stationary stray field S is understood as meaning a field which is generated in interaction between the undefined electrically conductive elements 6.1 to 6.n and a signal detector 7 which is spaced therefrom and has a predominantly electric near-field component.
  • the elements 6.1 to 6.n can subsequently with suitable receiving elements 7.1 to 7.n, in particular by means of a high-resistance Signalde ⁇ tektors or also by means of an integrated in the respective functional unit ⁇ radio receiver, measured a potential difference and thus the signal will be received. Possibly.
  • the devices 2.1 to 2.n thus receive a central radio clock system within the building 4 via the data supply system 1 and are supplied with operating current via a line 8.
  • the time signal is thus coded and capacitively coupled into the conductive infrastructure of the building 4 by means of the near field communication.
  • the central time signal in the form of a coded quasi-stationary field is available anywhere in and around the building infrastructure - up to a distance of a few centimeters - and can be capacitively decoupled and decoded by the connected receivers.
  • all devices connected to the system in particular control devices, can use an exact and synchronous time base.
  • the frequency of the high-frequency alternating current I which must be chosen so that the transmission characteristics of the elements 6.1 to 6.n reach an optimum.
  • the transmission characteristics of the existing elements can be improved by the assembly of additional conductive elements, such as an electrically conductive foil.
  • This film is advantageously mounted in electrical installation installations in the form of a circulating belt at the level of the usually installed power distribution, so that good coupling properties are ensured. Instead of the film and a metalli ⁇ cal grid is conceivable, which is incorporated into the plaster before application.
  • a particularly simple application of the electrically conductive infrastructure element 6.1 to 6.n is given when electrically conductive coatings are used, which can be applied for example by roller, spray or brush on the wall. Thus, the possibility is given ⁇ even electrically problematic conditions in a simple way to improve significantly.
  • FIG 2 is an equivalent circuit diagram of the communica ⁇ tion system is shown with means for near field 5 and 7 1 by way of example.
  • the electric near-field communication that is used here is based on a circuit having a displacement current I, which is connected to electrically conductive media or elements 6 and the ground potential by capacitive coupling K1 to Kn of the signal generator 5 and of the signal receiver 7.
  • tial E is closed.
  • a near field N and in the region of the receiver 7 a stray field S are formed.
  • the coupling resistors Kn are unavoidable within the system 1, but are known and can thus be considered in the system design. The smaller the coupling resistors Kn are, the more reliable the post ⁇ is directed transmission.
  • frequencies of 13.56 MHz and 40.68 MHz, respectively, are selected for the high-frequency alternating current I. These frequencies are in a Fre ⁇ quenzband released for industry, science and medical applications, a so-called ISM band.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

Um ein Kommunikationssystem (1) zur Datenversorgung elektrischer Geräte (2.1 bis 2.n) der Elektroinstallationstechnik vorzusehen, das bei einer einfachen Topologie und einem geringen Installationsaufwand eine Koordinierung der an dem System teilnehmenden Geräte (2.1 bis 2.n) ermöglicht, ist vorgesehen, mittels quasistationärer elektrischer Felder (N bzw. S) mit einem hochfrequenten Wechselstrom (I) an in der Installationsanordnung bestehende elektrisch leitende Elemente (6.1 bis 6.n) im Sinne einer kapazitiven Nahfeldkommunikation signaltechnisch zum Abgleich der Geräte (2.1 bis 2.n) anzukoppeln .

Description

Beschreibung
Kommunikationssystem zur Datenversorgung elektrischer Geräte der Elektroinstallationstechnik
Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem zur Datenversorgung elektrischer Geräte der Elektroinstallationstechnik, das neben den Geräten auch ein Funktionselement aufweist.
