WO2007082612A1 - Kommunikationssystem zur steuerung elektrischer funktionseinheiten der elektroinstallationstechnik - Google Patents

Kommunikationssystem zur steuerung elektrischer funktionseinheiten der elektroinstallationstechnik Download PDF

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WO2007082612A1
WO2007082612A1 PCT/EP2006/069662 EP2006069662W WO2007082612A1 WO 2007082612 A1 WO2007082612 A1 WO 2007082612A1 EP 2006069662 W EP2006069662 W EP 2006069662W WO 2007082612 A1 WO2007082612 A1 WO 2007082612A1
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WO
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communication system
electrically conductive
functional units
coupled
field
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Application number
PCT/EP2006/069662
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English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Brehm
Nikolaus Dellantoni
Michael Ernst
Peter Veith
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems

Definitions

  • the invention relates to a communication system for controlling electrical functional units of electrical installation technology, which also has a functional element in addition to the functional units.
  • such a communication system serves to interrogate, display and, if necessary, influence on switching or functional states of consumers or consumer groups.
  • WO 2004/036784 A1 discloses an asymmetrical message transmission system using an electric near field which is provided with a transmitter which has at least one coupling element, via which an electric near field is essentially emitted.
  • the Nachrich ⁇ tenschreibtragungssystem encompasses an already existing infrastructure body comprising an electrically isolated from earth and electrically conductive conductor element in which the electric field is coupled. By means of a receiver which has at least one coupling element, the field transmitted in the conductor element is coupled out.
  • Object of the present invention is to provide a ⁇ Kommunikati onssystem electrical functional units for controlling the electrical installation technology, which at a simple topology and a low installation effort to facilitate operation.
  • the radio network can be applied to a complex wired Kommunikati ⁇ onsnetztechnik one hand and susceptible to a complex and therefore sturgeon ⁇ other hand, be dispensed with. Accordingly, contrary to the conventional communication systems, such as the European Installation Bus, the Local Operating Network or Powerlme, no Steuerlei ⁇ lines or no power lines needed for signal transmission; Rather, it can be benefited by a communication system with high ease of use and a simple structure and low installation costs.
  • the communication ⁇ system is also ideal for retrofitting.
  • the data transmission system has a transmitter, with the coupling element essentially an electric near field is emitted.
  • This field is in an electrically conductive element ⁇ capaci tive coupled, in which then a current, in particular an im- pulse-shaped displacement current due to a Ladungsverände ⁇ tion, occurs at the electrically conductive element.
  • the electrically conducting element is electrically connected capacitively to the ground potential and optionally to further electrically conductive elements.
  • the signal which is executable for example, as control, signaling, or command signal generally comprises a ⁇ Since tentelegramm and generally serves an actuator, in particular in the form of an electronic signal amplifier circuit or also in the form of an electromechanical signal amplifier Device, for example, a relay to beaufschla ⁇ gen.
  • a reporting, control or load current ⁇ circle for connected display elements, control devices or consumers are switched on or off.
  • the actuators can be part of a consumer or can be arranged on it.
  • lights blinds, locking systems, devices in electric ⁇ integrated or separately executed switching devices are meant for example.
  • the signal frequency, electrically conduction ⁇ de 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 takes place a predominantly capacitive coupling to electrically conductive elements, but which must be given in such a way that at a designated receiving point a signal with sufficient signal level can be received.
  • the losses of a radiating system are sometimes avoided, and thus achieved a very low power consumption in the transmitter and receiver. It produced no far spreading, unerwünsch ⁇ th stray fields when sending, because the capacitive coupling by an electric near field with only a small range proceeds more from the transmitter in the electrically conductive element.
  • the main losses arise in the coupling capa quotas and coupling resistances between the different conductive elements as well as by the self-inductances of these elements.
  • 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 radio ⁇ technology such as carrier preparation, modulation, Multiplexverfah- can reindeer, reception and demodulation fully applied ⁇ to.
  • the functional units of the communication system are designed as decentralized actuators, in particular as switching actuators, for consumers to be actuated or switched and the functional element as a central actuating element, in particular as a central or central switch, whereby a collecting function of a central point in a building can be triggered.
