EP3349197B1 - Energieauskopplungsmodul - Google Patents

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EP3349197B1
EP3349197B1 EP17207122.7A EP17207122A EP3349197B1 EP 3349197 B1 EP3349197 B1 EP 3349197B1 EP 17207122 A EP17207122 A EP 17207122A EP 3349197 B1 EP3349197 B1 EP 3349197B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
eim
energy
extraction module
energy extraction
detector line
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.)
Active
Application number
EP17207122.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3349197A1 (de
Inventor
Christian Frey
Peter LÖFFLER
Oliver Zechlin
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 Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz 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 Schweiz AG filed Critical Siemens Schweiz AG
Publication of EP3349197A1 publication Critical patent/EP3349197A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3349197B1 publication Critical patent/EP3349197B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B25/00—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems
    • G08B25/01—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems characterised by the transmission medium
    • G08B25/04—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems characterised by the transmission medium using a single signalling line, e.g. in a closed loop
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B29/00—Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/18—Prevention or correction of operating errors
    • G08B29/181—Prevention or correction of operating errors due to failing power supply

Definitions

  • the invention relates to an energy decoupling module with a first electrical connection for connecting the energy decoupling module to a detector line, in particular to a two-wire line, of a hazard detection system.
  • Hazard detection systems should also work 24/7 in the event of a power failure.
  • the energy supply must be redundant.
  • the basic supply comes from the low-voltage network of the building. If the general power supply fails, the system is supplied from the integrated safety power supply (usually accumulators) until it is repaired. To supply consumers in accordance with EN 54-4 and VdS, switching from mains to battery operation must therefore take place automatically if the mains voltage fails.
  • This system availability is e.g. in fire alarm systems guaranteed by using a backup battery in the BMZ. If the system is monitored for faults and the repair is carried out within 24 hours, a bridging time of 30 hours is sufficient. If this is not guaranteed, the bridging time of the safety power supply must be increased to 72 hours.
  • the energy available via the bus line is limited, which means that only consumers (actuators, sensors, signal transmitters, etc.) with a very low energy requirement can be used.
  • Radio transmitters with higher energy output ⁇ 1 VA
  • a hazard alarm system must have two independent energy sources (mains and battery).
  • the power supply unit In addition to covering the energy requirements of the system, the power supply unit must be able to maintain the battery charge or charge the battery to at least 80% of its nominal capacity within 24 hours.
  • the battery must be dimensioned so that it has a burglar alarm system for 12 hours (DIN VDE 0833, grades 1 and 2 and VdS class A) or 60 hours (DIN VDE 0833, grades 3 and 4 and VdS class B and C) Fire alarm system can keep 30 hours (DIN 14675 and VdS 2095) ready for operation.
  • EP 2 911 128 A1 discloses an energy decoupling module according to the preamble of claim 1.
  • the energy decoupling module (EIM) has a current limiting unit (SBE) connected in series with the first electrical connection (K), an energy store (C) connected downstream of the current limiting unit (SBE) and a second electrical connection (PS) connected downstream of the energy store (C) for connecting an external consumer (EXT) , wherein the electrical energy (E) taken from the detector line (ML), apart from an electrical self-supply component for the energy decoupling module (EIM), is provided exclusively for the electrical supply of the connected consumer (EXT), and wherein the energy decoupling module (EIM) as one Unit is formed.
  • SBE current limiting unit
  • PS second electrical connection
  • the design of the energy decoupling module (EIM) as a structural unit ensures an integrated and compact design.
  • the configuration as a structural unit can take place, for example, as a housing, with the electrical connections advantageously being provided from the outside through corresponding cutouts are accessible.
  • the assembly can, for example, be positioned next to (ie in the immediate vicinity) a fire or hazard detector, or as a module in a fire or hazard detector.
  • a first advantageous embodiment of the invention resides in an energy decoupling module (EIM), the current limiting unit (SBE) being set up to decouple a constant direct current (I) from the detector line (ML).
  • EIM energy decoupling module
  • SBE current limiting unit
  • the current limiting unit is set up to produce a constant direct current (I) with a maximum current value in the range from 1 to 250 ⁇ A, in particular in a range from 3 to 50 ⁇ A and preferably in one Decouple a range of 5 to 10 ⁇ A from the detector line (ML).
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the current limiting unit (SBE) is set up to couple a constant direct current (I) with a maximum current value out of the detector line (ML), the maximum current value with one for the detector line of the hazard alarm system (100 ) corresponds to the specified load factor in the range from 0.5 to 2.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the load factor of the detector line (ML) is determined by the total length of the detector line (ML), by the electrical supply power of a hazard alarm center (Z) connected to the detector line (ML) and by the line quality of the detector line (ML ) is set.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the load factor for a smoke detector that can be connected to the detector line (ML) is set to a standardized value of 1.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the energy store (C) is followed by a first switching element (S1) in series with the second connection (EXT), the energy decoupling module (EIM) having an electronic control unit (SE), in particular a microcontroller, and wherein the control unit (SE) is set up to conductively control the first switching element (S1) when a predetermined value for an electrical charge or electrical energy decoupled from the detector line (ML) is reached in order to control the electrical charge or charge stored in the energy store (C) to connect electrical energy to the second electrical connection (EXT).