Aus der WO 2004/036784 Al ist ein unsymmetrisches Nachrichtenübertragungssystem unter Verwendung eines elektrischen Nahfelds bekannt, welches mit einem Sender versehen ist, der zumindest ein Koppelelement aufweist, über das im Wesentli¬ chen ein elektrisches Nahfeld ausgestreut wird. Das Nachrich- tenübertragungssystem umfasst dabei einen ohnehin vorhandenen Infrastrukturkörper, der ein von Erde elektrisch isoliertes und elektrisch leitendes Leiterelement aufweist, in das das elektrische Feld eingekoppelt wird. Mittels eines Empfängers, der zumindest ein Koppelelement aufweist, wird das in dem Leiterelement übertragene Feld ausgekoppelt.
Aus der DE 199 30 153 Al ist eine Vorrichtung zur Erhöhung der Empfangbarkeit eines DCF-77-Signals bekannt, bei der eine Einspeisung des DCF-77-Signals in ein elektrisches Energie- netz erfolgt, wobei am Ort des Bedarfs dem elektrischen Ener¬ gienetz ein Filter nachgeschaltet ist, das zum Herausfiltern des DCF-77-Signals dient und wobei das Signal einer Einheit zur Verfügung gestellt wird, die das DCF-77-Signal benötigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Kommunikati¬ onssystem zur Datenversorgung elektrischer Geräte der Elektroinstallationstechnik bereitzustellen, das bei einer einfachen Topologie und einem geringen Installationsaufwand eine Koordinierung der an dem System teilnehmenden Geräte ermög- licht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa¬ tentanspruchs 1 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen sind je¬ weils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
Durch die Datenübertragung zwischen zumindest einem zentralen Funktionselement und mehreren dezentralen Geräten, insbesondere Haushaltsverbrauchern, mittels elektrischer Felder mit einem hochfrequenten Wechselstrom, welche auf in der Installationsanordnung bestehende elektrisch leitende, ggf. vonein- ander galvanisch getrennte, Infrastrukturelemente durch Sen¬ demittel des Funktionselements eingeprägt bzw. durch Emp¬ fangsmittel der Geräte von den Infrastrukturelemente abge¬ griffen werden, kann eine den Geräten gemeinsame Funktion, beispielsweise im Sinne einer Geräte-Synchronisierung, be- wirkt werden. Erst durch die Einbeziehung der Infrastrukturelemente in das Kommunikationssystem wird die Implementierung einer derartigen Abgleichfunktionalität, insbesondere eines zentralen Zeitsignals, wirtschaftlich sinnvoll.
Demnach kann auf ein aufwändiges drahtgebundenes Kommunikati¬ onsnetzwerk einerseits und auf ein komplexes und daher stör¬ anfälliges Funknetzwerk andererseits verzichtet werden. Dem¬ zufolge werden entgegen den herkömmlichen Kommunikationssystemen, wie beispielsweise bei dem European Installation Bus, dem Local Operating Network oder Powerline, keine Steuerlei¬ tungen bzw. keine Netzleitungen zur Signalübertragung benötigt; vielmehr kann von einem Kommunikationssystem mit einem einfachen Aufbau und einem geringen Installationsaufwand pro¬ fitiert werden. Das Kommunikationssystem eignet sich zudem hervorragend für Nachrüstungen.
Bei einer derartigen Nahfeldkommunikation weist das Datenübertragungssystem einen Sender auf, mit dessen Koppelelement im Wesentlichen ein elektrisches Nahfeld ausgesendet wird. Dieses Feld wird in ein elektrisch leitendes Element kapazi¬ tiv eingekoppelt, in dem dann ein Strom, insbesondere ein im- pulsförmiger Verschiebestrom auf Grund einer Ladungsveränderung, an dem elektrisch leitenden Element auftritt. Das e- lektrisch leitende Element ist elektrisch mit dem Erdpotenti¬ al und ggf. mit weiteren elektrisch leitenden Elementen kapazitiv gekoppelt. Durch geeignete kapazitive Ein- und Auskopp¬ lung eines Signals wird mittels eines solchen Elements und ggf. mittels weiterer Elemente über zwischen denselben und dem Erdpotenzial vorhandene Koppelkapazitäten und Koppelwiderstände unter Einbeziehung der kommunikationsfähigen Geräte bzw. wenigstens eines Funktionselements ein Stromkreis gebil¬ det.