  • a so-called panic switch ⁇ realized at predefined locations in the house lighting means and possibly closure means of doors and windows are turned in.
  • the data transmission between the communication-capable functional units and the communication-capable functional element is directional or bidirectional; depending on the placement of the devices with function modules are provided as ⁇ to either transmitters, receivers or a combination of Sen ⁇ and the receiver, whereby various functions can be executed.
  • 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, have the size of conventional Erasmusneinbautechnik maximum. 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. Devices operating in this frequency band can be taken from Benut ⁇ zer into operation immediately, without having to be sought before initial startup to a separate approval.
  • infrastructure body all bodies can be used, which have electrically conductive elements, including ⁇ example, heating pipes, otherwise used power lines or electrically conductive films count, so that can be dispensed to be installed specifically for the communication network lines.
  • electrically conductive elements including ⁇ example, heating pipes, otherwise used power lines or electrically conductive films count, so that can be dispensed to be installed specifically for the communication network lines.
  • the existing infrastructure for signal forwarding can be done in the simplest way with little effort, inter alia, by roller, spray o applied with the brush electrically conductive layers on walls, equipment, components and the like, which improve the conductivity of the system.
  • FIG. 1 shows a communication system for controlling electrical functional units by means of a functional element according to claim 1 in a schematic representation; 2,3 different embodiments of the communication system in perspective views;
  • FIG. 4 shows an electrical equivalent circuit diagram of the erfindungsge ⁇ MAESSEN communication system
  • FIG. 5 shows a flow chart of an actuators evaluation logic.
  • FIG. 1 shows a communication system 1 for data exchange between functional elements embodied as actuators, in particular between functional units 2.1 to 2.n and a functional element 3 embodied as a pushbutton or sensor, the electrical installation technology arranged within a building 4.
  • a communication means is a signal generator 5, which is arranged in or on the button 3 and is used for example in the form of a frequency or Impulsge ⁇ generator for changing the charge.
  • the switch 3 illustrated has DEM on by a transmitter and a coupling member as part of the communi cation means ⁇ , can be used to produce essentially a quasistati ⁇ onäres near field N shown in FIG 4 and sent out.
  • a quasi-stationary near field N is understood to be a field which is generated in interaction between a signal source and a coupling element spaced therefrom and has a predominantly electric near-field component.
  • This field is coupled to an existing in the building 4 elekt ⁇ driven conductive infrastructure element is asymmetrically 6.1 ⁇ .
  • the building 4 there are further electrically conductive elements, in particular power lines or metal reinforcements 6.2 to 6.n for walls and floors, which are capacitively coupled to one another and to ground potential E.
  • asymmetric Em means ⁇ coupling that the coupling capacitance between each coupling surface and the electrically conductive member or medium or between each coupling surface and the ground E are different and, therefore, a potential difference can occur.
  • a quasi-stationary stray field S is understood as meaning a field which interacts with the electrically conductive elements arranged in an undefined manner
  • a signal detector being testifies ⁇ 7 and has a predominantly electric near-field.
  • one of 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.
  • Actuators 8.1 to 8.n which are part of the respective receiver 7.1 to 7.n or connected to this module, take over in the sequence the switching operation, for example, to close a load circuit for one or more of the consumers 9.1 to 9.n. Is schematically doing a power 6.n to Akto ⁇ ren represented 8.1 to 8.n..
  • 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.
  • Functional elements 3 and functional units 2 with bidirectional communication capability are accordingly equipped with transmitting and receiving means.
  • Em Advantageous application consist of switching off the electrical load centrally with only one located next to the house door push button, from which could pose a threat. Also, this is a connection of a burglar alarm system linked.
  • the power supply by means of battery powered operating and control elements, in particular touch sensors can, and battery-operated actuators are switched on again supplied ⁇ .
  • a communication system 1 is shown in each case, which are installed in building 4.
  • the data exchange between the respective central functional element 3 and the respective functional units 2.1 to 2.n is not limited to individual rooms, but takes place on the infrastructure elements 6.1 to 6.n throughout the house.
