WO2009132701A1 - Kontaktlose energieversorgung für ein peripheriegerät eines gebäudemanagementsystems - Google Patents

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WO2009132701A1
WO2009132701A1 PCT/EP2008/055272 EP2008055272W WO2009132701A1 WO 2009132701 A1 WO2009132701 A1 WO 2009132701A1 EP 2008055272 W EP2008055272 W EP 2008055272W WO 2009132701 A1 WO2009132701 A1 WO 2009132701A1
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electrical line
coupling
line
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PCT/EP2008/055272
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Georges A. Tenchio
Thomas Goulet
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
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    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H01F2038/146—Inductive couplings in combination with capacitive coupling

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of building management and in particular the danger detection technology.
  • the present invention particularly relates to the instal- lation of preferably low-power peripherals to an electrical line, which provides the basis of a control center, the required for the operation of the peripherals electrical ⁇ specific energy.
  • ⁇ constricting invention relates to a peripheral device for a building management system, which leading to a power electrical
  • the present invention further relates to a building management system with at least one peripheral device of said type, as well as a control center for the building management ⁇ management system.
  • Decentralized measuring, regulating, control and alarming devices which are simply referred to as peripheral devices in the following, are usually connected to an evaluation center via branch or ring lines. This applies in any case when the peripheral devices are not set up for complete radio communication with a central office and have their own power supply.
  • the individual connections of the peripheral devices are connected to the individual wires of the energy-carrying electrical line via mechanical devices, such as, for example, plugs, terminals, insulation displacement terminals, pedestals, etc.
  • mechanical devices such as, for example, plugs, terminals, insulation displacement terminals, pedestals, etc.
  • these contacting devices have a number of disadvantages. So For example, by corrosion, by loosening a clamp or by a wire break, the power supply of a peripheral device deteriorated or completely interrupted ⁇ chen. Further, when connecting a peripheral device may be prepared by a careless operator connections are reversed verges or ⁇ sen.
  • the invention has for its object to improve the Energyversor ⁇ supply for a peripheral device of a building management system.
  • the peripheral device for ⁇ a building management system and in particular for a danger reporting system described.
  • the peripheral device has an electronic module and a coupling device, which is coupled to the electronic module.
  • the coupling device is set up in such a way that energy can be absorbed and transferred contactlessly from an energy-carrying electrical line to the electronic module.
  • the peripheral device described is based on the finding that in particular comparatively low-power small devices such as measuring devices, control devices, control devices and / or alarm devices can be connected contactlessly with ⁇ means of an energy-carrying electrical line.
  • the energy-carrying electrical line can take over at least part of the energy supply, which is more necessary for the intended operation of the peripheral device.
  • the energy-carrying electrical line may be a so-called bus or ring line which extends annularly from and to a center of the building management system.
  • the energy-carrying electrical line may alternatively be a so-called. Stub line to which one or more peripheral devices can be connected.
  • the electronic module can be any unit which is set up in accordance with the functionality of the peripheral device to detect a physical measured variable
  • the physical measurement variable can be play, the temperature, the humidity and / or the concentration of one or more gases at ⁇ .
  • Actuator may be, for example, an air conditioner, fire extinguishing system ⁇ or an actuator, acting loading as a response to a corresponding signal initiating opening or closing ⁇ SEN of doors, windows or other barrier elements.
  • the risk situation can be for example a fire ⁇ development or intrusion of an unauthorized person.
  • the contactless energy transfer between the energy-carrying electrical line and the coupling device takes place in particular via electromagnetic waves. By a suitable choice of the frequency of the electromagnetic waves and by a small distance between the line and the coupling device can be ensured that electronic devices in the environment are not or only slightly disturbed.
  • any installation cable can be used as the energy-carrying electrical line.
  • the electric line can, two or even report a more generic elekt ⁇ veins.
  • the described contactless coupling for the purpose of energy ⁇ supply of the electronic module has the advantage that an existing electrical line for the purpose of An ⁇ conclusion of another and / or for the purpose of replacing an existing peripheral device does not have to be changed or only slightly.
  • opening, interrupting and / or stripping the cable for the purpose of galvanic coupling of a peripheral device is not required.