An einem beliebigen Punkt eines der elektrisch leitenden Infrastrukturelemente kann nun mit geeigneten Empfangsmitteln eine Potenzialdifferenz zwischen dem elektrisch leitenden E- lement und Erde gemessen und damit ein Signal empfangen wer- den. Das Signal, insbesondere Steuersignal, umfasst im Allge¬ meinen ein Datentelegramm und dient dazu, den Systemgeräten eine genaue und untereinander synchrone Zeitbasis bereitzu¬ stellen .
Wesentlich ist dabei, dass Signalfrequenz, elektrisch leitende Elemente und Sender/Empfänger so aufeinander abgestimmt sind, dass tatsächlich eine Nahfeldkommunikation stattfindet, wobei keine Funkverbindung mit vorwiegender Abstrahlung des Signals über den Innenraum eines Gebäudes vorliegt, sondern tatsächlich eine vorwiegend kapazitive Kopplung an elektrisch leitenden Elementen erfolgt, die jedoch in der Weise gegeben sein muss, dass an einer vorgesehenen Empfangsstelle ein Sig¬ nal mit ausreichendem Signalpegel empfangen werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen System werden mitunter die Verluste eines strahlenden Systems vermieden, und somit ein sehr geringer Stromverbrauch in Sender und Empfänger erreicht. Es werden beim Senden keine sich weit ausbreitenden, unerwünschten Streufelder produziert, da die kapazitive Einkopplung vom Sender in das elektrisch leitende Element durch ein elektrisches Nahfeld mit einer nur geringen Reichweite vonstatten geht. Die Hauptverluste entstehen dabei in den Kopplungskapa¬ zitäten und Kopplungswiderständen zwischen den unterschiedli- chen leitenden Elementen sowie durch die Eigeninduktivitäten dieser Elemente.
Eine Signalübertragung im quasistationären elektrischen Feld benötigt keine Taktgewinnung auf der Empfängerseite, denn der Systemtakt wird einheitlich in das Übertragungsmedium, insbesondere in die elektrisch leitenden Elemente, eingespeist. Grundsätzlich können aber die üblichen Verfahren der Funktechnik, wie Trägeraufbereitung, Modulation, Multiplexverfah- ren, Empfang und Demodulation uneingeschränkt angewendet wer¬ den .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt der Abgleich zur Synchronisierung der Gebäude-Geräte unter Verwendung eines in periodischen Abständen übertragenen Funkuhrensignals, insbesondere eines DCF-77-Signals, wobei die Erfassung des Signals mittels eines gebäudezugehörigen zentralen Zeitsignalgebers, insbesondere mittels eines DCF-77-Empfängers, als Funktions¬ element erfolgt. Hierbei kann den Geräten eine einheitliche, gemeinsame und zuverlässige Zeitbasis zur Verfügung gestellt werden, mit deren Hilfe wertvolle Zusatzfunktionen in den Geräten realisierbar sind. Dazu zählt beispielsweise die auto¬ matische Umstellung von Winter- auf Sommerzeit und umgekehrt. Eine aufwändige Ausrüstung jedes einzelnen Gerätes mit einem separaten Signalgeber kann daher vermieden werden, zumal separat vorgesehene Signalgeber nicht zwangsläufig synchron zu¬ einander sind.
Mit Vorteil wird das Funkuhrensignal in das zumindest eine elektrisch leitende Infrastrukturelement kapazitiv und ko¬ diert eingekoppelt und von diesem kapazitiv und dekodiert ausgekoppelt, wodurch die Signale, die in analoger Form vor¬ liegen, in für die Übertragung geeignete Bitmuster und wieder in analoge Bitsignale umgesetzt werden. Hierbei kann eine An- passung an bestehende Kanalverhältnisse und ggf. eine Fehler¬ erkennung auf Kanalniveau vorgenommen werden. Vorteilhafterweise können ein oder mehrere System-Geräte je¬ weils mit einem Steuergerät, insbesondere in Form eines an das Gerät anbaubaren Adapters, zur Umsetzung und Verarbeitung des DCF-77-Signals versehen werden, so dass ein Signal in ur- sprünglich nicht dafür ausgerüstete Installations-Bussysteme eingekoppelt werden kann und damit die Gesamt-Funktionalität des Systems deutlich erweiterbar wird.