  • at least one consumer ⁇ cherè in terms of a central function can be summarized.
  • all open windows and doors can be automatically closed and locked using drive means.
  • the blinds or blinds groups can be shut down.
  • Em central opening, unlocking or connection of the aforementioned units is also possible.
  • 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 gen in electrical Installationsanla ⁇ advantageously in the form of a circumferential band at the level of installed power distribution typically mounted so that good coupling properties are ensured.
  • a metallic lattice is conceivable, which is incorporated into the plaster before application.
  • a ⁇ Becks be easy application of the electrically conductive infrastructure element 6.1 to 6.n is given when elekt ⁇ driven conductive coatings are used, the up, for example, by roller, spray or brush to the wall can be introduced. So there is the possibility he ⁇ considerably improve electrically problematical ratios easily.
  • FIG. 4 shows by way of example an equivalent circuit diagram of the communication system 1 with means for near-field communication 5 or 7.1 to 7.n according to FIG.
  • the thereby coming to fruition electric near field communication is based on a displacement current I having a circuit by capacitive coupling K.l to K.n of the signal generator 5 and the signal receiver 7 - possibly with the inclusion of a
  • step A the actuators 2.1 to 2.n are in a standby mode.
  • step B hold is interrogated by a determinable Abfragver ⁇ whether the switch address will be ⁇ in signal transmission in the address list of the respective actuator.
  • step C the switch address
  • step C the switch address
  • 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.

Abstract

Um ein Kommunikationssystem (1) zur Steuerung elektrischer Funktionseinheiten (2.1 bis 2.n) der Elektroinstallationstechnik vorzusehen, das bei einer einfachen Topologie und einem geringen Installationsaufwand eine Bedienungserleichterung gewährleistet, ist vorgesehen, mittels quasistationärer elektrischer Felder (N bzw. S) mit einem hochfrequenten Wechselstrom an in der Installationsanordnung bestehende elektrisch leitende Elemente (6.1 bis 6.n) im Sinne einer kapazitiven Nahfeldkommunikation signaltechnisch zur Umsetzung einer den Funktionseinheiten (2.1 bis 2.n) gemeinsamen Funktion anzukoppeln.

Description

Beschreibung
Kommunikationssystem zur Steuerung elektrischer Funktionseinheiten der Elektroinstallationstechnik
Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem zur Steuerung elektrischer Funktionseinheiten der Elektroinstallationstechnik, das neben den Funktionseinheiten auch ein Funktionselement aufweist.
Em derartiges Kommunikationssystem dient beispielsweise da¬ zu, Schalt- oder Funktionszustände von Verbrauchern oder Verbrauchergruppen abzufragen, anzuzeigen und ggf. auf diese Einfluss zu nehmen.
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 100 11 035 Al ist ein Gebäude-Schließanlagensystem zum Datenaustausch bekannt, bei dem zum Programmieren und Ü- berwachen einer Schließung zwischen einer Zentralknoteneinrichtung und einer der Schließung zugeordneten Schließknoten¬ einrichtung Daten mittels Funkübertragung ausgetauscht werden .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kommunikati¬ onssystem zur Steuerung elektrischer Funktionseinheiten der Elektroinstallationstechnik vorzusehen, das bei einer einfa- chen Topologie und einem geringen Installationsaufwand eine Bedienungserleichterung gewährleistet .
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 Funktionseinheiten, insbesondere Aktoren mit Verbrauchern, mittels elektrischer Felder mit einem hochfrequenten Wechselstrom, welche auf in der Installationsanordnung bestehende elektrisch leitende, ggf. voneinander galvanisch getrennte, Infrastrukturelemente durch Sendemittel des Funktionselements eingeprägt bzw. durch Empfangsmittel der Funktionseinheiten von den Infrastrukturelemente abgegriffen werden, kann eine den Funktionseinheiten gemeinsame Funktion, beispielsweise im Sinne einer Gebäude- Zentralverπegelung, einer Gebäude-Zentralbeleuchtung, einer Gebäude-Zentralbeschattung sowie einer Gebäude- Zentralabschaltung, bewirkt werden.