  • SE electronice control unit
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the electronic control unit (SE) is set up to conductively activate the first switching element (S1) for a predetermined minimum time, in particular for a minimum time in the range from 0.5 to 25 ms and preferably in the range from 1 to 10 ms.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the current limiting unit (SBE) is a step-down converter which converts an input-side input voltage (UE) into an output-side output voltage (UA) at the energy store (C), the output voltage (UA) being smaller in amount is as the input voltage (UE) and the output voltage (UA) preferably has a voltage value in the range from 3 to 5 V.
  • SBE current limiting unit
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the energy store (C) is a capacitor and / or an accumulator.
  • first and second electrical connection is designed as a terminal, plug or socket. This makes electrical connection connections in a simple manner provided for electrical contacting.
  • Figure 1 shows exemplary devices for which the present invention can advantageously be used, for example fire detectors, optical / acoustic alarm signal transmitters, optical alarm transmitters.
  • the invention relies in particular on the use of a battery-supporting functional unit for designated peripheral users on a bus in compliance with EN54 / VdS regulations.
  • One aspect of the invention is to provide peripheral devices such as e.g. to connect a radio transmitter via an impulse energy module (IEM).
  • IEM impulse energy module
  • the transmitter is in sleep mode and therefore requires very little energy.
  • the energy collector in the IEM slowly charges with a limited current ( ⁇ 1 mA).
  • the desired amount of energy e.g. 1 VAh
  • the IEM triggers the transmitter, which then sends a radio protocol with embedded data, e.g. can deliver its position, a temperature value, etc. with high power.
  • this pulse operation with e.g. 1x transmission per minute completely sufficient.
  • a double-layer capacitor (gold cap) can be used as the energy collector. This means that a sufficient number of peripheral devices such as e.g. operate a radio transmitter on the bus of a fire alarm system.
  • Figure 2 shows an exemplary base for a fire detector as an exemplary mounting device for the energy decoupling module according to the invention.
  • Figure 3 shows a first exemplary circuit diagram (partial illustration on the left) for the energy decoupling module according to the invention and a graphical representation of an exemplary current profile (partial illustration on the right).
  • the voltage is plotted against the time curve, with the recurring phases of charging, holding and discharging. Unloading takes place after the trigger.
  • FIG 4 shows a second exemplary circuit diagram for the energy decoupling module (EIM) according to the invention, with a first electrical connection (K) for connecting the energy decoupling module (EIM) to a detector line (ML), in particular to a two-wire line, to a hazard alarm system (100), the energy decoupling module ( EIM) a current limiting unit (SBE) connected in series with the first electrical connection (K), an energy store (C) connected downstream of the current limiting unit (SBE) and a second electrical connection (PS) connected downstream of the energy store (C) for connecting an external consumer (EXT ), wherein the electrical removed from the detector line (ML) Energy (E), apart from an electrical self-supply component for the energy decoupling module (EIM), is provided exclusively for the electrical supply of the connected consumer (EXT), and the energy decoupling module (EIM) is designed as a structural unit.
  • K first electrical connection
  • EIM energy decoupling module
  • SBE current limiting unit
  • PS second electrical connection
  • a first advantageous embodiment of the invention resides in an energy decoupling module (EIM), the current limiting unit (SBE) being set up to decouple a constant direct current (I) from the detector line (ML).
  • EIM energy decoupling module
  • SBE current limiting unit
  • a further advantageous embodiment of the invention resides in an energy decoupling module (EIM) with a first electrical connection (K) for connecting the energy decoupling module (EIM) to a detector line (ML), in particular to a two-wire line, to a hazard alarm system (100),
  • the energy decoupling module (EIM) has a current limiting unit (SBE) connected to the detector line (ML), an energy store (C) downstream of the current limiting unit (SBE) and a second electrical connection (PS) downstream of the energy store (C) for connecting an external consumer (EXT) , wherein the current limiting unit (SBE) is set up to decouple a constant direct current (I) from the detector line (ML).
  • the current limiting unit is set up to produce a constant direct current (I) with a maximum current value in the range from 1 to 250 ⁇ A, in particular in a range from 3 to 50 ⁇ A and preferably in one Decouple a range of 5 to 10 ⁇ A from the detector line (ML).
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the current limiting unit (SBE) is set up to couple a constant direct current (I) with a maximum current value from the detector line (ML), the maximum current value with one for the detector line of the hazard alarm system (100) predetermined load factor in the range of 0.5 to 2 corresponds.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the load factor of the detector line (ML) is determined by the total length of the detector line (ML), by the electrical supply power of a hazard alarm center (Z) connected to the detector line (ML) and by the line quality of the detector line (ML ) is set.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the load factor for a smoke detector that can be connected to the detector line (ML) is set to a standardized value of 1.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the energy store (C) is followed by a first switching element (S1) in series with the second connection (EXT), the energy decoupling module (EIM) having an electronic control unit (SE), in particular a microcontroller, and wherein the control unit (SE) is set up to conductively control the first switching element (S1) when a predetermined value for an electrical charge or electrical energy decoupled from the detector line (ML) is reached in order to control the electrical charge or charge stored in the energy store (C) to connect electrical energy to the second electrical connection (EXT).