Die vorteilhafte Nutzung des Frequenzbandes zwischen 5 MHz und 50 MHz für den hochfrequenten Wechselstrom führt dazu, dass in den Geräten eingesetzte elektronische Sender- und/oder Empfänger-Schaltungen in stromsparender CMOS- Technologie ausgeführt werden können, und die Koppelelemente, deren Abmessungen gering gegenüber der Wellenlänge des Wech- selstromes sein sollten, maximal die Größe herkömmlicher Rei¬ heneinbaugeräte aufweisen. Besonders günstig ist der Einsatz einer Frequenz von 13,56 MHZ und/oder 40,68 MHz für den hochfrequenten Wechselstrom. Diese Frequenzen liegen in einem so genannten ISM-Band, also einem für Industrie, Wissenschaft und medizinische Anwendungen freigegebenen Frequenzbereich mit einer generellen Bewilligung, der nicht der staatlichen Regulierung unterliegt und lizenzfrei genutzt werden darf. Es müssen lediglich Auflagen bezüglich der Sendeleistung und der Störung benachbarter Frequenzbereiche eingehalten werden. Ge- rate, die in diesem Frequenzband arbeiten, können vom Benut¬ zer sofort in Betrieb genommen werden, ohne dass vor der Erstinbetriebnahme um eine eigene Bewilligung nachgesucht werden muss .
Als Infrastrukturkörper können alle Körper verwendet werden, die elektrisch leitende Elemente aufweisen, wozu beispiels¬ weise Heizungsrohre oder elektrisch leitende Folien zählen, so dass auf eigens für das Kommunikationsnetzwerk zu instal¬ lierende Leitungen verzichtet werden kann. In Fällen, in de- nen die vorhandene Infrastruktur zur Signalweiterleitung nicht ausreicht, können auf einfachste Weise mit einem gerin¬ gen Aufwand u.a. per Walze, Spray oder mit dem Pinsel elekt¬ risch leitende Schichten an Wänden, Anlagen, Bauteilen und dergleichen aufgebracht werden, welche die Leitfähigkeit des Systems verbessern.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der weiteren Ansprüche werden im Folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass insoweit eine Beschränkung der Erfindung erfolgt; darin zeigen:
FIG 1 Kommunikationssystem zur Datenversorgung elektrischer Geräte der Elektroinstallationstechnik gemäß Anspruch 1 in einer schematischen Darstellung; und FIG 2 ein elektrisches Ersatzschaltbild des erfindungsge¬ mäßen Kommunikationssystems.
In FIG 1 ist ein Kommunikationssystem 1 zur Datenversorgung von elektrischen Geräten, insbesondere Steuergeräten 2.1 bis 2.n, durch ein als Zeitsignalgeber ausgeführtes Funktionsele¬ ment 3, der Elektroinstallationstechnik gezeigt, die inner- halb eines Gebäudes 4 angeordnet sind. Der Zeitsignalgeber 3 stellt dabei seinerseits eine DCF-77-Empfangseinheit dar. Mit der DCF-77-Technik werden Funkuhren über ein Funksignal mit der mitteleuropäischen Uhrzeit versorgt. Als Kommunikations¬ mittel zur Weiterleitung der empfangenen Daten dient ein Sig- nalgenerator 5, welcher in oder an dem Funktionselement 3 e- lektrisch und/oder mechanisch angeordnet ist und beispielsweise in Form eines Frequenz- oder Impulsgenerators zur La¬ dungsänderung eingesetzt wird. Das Funktionselement 3 weist demnach einen Sender und ein Koppelelement auf, mit denen im Wesentlichen ein quasistationäres Nahfeld N gemäß FIG 2 er¬ zeugt bzw. ausgesendet werden kann. Unter einem quasistatio¬ nären Nahfeld N wird ein Feld verstanden, das in Wechselwirkung zwischen einer Signalquelle und einem dazu beabstandeten Koppelelement erzeugt wird und eine vorwiegend elektrische Nahfeldkomponente aufweist.