Ferner 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 Powerlme, keine Steuerlei¬ tungen bzw. keine Netzleitungen zur Signalübertragung benötigt; vielmehr kann von einem Kommunikationssystem mit hohem Bedienkomfort sowie einem einfachen Aufbau und einem geringen Installationsaufwand profitiert werden. Das Kommunikations¬ system eignet sich zudem hervorragend für Nachrüstungen.
Bei einer derartigen Nahfeldkommunikation weist das Daten- Übertragungssystem 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 Ladungsverände¬ rung, an dem elektrisch leitenden Element auftritt. Das e- lektπsch leitende Element ist elektrisch mit dem Erdpotenti- al und ggf. mit weiteren elektrisch leitenden Elementen kapa- zitiv 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 Funk- tionseinheiten bzw. wenigstens eines Funktionselements ein Stromkreis gebildet.
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, welches z.B. als Steuer-, Melde- oder auch Befehlsignal ausführbar ist, umfasst im Allgemeinen ein Da¬ tentelegramm und dient im Allgemeinen dazu einen Aktor, ins- besondere in Form einer elektronischen Signalverstärker- Schaltung oder auch in Form eines elektromechanischen Signalverstärker-Gerätes, beispielsweise ein Relais, zu beaufschla¬ gen. Hierbei können ein Melde-, Steuer- oder auch Laststrom¬ kreis für anzuschließende Anzeigeelemente, Kontrollgeräte bzw. Verbraucher zu- oder abgeschaltet werden. Typischerweise kommen bei der Anwendung des Kommunikationssystems in einem Gebäude kommunikationsfähige Aktoren einerseits und kommuni¬ kationsfähige Steuer- oder Bediengeräte andererseits zum Ein¬ satz. Die Aktoren können Teil eines Verbrauchers oder an ei- nen solchen anordenbar sein. Unter Verbrauchern werden beispielsweise Leuchten, Jalousien, Schließanlagen, in Elektro¬ geräten integrierte oder separat ausgeführte Schaltgeräte verstanden .
Wesentlich ist dabei, dass Signalfrequenz, elektrisch leiten¬ de 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, unerwünsch¬ ten 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- Zitaten und Kopplungswiderständen zwischen den unterschiedlichen 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 Funk¬ technik, wie Trägeraufbereitung, Modulation, Multiplexverfah- ren, Empfang und Demodulation uneingeschränkt angewendet wer¬ den .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Funktionseinheiten des Kommunikationssystems als dezentrale Aktoren, ins- besondere als Schaltaktoren, für zu betätigende oder zu schaltende Verbraucher und das Funktionselement als zentrales Betätigungselement, insbesondere als Zentral-Taster oder Zentral-Schalter, ausgeführt, wodurch eine Sammelfunktion von einem zentralen Punkt in einem Gebäude ausgelöst werden kann. Beispielhaft ist unter Einsatz dieser Technologie eine so ge¬ nannte Panikschaltung realisierbar, bei der an vordefinierten Stellen im Haus Beleuchtungsmittel und ggf. Schließmittel von Türen und Fenstern eingeschaltet werden. Vorteilhafterweise erfolgt die Datenübertragung zwischen den kommunikationsfähigen Funktionseinheiten und dem kommunikationsfähigen Funktionselement direktional oder bidirektional; je nach Bestückung der Geräte mit Funktionsmodulen werden da¬ zu wahlweise Sender, Empfänger oder eine Kombination aus Sen¬ der und Empfänger vorgesehen, wodurch verschiedenste Funktionen ausführbar sind.
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 Wechselstromes 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. Geräte, 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, anderweitig genutzte Stromleitungen oder elektrisch leitende Folien zählen, so dass auf eigens für das Kommunikationsnetzwerk zu installierende Leitungen verzichtet werden kann. In Fällen, in denen die vorhandene Infrastruktur zur Signalweiterleitung nicht ausreicht, können auf einfachste Weise mit einem geringen Aufwand u.a. per Walze, Spray o- der mit dem Pinsel elektrisch 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 ein Kommunikationssystem zur Steuerung elektrischer Funktionseinheiten mittels eines Funktionselementes gemäß Anspruch 1 in einer schematischen Darstellung; FIG 2,3 verschiedene Ausfύhrungsformen des Kommunikations- Systems in perspektivischen Darstellungen;
FIG 4 ein elektrisches Ersatzschaltbild des erfindungsge¬ mäßen Kommunikationssystems; und FIG 5 ein Ablaufdiagramm einer Aktoren-Auswertelogik.