  • SE electronice control unit
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the electronic control unit (SE) is set up to conductively activate the first switching element (S1) for a predetermined minimum time, in particular for a minimum time in the range from 0.5 to 25 ms and preferably in the range from 1 to 10 ms.
  • the current limiting unit (SBE) is a step-down converter which has an input-side input voltage (UE) is converted into an output-side output voltage (UA) on the energy store (C), the amount of the output voltage (UA) being smaller than the input voltage (UE) and the output voltage (UA) preferably having a voltage value in the range from 3 to 5 V.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the energy store (C) is a capacitor and / or an accumulator.
  • EIM energy decoupling module
  • EIM energy decoupling module
  • EIM energy extraction module
  • first and second electrical connection K, EXT
  • K, EXT electrical connection connections for electrical contacting are provided in a simple manner.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Energieauskopplungsmodul, mit einem ersten elektrischen Anschluss zum Anschliessen des Energieauskopplungsmoduls an einer Melderlinie, insbesondere an einer Zweidrahtleitung, einer Gefahrenmeldeanlage.
  • Gefahrenmeldeanlagen sollten auch bei Stromausfall 24/7 funktionieren. Im Interesse dieser hohen Versorgungssicherheit muss die Energieversorgung redundant erfolgen. Die Grundversorgung erfolgt aus dem Niederspannungsnetz des Gebäudes. Bei Ausfall der allgemeinen Stromversorgung wird die Anlage bis zur Instandsetzung aus der integrierten Sicherheitsstromversorgung (i.d.R. Akkumulatoren) gespeist. Zur Versorgung von Verbrauchern gemäß EN 54-4 und VdS muss daher bei Ausfall der Netzspannung automatisch von Netz- auf Batteriebetrieb umgeschaltet werden. Diese Systemverfügbarkeit wird z.B. bei Brandmeldeanlagen durch Einsatz einer Pufferbatterie in der BMZ gewährleistet. Wenn die Anlage auf Störungen überwacht wird und die Instandsetzung innerhalb von 24 Stunden erfolgt, genügt eine Überbrückungszeit von 30 Stunden. Ist dies nicht gewährleistet, muss die Überbrückungszeit der Sicherheitsstromversorgung auf 72 Stunden erhöht werden.
  • Je mehr Verbraucher am Bus hängen, desto höher im Regelfall die benötigte Leistung der Akkumulatoren und der Platzbedarf in der BMZ. Dies bedingt wiederum Batterien welche teu(r)er, grösser, schwerer sind. Es bedingt bauliche Massnahmen und Gehäusegrössen (um die Akkumulatoren fachgerecht integrieren zu können) die eventuell bei Konzeption der Anlage nicht auf Ausbau ausgelegt waren, und damit eine (funktionelle) Erweiterung erschweren oder gar verhindern. Je grösser und schwerer die Pufferbatterie, desto aufwendiger sind Transport und Montage. Auch müssen die Akkumulatoren spätestens nach vier Jahren ersetzt werden.
  • Weiterhin ist die über die Busline verfügbare Energie begrenzt, wodurch nur Verbraucher (Aktuatoren, Sensoren, Signalgeber, ect.) mit einem sehr niedrigem Energiebedarf zum Einsatz kommen können.
  • Werden nun Verbraucher wie z.B. Funksender mit höherer Energieleistung(< 1 VA) angeschlossen, so sind die Systemgrenzen schnell erreicht, auch wenn der die Sender nicht dauerhaft senden.
  • Nach DIN VDE 0833 muss eine Gefahrenmeldeanlage über zwei voneinander unabhängige Energiequellen verfügen (Netz und Batterie). Das Netzgerät muss in der Lage sein, neben der Deckung des Energiebedarfs der Anlage die Ladung der Batterie zu erhalten bzw. die Batterie innerhalb von 24 Stunden auf mindestens 80% ihrer Nennkapazität aufzuladen. Die Batterie muss so bemessen sein, dass sie eine Einbruchmeldeanlage 12 Stunden (DIN VDE 0833, Grade 1 und 2 sowie VdS Klasse A), bzw. 60 Stunden (DIN VDE 0833, Grade 3 und 4 sowie VdS Klasse B und C), eine Brandmeldeanlage 30 Stunden (DIN 14675 und VdS 2095) betriebsbereit halten kann. Diese Zeit von 60 Stunden ermäßigt sich auf 30 Stunden, wenn die Störung jederzeit erkannt wird und innerhalb von 24 Stunden der Instandhalter verfügbar ist, wenn Ersatzteile vorhanden sind und für die Gefahrenmeldeanlage eine Netzersatzanlage zur Verfügung steht. Wartungsfreie Batterien für Gefahrenmeldeanlagen werden durch VdS geprüft und anerkannt. (Quelle: Secupedia).
  • Es ist bekannt, bei Brandmeldeanlagen, bzw. deren Zentralen, werden Notstromakkus als Schutz gegen Netzausfall anzubieten und einzusetzen. Dies gewährleistet Notlauffunktion und Notlaufbedienung gemäss EN54: Die Funktionssicherheit und Systemverfügbarkeit ist somit gegeben. Werden weitere Verbraucher auf dem Bus benötigt, oder leistungsstärkere, muss die Batteriekapazität "nachgezogen" werden, um die Auflagen hinsichtlich Netzausfallüberbrückung zu gewährleisten.