Dieses Feld wird auf ein in dem Gebäude 4 vorhandenes elekt¬ risch leitendes Infrastukturelement 6.1 asymmetrisch einge- koppelt. Neben dem einen Infrastukturelement 6.1 sind in dem Gebäude 4 weitere elektrisch leitende Elemente, insbesondere Metallarmierungen 6.2 bis 6.n für Wände und Böden, vorhanden, die untereinander und mit dem Erdpotential E vorwiegend kapa- zitiv gekoppelt sind. Durch die asymmetrische Einkopplung ei¬ nes hochfrequenten Wechselstroms I in das Infrastukturelement 6.1 wird nun über die weiteren leitenden Elemente 6.2 bis 6.n und die zwischen denselben und dem Erdpotential E vorhandenen Koppelkapazitäten und Koppelwiderstände K - wie in FIG 2 ver- anschaulicht - ein Stromkreis gebildet. In diesem Zusammen¬ hang bedeutet asymmetrische Einkopplung, dass die Koppelkapa¬ zität zwischen jeweils einer Koppelfläche und dem elektrisch leitenden Element oder Medium bzw. zwischen jeweils einer Koppelfläche und dem Erdpotential E unterschiedlich sind und daher eine Potentialdifferenz entstehen kann.
Durch die asymmetrische Einkopplung des hochfrequenten Wechselstroms I resultiert ein quasistationäres Streufeld S gemäß FIG 2, welches von den elektrisch leitenden Elementen 6.1 bis 6.n ausgesendet wird. Unter einem quasistationären Streufeld S wird ein Feld verstanden, das in Wechselwirkung zwischen den Undefiniert angeordneten elektrisch leitenden Elementen 6.1 bis 6.n und einem dazu beabstandeten Signaldetektor 7 erzeugt wird und eine vorwiegend elektrische Nahfeldkomponente aufweist. An einem beliebigen Punkt eines der Elemente 6.1 bis 6.n kann in der Folge mit geeigneten Empfangselementen 7.1 bis 7.n, insbesondere mittels eines hochohmigen Signalde¬ tektors oder auch mittels eines in der jeweiligen Funktions¬ einheit integrierten Radioempfängers, eine Potentialdifferenz gemessen und damit das Signal empfangen werden. Ggf. vorhandene Aktoren, welche Teil des jeweiligen Empfängers 7.1 bis 7.n oder an diesen als Module angeschlossen sein können, ü- bernehmen in der Folge beispielsweise eine Geräteeinstellung. Die Geräte 2.1 bis 2.n erhalten also über das Datenversor- gungssystem 1 ein zentrales Funkuhrensystem innerhalb des Gebäudes 4 und werden über eine Leitung 8 mit Betriebsstrom versorgt . Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird somit das Zeitsignal kodiert und mittels der Nahfeldkommunikation kapazitiv in die leitfähige Infrastruktur des Gebäudes 4 eingekoppelt. Damit steht das zentrale Zeitsignal in Form eines kodierten quasi- stationären Feldes überall in der und rund um die Gebäude- Infrastruktur - bis zu einem Abstand von einigen Zentimetern - zur Verfügung und kann durch die angeschlossenen Empfänger wieder kapazitiv ausgekoppelt und dekodiert werden. Hierbei können alle am System angeknüpften Geräte, insbesondere Steu- ergeräte, eine genaue und synchrone Zeitbasis verwenden.