In FIG 1 ist ein Kommunikationssystem 1 zum Datenaustausch zwischen als Aktoren ausgeführten Funktionsgliedern, insbesondere zwischen Funktionseinheiten 2.1 bis 2.n und einem als Taster oder Sensor ausgeführten Funktionselement 3, der E- lektroinstallationstechnik gezeigt, die innerhalb eines Ge- bäudes 4 angeordnet sind. Als Kommunikationsmittel dient ein Signalgenerator 5, welcher in oder an dem Taster 3 angeordnet ist und beispielsweise in Form eines Frequenz- oder Impulsge¬ nerators zur Ladungsänderung eingesetzt wird. Im Unterschied zu herkömmlichen Tastern weist der dargestellte Taster 3 dem- nach einen Sender und ein Koppelelement als Teil des Kommuni¬ kationsmittels auf, mit denen im Wesentlichen ein quasistati¬ onäres Nahfeld N gemäß FIG 4 erzeugt bzw. ausgesendet werden kann. Unter einem quasistationären 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 Infrastrukturelement 6.1 asymmetrisch einge¬ koppelt. Neben dem einen Infrastrukturelement 6.1 sind in dem Gebäude 4 weitere elektrisch leitende Elemente, insbesondere Stromleitungen bzw. Metaliarmierungen 6.2 bis 6.n für Wände und Böden, vorhanden, die untereinander und mit dem Erdpoten- tial E vorwiegend kapazitiv gekoppelt sind. Durch die asym¬ metrische Emkopplung eines hochfrequenten Wechselstroms I in das Infrastrukturelement 6.1 wird nun über die weiteren lei- tenden Elemente 6.2 bis 6.n und die zwischen denselben und dem Erdpotential E vorhandenen Koppelkapazitäten und Koppelwiderstände K - wie in FIG 4 veranschaulicht - ein Stromkreis gebildet. In diesem Zusammenhang bedeutet asymmetrische Em¬ kopplung, dass die Koppelkapazität 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 Emkopplung des hochfrequenten Wechselstroms I resultiert ein quasistationäres Streufeld S gemäß FIG 4, 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 er¬ zeugt 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. Aktoren 8.1 bis 8.n, welche Teil des jeweiligen Empfängers 7.1 bis 7.n oder an diesen als Modul angeschlossen sind, übernehmen in der Folge den Schaltvorgang, um z.B. einen Laststromkreis für einen oder mehrere der Verbraucher 9.1 bis 9.n zu schließen. Schematisiert ist dabei eine Stromversorgung 6.n zu den Akto¬ ren 8.1 bis 8.n dargestellt.
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. Funktionselemente 3 und Funktions¬ einheiten 2 mit bidirektionaler Kommunikationsfähigkeit sind dementsprechend mit Sende- und Empfangsmitteln ausgerüstet. Em vorteilhafter Anwendungsfall kann beispielsweise darin bestehen, mit nur einem neben der Hauseingangstür befindlichen Taster die elektrischen Verbraucher zentral abzuschalten, von denen eine Gefährdung ausgehen könnte. Auch ist damit eine Zuschaltung einer Einbruchmeldeanlage verknüpfbar. Bei einer kompletten Freischaltung der Elektroinstallation, z.B. in der Stromverteilung, kann die Stromversorgung mittels batteriebetriebener Bedien- und Steuerelemente, insbesondere Tastsensoren, und batteriebetriebener Aktoren wieder zuge¬ schaltet werden.