  • a new peripheral device may thus without a special installation effort with the electrical line are coupled simply by the new peripheral device is applied in a suitable manner without a galvanic connection to the power leading electrical ⁇ specific line.
  • the Kop ⁇ pel wisdom is set up such that of the energy leading electrical line energy is inductively transferable to the coupling device.
  • the described inductive coupling between the energy-carrying electrical line and the coupling device has the advantage that in particular at a high current flow through the electrical line energy can be transmitted to the coupling device in an efficient manner. For this it is of course necessary that the electrical line is supplied with an alternating current.
  • an alternating magnetic field which is detected by a coil of Koppelein ⁇ direction and thereby induced according to the known Geset ⁇ zen the theory of electricity, a voltage is generated by the electric line.
  • the induced voltage leads within the peripheral device to a corresponding current flow through a consumer.
  • the coupling device is set up in such a way that energy can be transmitted capacitively from the energy-carrying electrical line to the coupling device.
  • the coupling means described above can also be adapted for both an inductive and a capacitive coupling or energy ⁇ transmission of the electrical line. This has the great advantage that in the case of training PHg a standing wave on the energy-carrying electrical line, the peripheral device can be coupled at any point of the electrical line. This applies in any case whenever the points without current flow do not coincide locally with the other points without voltage. In addition, in this case, the frequency of
  • Be varied signal leading to the electrical power line, without it being necessary to procure is that a at a certain point of the electric line docked peripheral device would be cut off from the Energyversor ⁇ supply due to a local displacement of the node structure on the line.
  • the coupling device is further configured (a) for transmitting communication signals to the power-conducting electrical
  • the energy-carrying electrical line can thus be used not only to provide the electrical energy required for the operation of the entire peripheral device, but also as a communication line.
  • the communication can take place via the same wires of the electrical line, via which the energy for the peripheral device is also transferred.
  • a single wire would suffice to transmit both the required energy and the corresponding communication signals.
  • several wires can be used for power supply and for communication of the described peripheral device. The same or different wires can be used for communication.
  • Part of the communication between the peripheral device and the central office can take place via the energy-carrying electrical line.
  • a wireless radio communication and / or a wired communication via a further cable connection can additionally be carried out.
  • the communication signals cause a modulation of a primary signal on the energy-carrying electrical line.
  • this primary signal is the power supply of the peripheral device.
  • a central office of the building management system can inject an AC or AC signal into the electrical power line.
  • this primary signal can be modulated in different ways.
  • a suitable amplitude modulation with an amplitude swing between 20% and 100% reliable for information from the central unit to the peripheral device to transmit ⁇ is also suitable for transmitting communication signals from the peripheral device to the central office and / or to other peripheral devices that carry the same energy electrical line are connected.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • the frequency or the primary frequency it should be noted that at too low a frequency ( ⁇ 100 kHz), the capacitive coupling and the induction in a receiver coil are weak. At higher frequencies (> 20 MHz), it should be noted that the sum of the induced voltages in so-called primary inductances can reach the source voltage and thus only a small current can flow. It is also known that the attenuation of the higher frequency line increases.
  • the primary frequency the local standards and regulations, such as electromagnetic radiation, must also be adhered to. It should be noted that both an inductive as well as capacitive operation mode can be Kommunikati ⁇ onssignale coupled to high-impedance inputs of the peripheral or central and processed.
  • the modulation of the primary signal may be by a modifier ⁇ countries of the load as the RFID technology on the side of the peripheral device.
  • the peripheral device does not need its own energy.
  • the modulation frequency can be generated by a simple divider from the primary signal. In the spectrum then appear two sidebands next to the primary frequency whose distance corresponds to the modulation frequency. These sidebands can be detected very sensitively, for example, with an overlay or heterodyne receiver.
  • the communication signals can be fed into the energy-carrying electrical line independently of a primary signal on the energy-conducting electrical line.
  • a high-frequency signal electrical ⁇ 's line leading to the primary signal power is superimposed is suitable in this context.
  • the communica tion ⁇ signals can be separated by a suitable frequency filtering in an effective manner from the primary signal. It is advantageous if the frequency of the high-frequency signal does not coincide with a harmonic of the primary signal.