Wesentlich ist bei dem Kommunikationssystem 1 die Frequenz des hochfrequenten Wechselstroms I, die so gewählt werden muss, dass die Übertragungseigenschaften der Elemente 6.1 bis 6.n ein Optimum erreichen. Die Übertragungseigenschaften der bestehenden Elemente können durch die Montage von zusätzlichen leitenden Elementen, wie beispielsweise eine elektrisch leitende Folie, verbessert werden. Diese Folie wird bei e- lektrischen Installationsanlagen vorteilhaft in Form eines umlaufenden Bandes auf Höhe der üblicherweise installierten Stromverteiler angebracht, damit gute Kopplungseigenschaften gewährleistet sind. Anstelle der Folie ist auch ein metalli¬ sches Gitter vorstellbar, das in den Putz vor dem Aufbringen eingearbeitet wird. Eine besonders einfache Aufbringung des elektrisch leitenden Infrastrukturelementes 6.1 bis 6.n ist dann gegeben, wenn elektrisch leitende Beschichtungen verwendet werden, die beispielsweise per Walze, Spray oder Pinsel auf die Wand aufbracht werden können. Damit ist die Möglich¬ keit gegeben auch elektrisch problematische Verhältnisse auf einfache Weise erheblich zu verbessern.
In FIG 2 ist beispielhaft ein Ersatzschaltbild des Kommunika¬ tionssystems 1 mit Mitteln zur Nahfeldkommunikation 5 bzw. 7 dargestellt. Die dabei zum Tragen kommende elektrische Nah- feldkommunikation basiert auf einem einen Verschiebestrom I aufweisenden Stromkreis, der durch kapazitive Ankopplung K.l bis K.n des Signalgenerators 5 und des Signalempfängers 7 an elektrisch leitende Medien oder Elemente 6 und dem Erdpoten- tial E geschlossen ist. Im Bereich des Senders 5 wird dabei ein Nahfeld N und im Bereich des Empfängers 7 ein Streufeld S ausgebildet. Die Koppelwiderstände K.n sind innerhalb des Systems 1 nicht vermeidbar, jedoch bekannt und können somit bei der Systemauslegung berücksichtigt werden. Je kleiner die Koppelwiderstände K.n sind, desto zuverlässiger ist die Nach¬ richtenübertragung .
In den vorliegenden Ausführungsbeispielen sind Frequenzen von 13,56 MHz bzw. 40,68 MHz für den hochfrequenten Wechselstrom I gewählt. Diese Frequenzen liegen in einem für Industrie, Wissenschaft und medizinische Anwendungen freigegebenen Fre¬ quenzband, einem so genannten ISM-Band.
Die zuvor erläuterte Erfindung kann wie folgt zusammengefasst werden :
Um ein Kommunikationssystem 1 zur Datenversorgung elektrischer Geräte 2.1 bis 2.n der Elektroinstallationstechnik vorzusehen, das bei einer einfachen Topologie und einem geringen Installationsaufwand eine Koordinierung der an dem System teilnehmenden Geräte ermöglicht, ist vorgesehen, mittels qua¬ sistationärer elektrischer Felder N bzw. S mit einem hochfrequenten Wechselstrom I an in der Installationsanordnung bestehende elektrisch leitende Elemente 6.1 bis 6.n im Sinne einer kapazitiven Nahfeldkommunikation signaltechnisch zum
Abgleich der Geräte 2.1 bis 2.n, d.h. zur Abstimmung aufeinander, anzukoppeln.