In den FIG 2 und 3 ist jeweils ein Kommunikationssystem 1 dargestellt, welche in Gebäude 4 installiert sind. Hierbei ist der Datenaustausch zwischen dem jeweiligen zentralen Funktionselement 3 und den jeweiligen Funktionseinheiten 2.1 bis 2.n nicht auf einzelne Räume beschränkt, sondern findet über die Infrastrukturelemente 6.1 bis 6.n im gesamten Haus statt. So ergeben sich für die Ausführungsform gemäß FIG 2 mehrere mögliche Szenarien, wonach mindestens eine Verbrau¬ chergruppe im Sinne einer Zentralfunktion zusammengefasst werden kann. Beispielweise können bei Betätigung des Tasters 3 automatisch alle offen stehenden Fenster und Türen unter Verwendung von Antriebsmitteln verschlossen und verriegelt werden. Zusätzlich können die Jalousien oder Jalousien- Gruppen heruntergefahren werden. Ferner lassen sich mit dem zentralen Kommando auch einzelne, mehrere oder alle Beleuch¬ tungsmittel und/oder elektrischen Verbraucher ausschalten. Em zentrale Öffnung, Entriegelung bzw. Zuschaltung der vorgenannten Einheiten ist ebenfalls möglich. 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 elektrischen Installationsanla¬ gen vorteilhaft in Form eines umlaufenden Bandes auf Höhe der üblicherweise installierten Stromverteiler angebracht, damit gute Kopplungseigenschaften gewährleistet sind. Anstelle der Folie ist auch ein metallisches Gitter vorstellbar, das in den Verputz vor dem Aufbringen eingearbeitet wird. Eine be¬ sonders einfache Aufbringung des elektrisch leitenden Infrastrukturelementes 6.1 bis 6.n ist dann gegeben, wenn elekt¬ risch leitende Beschichtungen verwendet werden, die beispielsweise per Walze, Spray oder Pinsel auf die Wand auf- bracht werden können. Damit ist die Möglichkeit gegeben auch elektrisch problematische Verhältnisse auf einfache Weise er¬ heblich zu verbessern.
In FIG 4 ist beispielhaft ein Ersatzschaltbild des Kommunika- tionssystems 1 mit Mitteln zur Nahfeldkommunikation 5 bzw. 7.1 bis 7.n gemäß FIG 1 dargestellt. Die dabei zum Tragen kommende elektrische Nahfeldkommunikation basiert auf einem einen Verschiebestrom I aufweisenden Stromkreis, der durch kapazitive Ankopplung K.l bis K.n des Signalgenerators 5 und des Signalempfängers 7 - ggf. unter Einbeziehung eines
Verbrauchers 9.1 bis 9.n gemäß FIG 1 - an elektrisch leitende Medien oder Elemente 6.1 bis 6.n und dem Erdpotential E ge¬ schlossen ist. Im Bereich des Senders 5 wird dabei ein Nahfeld N und im Bereich des Empfängers 7 ein Streufeld S ausge- bildet. 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 Nachrich¬ tenübertragung.
In FIG 5 ist beispielhaft eine Auswertelogik in Form eines Ablaufdiagramms gezeigt, das in den dezentralen Funktionsein¬ heiten 2.1 bis 2.n zyklisch abläuft. Dazu ist in den Aktoren 2.1 bis 2.n jeweils eine Adressliste angelegt, in der die Kommunikationsadresse des oder im Falle einer redundanten Ausführung der Zentral-Taster gespeichert ist. In Schritt A befinden sich die Aktoren 2.1 bis 2.n in einem Bereitschafts- modus. In Schritt B wird nach einem bestimmbaren Abfragever¬ halten abgefragt, ob sich bei einer Signalübertragung die Taster-Adresse in der Adressliste des jeweiligen Aktors be¬ findet. Durch gezielte Speicherung der Taster-Adresse in den ausgewählten Aktoren 2.1 bis 2.n, lassen sich Aktoren-Gruppen vordefinieren; dazu zählt auch eine Programmierung in dem
Sinne, dass alle Aktoren 2.1 bis 2.n auf den Zentral-Taster 3 ansprechen. Befindet sich die Taster-Adresse in der Adress¬ liste, so erfolgt ein Schaltbefehl gemäß Schritt C, der die Stromversorgung eines Verbrauchers bewirkt. Im Anschluss dar- an befindet sich der entsprechende Aktor wieder in seiner Be- reitschaftsstellung, wie nach Schritt D dargestellt. Schnitt D entspricht demnach Schnitt A. Sofern sich die Taster- Adresse nicht in der Adressliste befindet, wird Schritt C ü- bersprungen, wodurch eine sofortige Rückkehr in den Bereit- schaftsmodus erfolgt.