  • Funktionelle Erweiterungen an einem (auch) stromversorgenden Bus können heute aus den beschriebenen Gründen der Systemverfügbarkeit und den geforderten Überbrückungszeiten bei knapp dimensionierten Akkumulatoren nur schwer realisiert werden.
  • EP 2 911 128 A1 offenbart ein Energieauskopplungsmodul nach dem Obergriff des Anspruchs 1.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Mechanismus bereitzustellen, der die oben genannten Nachteile beseitigt.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Energieauskopplungsmodul (EIM), mit einem ersten elektrischen Anschluss (K) zum Anschliessen des Energieauskopplungsmoduls (EIM) an einer Melderlinie (ML), insbesondere an einer Zweidrahtleitung, einer Gefahrenmeldeanlage (100), wobei das Energieauskopplungsmodul (EIM) eine in Reihe zum ersten elektrischen Anschluss (K) geschaltete Strombegrenzungseinheit (SBE), einen der Strombegrenzungseinheit (SBE) nachgeschalteten Energiespeicher (C) sowie einen dem Energiespeicher (C) nachgeschalteten zweiten elektrischen Anschluss (PS) zum Anschliessen eines externen Verbrauchers (EXT) aufweist, wobei die aus der Melderleitung (ML) entnommene elektrische Energie (E), abgesehen von einem elektrischen Eigenversorgungsanteil für das Energieauskopplungsmodul (EIM), ausschliesslich zur elektrischen Versorgung des angeschlossenen Verbrauchers (EXT) vorgesehen ist, und wobei das Energieauskopplungsmodul (EIM) als eine Baueinheit ausgebildet ist. Die Ausgestaltung des Energieauskopplungsmoduls (EIM) als eine Baueinheit stellt eine integrierte und kompakte Bauweise sicher. Die Ausgestaltung als eine Baueinheit kann z.B. als ein Gehäuse erfolgen, wobei mit Vorteil die elektrischen Anschlüsse von aussen durch entsprechende Aussparungen zugänglich sind. Die Baueinheit kann z.B. neben (d.h. in unmittelbarer Nachbarschaft) einem Brand- oder Gefahrenmelder positioniert sein, oder als ein Modul in einem Brand- oder Gefahrenmelder.
  • Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt in einem Energieauskopplungsmodul (EIM), wobei die Strombegrenzungseinheit (SBE) dazu eingerichtet ist, einen konstanten Gleichstrom (I) aus der Melderleitung (ML) auszukoppeln.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Strombegrenzungseinheit (SBE) dazu eingerichtet ist, einen konstanten Gleichstrom (I) mit einem maximalen Stromwert im Bereich von 1 bis 250 µA, insbesondere in einem Bereich von 3 bis 50 µA und vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 10 µA aus der Melderleitung (ML) auszukoppeln.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Strombegrenzungseinheit (SBE) dazu eingerichtet ist, einen konstanten Gleichstrom (I) mit einem maximalen Stromwert aus der Melderleitung (ML) auszukoppeln, wobei der maximale Stromwert mit einem für die Melderleitung der Gefahrenmeldeanlage (100) vorgegebenen Lastfaktor im Bereich von 0,5 bis 2 korrespondiert.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Lastfaktor der Melderleitung (ML) durch die Gesamtlänge der Melderleitung (ML), durch die elektrische Speiseleistung einer an die Melderleitung (ML) angeschlossenen Gefahrenmeldezentrale (Z) sowie durch die Leitungsqualität der Melderleitung (ML) festgelegt ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Lastfaktor für einen an die Melderleitung (ML) anschaltbaren Rauchmelder auf einen normierten Wert von 1 festgelegt ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass dem Energiespeicher (C) ein erstes Schaltelement (S1) in Reihe zum zweiten Anschluss (EXT) nachgeschaltet ist, wobei das Energieauskopplungsmodul (EIM) eine elektronische Steuereinheit (SE), insbesondere einen Mikrocontroller aufweist, und wobei die Steuereinheit (SE) dazu eingerichtet ist, das erste Schaltelement (S1) bei Erreichen eines vorgegebenen Werts für eine aus der Melderleitung (ML) ausgekoppelten elektrischen Ladung oder elektrischen Energie leitend anzusteuern, um die im Energiespeicher (C) gespeicherten elektrische Ladung bzw. elektrische Energie an den zweiten elektrischen Anschluss (EXT) durchzuschalten.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die elektronische Steuereinheit (SE) dazu eingerichtet ist, das erste Schaltelement (S1) für eine vorgegebene Mindestzeit leitend anzusteuern, insbesondere für eine Mindestzeit im Bereich von 0,5 bis 25 ms und vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 ms.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Strombegrenzungseinheit (SBE) ein Tiefsetzsteller ist, welcher eine eingangsseitige Eingangsspannung (UE) in eine ausgangsseitige, am Energiespeicher (C) liegende Ausgangsspannung (UA) umsetzt, wobei die Ausgangsspannung (UA) betragsmäßig kleiner ist als die Eingangsspannung (UE) und wobei die Ausgangsspannung (UA) vorzugsweise einen Voltwert im Bereich von 3 bis 5 V aufweist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Energiespeicher (C) ein Kondensator und/oder ein Akkumulator ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der erste und zweite elektrische Anschluss (K, EXT) als Klemme, Stecker oder Buchse ausgebildet ist. Dadurch werden auf eine einfache Art und Weise elektrische Verbindungsanschlüsse für eine elektrische Kontaktierung bereitgestellt.
  • Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am Beispiel der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
    • FIG 1
    beispielhafte Geräte für die die vorliegende Erfindung vorteilhaft verwendbar ist,
    FIG 2
    einen beispielhaften Sockel für einen Brandmelder als eine beispielhafte Montageeinrichtung,
    FIG 3
    ein erstes beispielhaftes Schaltbild für das erfindungsgemässe Energieauskopplungsmodul und eine grafische Darstellung eines beispielhaften Stromverlaufs, und
    FIG 4
    ein zweites beispielhaftes Schaltbild für das erfindungsgemässe Energieauskopplungsmodul.
  • Figur 1 zeigt beispielhafte Geräte für die die vorliegende Erfindung vorteilhaft verwendbar ist, z.B. Brandmelder, optisch/akustische Alarmsignalgeber, optische Alarmgeber.
  • Quelle:
    https://hit.sbt.siemens.com/RWD/app.aspx?RC=HQEU&lang=en&MODUL E=Catalog&ACTION=ShowGroup&KEY=OPC 369600
  • Die Erfindung setzt insbesondere auf die Nutzung einer batterieunter-stützenden Funktionseinheit für designierte Peripherieteilnehmer auf einem Bus unter Einhaltung der EN54 / VdS Vorschriften.
  • Ein Aspekt der Erfindung ist, Peripherieteilnehmer wie z.B. einen Funksender über eine Impuls-Energie-Modul (IEM) anzuschliessen. Der Sender ist dabei im Ruhemodus und braucht daher nur sehr wenig Energie. Der Energiesammler im IEM lädt sich zwischenzeitlich langsam mit begrenztem Strom (<1 mA) auf. Mit Erreichen der gewünschten Energiemenge (z.B. 1 VAh), oder nach voreingestellter Zeitkonstante, oder manuell durch externe Auslösung, triggert das IEM den Sender, welcher dann ein Funkprotokoll mit eingebetteten Daten, wie z.B. seine Position, einen Temperaturwert, etc. mit hoher Leistung abgeben kann. Für viele Anwendungen ist dieser Impulsbetrieb mit z.B. 1x Senden pro Minute völlig ausreichend. Als Energiesammler kann ein Doppelschicht-Kondensator (Gold-Cap) zum Einsatz kommen. Somit lässt sich ohne merkliche Zusatzbelastung des stromversorgenden Bus eine ausreichende Anzahl von Peripherieteilnehmer wie z.B. einen Funksender am Bus einer Brandmeldeanlage betreiben.
    • Erfinderische Merkmale und Vorteile:
    • Möglichkeit der Funktionsaufrechterhaltung einzelner Peripherieteilnehmer, selbst bei Komplettausfall einer Linie einer Gefahrenmeldeanlage; dies übertrifft die Vorgaben / Erwartungen der Anlage. So kann ein bspw. Sounder-Beacon auch nach "kappen" der Busversorgungsleitung weiterhin autark akustischen/optischen Alarm geben.
    • Möglichkeit der Nutzung von leistungsschwächeren (kleiner, leichter, günstigeren) Akkumulatoren an der Gefahrenmeldeanlage, da von einer zentralistischen Notstromversorgung auf eine Hybridlösung gewechselt werden könnte.
    • Möglichkeit einzelnen Peripherieteilnehmern mit Zusatzfunktionalitäten zu versehen, welche durch autarke, dezentrale Stromversorgung betrieben werden, und damit den Bus und dessen Leistung nicht negativ beeinflussen. Dabei kann auf aufwendige, damit kostenintensive Umbau-/Montagearbeit (z.B. Verlegung von weiteren stromführenden Kabeln) verzichtet werden.
    • Möglichkeit Strom kabelgeführt oder kabellos von "Batteriesatelliten" an Peripherie mittels induktiver Kopplung zu übertragen.
    • Möglichkeit durch peripherieautarke Stromversorgung eine Alarmierung auf alternativem Wege aufrecht zu erhalten, z.B. durch Aktivierung einer alternativen Funkschnittstelle.
    • Möglichkeit der Funktionsaufrechterhaltung für eine letzte Statusmeldung einzelner Peripherieteilnehmer, selbst nach Komplettausfall einer Linie einer Gefahrenmeldeanlage; dies übertrifft die Vorgaben/ Erwartungen der Anlage. So kann bspw. dieses letztes Funkprotokoll auch nach "kappen" der Busversorgungsleitung mit Verzögerung (z.B. nach 10 min, wenn Einsatzkräfte i.d.R. vor Ort sind) gesendet werden und damit nützliche Information über die Entwicklung einer Gefahrensituation liefern; dies erlaubt den Einsatzkräften die Lage vor Ort besser zu beurteilen.
    • Möglichkeit der Nutzung von leistungsschwächeren (kleiner, leichter, günstigeren) Akkumulatoren an den Gefahrenmeldeanlage, da von einer zentralistischen Notstromversorgung auf eine Hybridlösung gewechselt werden könnte.