Claims

Patentansprüche
1. Kommunikationssystem (1) zur Datenversorgung elektrischer Geräte (2.1...2.n) der Elektroinstallationstechnik, das ne- ben den Geräten (2.1...2.n) auch zumindest ein Funktionselement (3) aufweist, welche jeweils mit Mitteln zur Da¬ tenübertragung versehen sind, wovon ein Mittel des zumindest einen Funktionselements (3) zum Empfangen von außerhalb des Systems abgesandten Daten vorgesehen ist und wo- von ein weiteres Mittel (5) des zumindest einen Funkti¬ onselements (3) zum Versenden der empfangenen Daten derart asymmetrisch an zumindest einem elektrisch leitenden Infrastrukturelement (6.1...6.n) angekoppelt ist, dass die¬ sem ein quasistationäres Nahfeld (N) mit einem hochfre- quenten Wechselstrom (I) aufgeprägt wird, wobei ein daraus resultierendes quasistationäres Streufeld (S) mit ei¬ nem hochfrequenten Wechselstrom (I) an dem zumindest einen elektrisch leitenden Infrastrukturelement (6.1...6.n) bereitsteht, und wobei die Mittel (7.1...7.n) der Geräte (2.1...2.n) zum Empfangen der Daten derart asymmetrisch an dem zumindest einen elektrisch leitenden Infrastrukturelement (6.1...6.n) angekoppelt sind, dass von diesem das Streufeld (S) zum Abgleich der Geräte (2.1...2.n) abgegrif¬ fen wird.
2. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1, bei dem das e- lektrische Feld kapazitiv in das elektrisch leitende Inf¬ rastrukturelement (6.1...6.n) eingekoppelt und von diesem kapazitiv ausgekoppelt wird.
3. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1, bei dem das e- lektrische Feld kapazitiv in das elektrisch leitende Inf¬ rastrukturelement (6.1...6.n) eingekoppelt und von diesem galvanisch ausgekoppelt wird.
4. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1, bei dem das e- lektrische Feld galvanisch in das elektrisch leitende Infrastrukturelement (6.1...6.n) eingekoppelt und von die¬ sem kapazitiv ausgekoppelt wird.
5. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1, bei dem der Ab- gleich, insbesondere mittels eines in periodischen Ab¬ ständen übertragenen Funkuhrensignals, zur Synchronisie¬ rung der Geräte (2.1...2.n) dient.
6. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1 und 5, bei dem die Erfassung des Funkuhrensignals, insbesondere eines
DCF-77-Signals, mittels eines gebäudezugehörigen zentra¬ len Zeitsignalgebers (3), insbesondere DCF-77-Empfänger, als Funktionselement erfolgt.
7. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1,5 oder 6, bei dem das Funkuhrensignal in das zumindest eine elektrisch leitende Infrastrukturelement (6.1...6.n) kodiert eingekop¬ pelt und von diesem dekodiert ausgekoppelt wird.
8. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1, bei dem die Geräte (2.1...2.n) als Haushaltsgeräte ausgeführt sind.
9. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1, bei dem die Geräte (2.1...2.n) als Steuergeräte zur Umsetzung und Verar- beitung des DCF-77-Signals ausgeführt sind.
10. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1, bei dem jedes Gerät mit einem Steuergerät (2.1...2.n), insbesondere in Form eines an das Gerät anbaubaren Adapters, zur Umset- zung und Verarbeitung des DCF-77-Signals versehen ist.
11. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1, bei dem das zumindest eine elektrisch leitende Infrastrukturelement (6.1...6.n) als Wasserrohr, Heizungsrohr, Metallverstrebung oder Metallfolie ausgeführt ist.
12. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1 oder 11, bei dem die elektrisch leitenden Infrastrukturelemente (6.1...6.n) als mittels Walze, Spray, Pinsel oder dergleichen aufge¬ brachte elektrisch leitende Schichten ausgeführt sind.
13. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1,11 oder 12, bei dem die elektrisch leitenden Infrastrukturelemente (6.1...6.n) im oder unter Putz verlegt sind.
14. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1, bei dem die Mittel zur Datenübertragung (5; 7) als Sender und/oder Empfänger ausgeführt sind.
15. Kommunikationssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Frequenz des hochfrequenten Wechselstroms (I) im Bereich von 5 bis 50 MHz, insbesondere 13,56 und/oder 40,68 MHz, liegt.
16.Verwendung des Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1 in einem Gebäude (4) .
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