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 Steuerung elektrischer
Funktionseinheiten 2.1 bis 2.n der Elektroinstallationstech- nik vorzusehen, das bei einer einfachen Topologie und einem geringen Installationsaufwand eine Bedienungserleichterung gewährleistet, ist vorgesehen, mittels quasistationärer e- lektπscher Felder N bzw. S mit einem hochfrequenten Wechsel¬ strom an in der Installationsanordnung bestehende elektrisch leitende Elemente 6.1 bis 6.n im Sinne einer kapazitiven Nah¬ feldkommunikation signaltechnisch zur Umsetzung einer den Funktionseinheiten 2.1 bis 2.n gemeinsamen Funktion anzukop¬ peln .

Claims

Patentansprüche
1. Kommunikationssystem (1) zur Steuerung elektrischer Funktionseinheiten (2.1...2.n) der Elektromstallationstechnik, das neben den Funktionseinheiten (2.1...2.n) auch zumindest ein Funktionselement (3) aufweist, welche jeweils mit Mitteln zur Datenübertragung versehen sind, wovon ein Mittel (5) zum Versenden von Daten des zumindest einen Funktionselements (3) derart asymmetrisch an zumindest einem elektrisch leitenden Infrastrukturelement (6.1...6.n) angekoppelt ist, dass diesem ein quasistationäres Nahfeld (N) mit einem hochfrequenten Wechselstrom aufgeprägt wird, wobei ein daraus resultierendes quasistationäres Streufeld (S) mit einem hochfrequenten Wechselstrom an dem zumindest einen elektrisch leitenden Infrastrukturelement (6.1...6.n) bereitsteht, und wobei Mittel (7.1...7.n) zum Empfangen von Daten der Funktionseinheiten (2.1...2.n) derart asymmetrisch an dem zumindest einen elektrisch leitenden Infrastrukturelement (6.1...6.n) angekoppelt sind, dass von diesem das Streufeld (S) zur Umsetzung ei¬ ner den Funktionseinheiten (2.1...2.n) gemeinsamen Funktion abgegriffen 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 die Funktionseinheiten (2.1...2.n) mit Aktoren (8.1...8.n), ins¬ besondere Schaltaktoren, für zu betätigende oder zu schaltende Verbraucher versehen sind.
6. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1, bei dem das zu¬ mindest eine Funktionselement (3) als Betätigungselement, insbesondere Zentral-Taster oder Zentral-Schalter, ausgeführt ist.
7. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1, bei dem das zumindest eine elektrisch leitende Infrastrukturelement
(6.1..6.n) als Wasserrohr, Heizungsrohr, Metallverstrebung, Metallfolie oder Stromleitung ausgeführt ist.
8. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1 oder 7, bei dem die elektrisch leitenden Infrastrukturelemente (6.1...6.n) als mittels Walze, Spray, Pinsel oder dergleichen aufge¬ brachte elektrisch leitende Schichten ausgeführt sind.
9. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1,7 oder 8, bei dem die elektrisch leitenden Infrastrukturelemente
(6.1...6.n) im oder unter Putz verlegt sind.
10. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1, bei dem die Mittel (5; 6.1...6. n) zur Datenübertragung als Sender und/oder Empfänger ausgeführt sind.
11. Kommunikationssystem (1) nach Anspruch 1, bei dem die Da- tenübertragung direktional bzw. bidirektional, insbeson¬ dere zur Erfassung und/oder Änderung von Betriebszustän- den von Verbrauchern, stattfindet.
12. Kommunikationssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Frequenz des hochfrequenten Wech¬ selstroms im Bereich von 5 bis 50 MHz, insbesondere 13,56 und/oder 40,68 MHz, liegt.
13.Verwendung des Kommunikationssystems (1) nach Anspruch 1 in einem Gebäude (4) .
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