    • Möglichkeit einzelnen Peripherieteilnehmern mit Zusatzfunktionalitäten zu versehen, welche über ein IEM betrieben werden, und damit den Bus und dessen Leistung nicht negativ beeinflussen. Dabei kann auf aufwendige, damit kostenintensive Umbau-/Montagearbeit (z.B. Verlegung von weiteren stromführenden Kabeln) verzichtet werden.
    • Möglichkeit über das IEM eine Alarmierung auf alternativem Wege abzusetzen, z.B. durch Aktivierung einer alternativen Funkschnittstelle (GPRS).
    • Möglichkeit auch bei Ausfall einer Linie Informationen zu Gegebenheiten in diesem Bereich zu erhalten, z.B. durch Übertragung von weiterhin empfangenen Sensorinformationen via Funkschnittstelle; dies erlaubt z.B. Einsatzkräften die Lage vor Ort besser zu beurteilen.
    • Möglichkeit auch bei Ausfall einer Linie Informationen zu Gegebenheiten in diesem Bereich zu erhalten, z.B. durch Übertragung von weiterhin empfangenen Sensorinformationen via Funkschnittstelle; dies erlaubt z.B. Einsatzkräften die Lage vor Ort besser zu beurteilen.
    • Dezentrale Stromversorgung, insbesondere für Gefahrenmeldesysteme oder Funk-Beacon
    • Nutzung einer Art "Powerbank", sprich externen Stromspeichereinheiten. Diese kann z.B. in Form eines den Sockel umfassenden Rings erfolgen (z.B. Sinteso FDB291) welcher als Batterieträger agiert. Die Batterie kann entweder mittels Kabel an die Peripherie, oder die darin zusätzlich agierende Elektronik (z.B. Sensorik) angeschlossen werden, oder ein in der Hauptperipherie befindlicher Zwischenpuffer geladen werden, oder mittels induktiver Kopplung zur Stromversorgung der in der Hauptperipherie befindlichen Elektronik genutzt werden. Gleiche Wege der Stromübertragung gilt für Zusatzperipherie welche statt in der Hauptperipherieeinheit in der dafür genutzten Montageeinrichtung (z.B. Sockel, s. Figur 2) platziert ist.
    • Ausstattung/Aufrüstung bereits bestehender Anlagen mit Zusatzfunktionalität ohne Eingriffsnotwendigkeit in Hauptanlage. Neuanlagen, bei denen dedizierte Funktionsmodule an die Kapazitätsgrenze der Notstromversorgung stossen.
    • Nutzung einer Prozessoreinheit, die über ein Gold-Cap Energie für eine energiereiche Anwendung, wie z.B. Funken sammelt und diese für den Moment kurzzeitig bereitstellt. Diese kann z.B. in Form eines den Sockel umfassenden Rings erfolgen (z.B. Sinteso FDB291) welcher als Einbauträger agiert. Das IEM kann entweder mittels Kabel an die Peripherie angeschlossen werden, oder mittels induktiver Kopplung zur Stromversorgung der in der Hauptperipherie befindlichen Elektronik genutzt werden. Gleiche Wege der Stromübertragung gilt für Zusatzperipherie (z.B. Funkmodul) welche statt in der Hauptperipherieeinheit in der dafür genutzten Montageeinrichtung (z.B. Sockel; s. Figur 2, Sockel Brandmelder) platziert ist.
    • Ausstattung/Aufrüstung bereits bestehender Anlagen mit Zusatzfunktionalität ohne Eingriffsnotwendigkeit in Hauptanlage. Neuanlagen, bei denen dedizierte Funktionsmodule an die Kapazitätsgrenze der Notstromversorgung stossen. Der heute verbaute Brandmelder bekommt damit weitere Funktionen, welche im Ausschreibungsprozess als USP eingebracht werden können. Die Brandmeldeanlage mit dem Brandmelder wir somit zum Universalsensor, der durch die All-in-one-Lösung in Montage und Wartung eine kostengünstige Alternative zur Montage einzelner Sensoren darstellt. Auch die Zulassung (VdS) ist lediglich für das Stromversorgungsmodul, aber nicht für jede Sensorapplikation notwendig. Zukünftige innovative Sensoren, welche neue Applikationsfelder erschliessen können so schnell und ohne Zulassungsverfahren temporär oder permanent im Gebäude installiert werden.
  • Figur 2 zeigt einen beispielhaften Sockel für einen Brandmelder als eine beispielhafte Montageeinrichtung für das erfindungsgemässe Energieauskopplungsmodul.
  • Figur 3 zeigt ein erstes beispielhaftes Schaltbild (Teilabbildung links) für das erfindungsgemässe Energieauskopplungsmodul und eine grafische Darstellung eines beispielhaften Stromverlaufs (Teilabbildung rechts). Im beispielhaften Stromverlauf ist die Spannung über den zeitlichen Verlauf aufgetragen, mit den wiederkehrenden Phasen Laden, Halten, und Entladen. Das Entladen erfolgt nach dem Trigger.
  • Figur 4 zeigt ein zweites beispielhaftes Schaltbild für das erfindungsgemässe Energieauskopplungsmodul (EIM), mit einem ersten elektrischen Anschluss (K) zum Anschliessen des Energieauskopplungsmoduls (EIM) an einer Melderlinie (ML), insbesondere an einer Zweidrahtleitung, einer Gefahrenmeldeanlage (100), wobei das Energieauskopplungsmodul (EIM) eine in Reihe zum ersten elektrischen Anschluss (K) geschaltete Strombegrenzungseinheit (SBE), einen der Strombegrenzungseinheit (SBE) nachgeschalteten Energiespeicher (C) sowie einen dem Energiespeicher (C) nachgeschalteten zweiten elektrischen Anschluss (PS) zum Anschliessen eines externen Verbrauchers (EXT) aufweist, wobei die aus der Melderleitung (ML) entnommene elektrische Energie (E), abgesehen von einem elektrischen Eigenversorgungsanteil für das Energieauskopplungsmodul (EIM), ausschliesslich zur elektrischen Versorgung des angeschlossenen Verbrauchers (EXT) vorgesehen ist, und wobei das Energieauskopplungsmodul (EIM) als eine Baueinheit ausgebildet ist.
  • Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt in einem Energieauskopplungsmodul (EIM), wobei die Strombegrenzungseinheit (SBE) dazu eingerichtet ist, einen konstanten Gleichstrom (I) aus der Melderleitung (ML) auszukoppeln.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt in einem Energieauskopplungsmodul (EIM), mit einem ersten elektrischen Anschluss (K) zum Anschliessen des Energieauskopplungsmoduls (EIM) an einer Melderlinie (ML), insbesondere an einer Zweidrahtleitung, einer Gefahrenmeldeanlage (100), wobei das Energieauskopplungsmodul (EIM) eine an die Melderleitung (ML) geschaltete Strombegrenzungseinheit (SBE), einen der Strombegrenzungseinheit (SBE) nachgeschalteten Energiespeicher (C) sowie einen dem Energiespeicher (C) nachgeschalteten zweiten elektrischen Anschluss (PS) zum Anschliessen eines externen Verbrauchers (EXT) aufweist, wobei die Strombegrenzungseinheit (SBE) dazu eingerichtet ist, einen konstanten Gleichstrom (I) aus der Melderleitung (ML) auszukoppeln.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Strombegrenzungseinheit (SBE) dazu eingerichtet ist, einen konstanten Gleichstrom (I) mit einem maximalen Stromwert im Bereich von 1 bis 250 µA, insbesondere in einem Bereich von 3 bis 50 µA und vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 10 µA aus der Melderleitung (ML) auszukoppeln.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Strombegrenzungseinheit (SBE) dazu eingerichtet ist, einen konstanten Gleichstrom (I) mit einem maximalen Stromwert aus der Melderleitung (ML) auszukoppeln, wobei der maximale Stromwert mit einem für die Melderleitung der Gefahrenmeldeanlage (100) vorgegebenen Lastfaktor im Bereich von 0,5 bis 2 korrespondiert.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Lastfaktor der Melderleitung (ML) durch die Gesamtlänge der Melderleitung (ML), durch die elektrische Speiseleistung einer an die Melderleitung (ML) angeschlossenen Gefahrenmeldezentrale (Z) sowie durch die Leitungsqualität der Melderleitung (ML) festgelegt ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Lastfaktor für einen an die Melderleitung (ML) anschaltbaren Rauchmelder auf einen normierten Wert von 1 festgelegt ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass dem Energiespeicher (C) ein erstes Schaltelement (S1) in Reihe zum zweiten Anschluss (EXT) nachgeschaltet ist, wobei das Energieauskopplungsmodul (EIM) eine elektronische Steuereinheit (SE), insbesondere einen Mikrocontroller aufweist, und wobei die Steuereinheit (SE) dazu eingerichtet ist, das erste Schaltelement (S1) bei Erreichen eines vorgegebenen Werts für eine aus der Melderleitung (ML) ausgekoppelten elektrischen Ladung oder elektrischen Energie leitend anzusteuern, um die im Energiespeicher (C) gespeicherten elektrische Ladung bzw. elektrische Energie an den zweiten elektrischen Anschluss (EXT) durchzuschalten.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die elektronische Steuereinheit (SE) dazu eingerichtet ist, das erste Schaltelement (S1) für eine vorgegebene Mindestzeit leitend anzusteuern, insbesondere für eine Mindestzeit im Bereich von 0,5 bis 25 ms und vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 ms.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Strombegrenzungseinheit (SBE) ein Tiefsetzsteller ist, welcher eine eingangsseitige Eingangsspannung (UE) in eine ausgangsseitige, am Energiespeicher (C) liegende Ausgangsspannung (UA) umsetzt, wobei die Ausgangsspannung (UA) betragsmäßig kleiner ist als die Eingangsspannung (UE) und wobei die Ausgangsspannung (UA) vorzugsweise einen Voltwert im Bereich von 3 bis 5 V aufweist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Energiespeicher (C) ein Kondensator und/oder ein Akkumulator ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das Energieauskopplungsmodul (EIM) in einem Brandmeldersockel oder in einem Brandmeldergehäude integriert ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das Energieauskopplungsmodul (EIM) in einem Gehäuse eines Busgerätes (z.B. Aktor oder Sensor) integriert ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das Energieauskopplungsmodul (EIM) in einem Gehäuse eines Sensors (z.B. optischer Sensor) integriert ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der erste und zweite elektrische Anschluss (K, EXT) als Klemme, Stecker oder Buchse ausgebildet ist. Dadurch werden auf eine einfache Art und Weise elektrische Verbindungsanschlüsse für eine elektrische Kontaktierung bereitgestellt.

Claims (11)

  1. Energieauskopplungsmodul (EIM), mit einem ersten elektrischen Anschluss (K) zum Anschliessen des Energieauskopplungsmoduls (EIM) an einer Melderlinie (ML), insbesondere an einer Zweidrahtleitung, einer Gefahrenmeldeanlage (100), dadurch gekennzeichnet, dass das Energieauskopplungsmodul (EIM) eine in Reihe zum ersten elektrischen Anschluss (K) geschaltete Strombegrenzungseinheit (SBE), einen der Strombegrenzungseinheit (SBE) nachgeschalteten Energiespeicher (C) sowie einen dem Energiespeicher (C) nachgeschalteten zweiten elektrischen Anschluss (PS) zum Anschliessen eines externen Verbrauchers (EXT) aufweist, wobei die aus der Melderleitung (ML) entnommene elektrische Energie (E), abgesehen von einem elektrischen Eigenversorgungsanteil für das Energieauskopplungsmodul (EIM), ausschliesslich zur elektrischen Versorgung des angeschlossenen Verbrauchers (EXT) vorgesehen ist, und wobei das Energieauskopplungsmodul (EIM) als eine Baueinheit ausgebildet ist.
  2. Energieauskopplungsmodul (EIM) nach Anspruch 1, wobei die Strombegrenzungseinheit (SBE) dazu eingerichtet ist, einen konstanten Gleichstrom (I) aus der Melderleitung (ML) auszukoppeln.
  3. Energieauskopplungsmodul (EIM) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strombegrenzungseinheit (SBE) dazu eingerichtet ist, einen konstanten Gleichstrom (I) mit einem maximalen Stromwert im Bereich von 1 bis 250 µA, insbesondere in einem Bereich von 3 bis 50 µA und vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 10 µA aus der Melderleitung (ML) auszukoppeln.
  4. Energieauskopplungsmodul (EIM) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strombegrenzungseinheit (SBE) dazu eingerichtet ist, einen konstanten Gleichstrom (I) mit einem maximalen Stromwert aus der Melderleitung (ML) auszukoppeln, wobei der maximale Stromwert mit einem für die Melderleitung der Gefahrenmeldeanlage (100) vorgegebenen Lastfaktor im Bereich von 0,5 bis 2 korrespondiert.
  5. Energieauskopplungsmodul (EIM) nach Anspruch 4, wobei der Lastfaktor der Melderleitung (ML) durch die Gesamtlänge der Melderleitung (ML), durch die elektrische Speiseleistung einer an die Melderleitung (ML) angeschlossenen Gefahrenmeldezentrale (Z) sowie durch die Leitungsqualität der Melderleitung (ML) festgelegt ist.
  6. Energieauskopplungsmodul (EIM) nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Lastfaktor für einen an die Melderleitung (ML) anschaltbaren Rauchmelder auf einen normierten Wert von 1 festgelegt ist.
  7. Energieauskopplungsmodul (EIM) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei dem Energiespeicher (C) ein erstes Schaltelement (S1) in Reihe zum zweiten Anschluss (EXT) nachgeschaltet ist, wobei das Energieauskopplungsmodul (EIM) eine elektronische Steuereinheit (SE), insbesondere einen Mikrocontroller aufweist, und wobei die Steuereinheit (SE) dazu eingerichtet ist, das erste Schaltelement (S1) bei Erreichen eines vorgegebenen Werts für eine aus der Melderleitung (ML) ausgekoppelten elektrischen Ladung oder elektrischen Energie leitend anzusteuern, um die im Energiespeicher (C) gespeicherten elektrische Ladung bzw. elektrische Energie an den zweiten elektrischen Anschluss (EXT) durchzuschalten.
  8. Energieauskopplungsmodul (EIM) nach Anspruch 7, wobei die elektronische Steuereinheit (SE) dazu eingerichtet ist, das erste Schaltelement (S1) für eine vorgegebene Mindestzeit leitend anzusteuern, insbesondere für eine Mindestzeit im Bereich von 0,5 bis 25 ms und vorzugsweise im Bereich von 1 bis 10 ms.
  9. Energieauskopplungsmodul (EIM) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strombegrenzungseinheit (SBE) ein Tiefsetzsteller ist, welcher eine eingangsseitige Eingangsspannung (UE) in eine ausgangsseitige, am Energiespeicher (C) liegende Ausgangsspannung (UA) umsetzt, wobei die Ausgangsspannung (UA) betragsmäßig kleiner ist als die Eingangsspannung (UE) und wobei die Ausgangsspannung (UA) vorzugsweise einen Voltwert im Bereich von 3 bis 5 V aufweist.
  10. Energieauskopplungsmodul (EIM) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Energiespeicher (C) ein Kondensator und/oder ein Akkumulator ist.
  11. Energieauskopplungsmodul (EIM) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste und zweite elektrische Anschluss (K, EXT) als Klemme, Stecker oder Buchse ausgebildet ist.
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