  • the power for sending communication signals from a storage capacitor may be provided.
  • a further embodiment of the invention comprises (a) a signal sent from the peripheral device first communica tion signal ⁇ a first frequency and (b) a signal received from the Periphe ⁇ rie réelle second communication signal to a second frequency.
  • the two frequencies are different.
  • peripherals not involved in the data communication which are also connected or coupled to the energy-carrying electrical line, can immediately recognize that a communication signal transmitted via the electrical line is a communication signal intended for the common center from another Peripheral device is.
  • the term frequency is to be understood in this context as a carrier frequency on which the actual data or information of the communication signal are modulated in a suitable manner.
  • the peripheral device an additional transmitting and / or receiving ⁇ s worn on which is adapted to communicate with a central unit of the building management system via a radio interface.
  • a wireless communications between headquarters and Periphe ⁇ rie réelle is particularly appropriate when sufficient power can be transmitted to the peripheral device over the energy conducting electric lead, so that in addition to the operation of the electronic module also a Emp ⁇ scavengers and / or a transmitter the transmitting and / or receiving device can be supplied with electrical energy.
  • the transmitting and / or receiving device does not have to be operated continuously but can be operated in a possibly synchronized manner with the operation of other peripheral devices of the same building management system and / or with the operation of the control center.
  • the radio connection to the control center can be in place or in
  • the peripheral device additionally has a chassis, which is designed such that at least one core of the energy-carrying electrical line can be applied to the chassis.
  • the chassis can be in one piece or have several parts aufwei ⁇ sen.
  • a part of the chassis for example a pedestal, which can be attached to the ceiling of a room to be monitored.
  • the part of the peripheral device comprising the electronic module and / or the coupling device can then be inserted into this socket, for example, by means of a quick-release fastener.
  • a part of the chassis may be a bottom element of a housing in which the electronic module is located. In the case of a smoke detector, the bottom plate may also be the so-called detector bottom.
  • suitable recesses may be formed, in each of which a core of the energy-carrying electrical line can be inserted.
  • the chassis is designed such that the at least one core of the energy-carrying electrical line in the form of a curved line can be applied to the chassis.
  • This can for example be realized by a suitable recess is a groove on a surface of the chassis as in ⁇ play formed which has on the surface Oberflä ⁇ a correspondingly curved form.
  • This shape may be, for example, a semicircle.
  • the described application of the at least one core of the energy-carrying electrical line along a curved line has the advantage that within the limited surface of the chassis, a longer cable section can be applied than would be the case with a straight line.
  • the chassis is designed such that a further strand of the Energy-carrying electrical line in the form of another curved line to the chassis can be applied.
  • the application of two different wires of the energy-conducting electrical line can be carried out such that at least almost completely surrounds a surface of the two wire sections through which pass magnetic field lines in the case of a current flowing through both wire sections in the same direction current flow.
  • These magnetic field lines also penetrate a suitably arranged magnetic coil of the coupling device, so that when a temporal change of the current flow through the two wire sections, as is the case with an AC primary signal, induces a voltage in the coupling device and thus supplied to the peripheral device contactless energy becomes.
  • the two wire sections may include, for example, a Ringflä ⁇ che, so that apart from two small border areas represent a coil with a win fertil the two wire sections.
  • the magnetic fields generated by a current flow can be calculated accurately, so that the coupling device and in particular the receiving inductances of the coupling device can be dimensioned in a suitable manner and arranged at the correct location.
  • the coupling device has a first and / or a second coupling system, wherein (a) the first coupling system is set up for inductive coupling with the energy-carrying electrical line and (b) the second coupling system is set up for a capacitive one Coupling with the power-conducting electrical line.
  • the Both coupling systems can couple with one or more wires of energy leading electrical line.
  • the alternating current through both wires and / or the alternating voltage in both wires can be utilized for the power supply of the peripheral device.
  • the two coupling systems can be decoupled from each other. So for example it is possible that each of the two coupling systems can already be used on its own to a Energyver ⁇ supply the electronics module. This may mean that in the coupling device, the two coupling systems can be connected to each other without feedback, so that the two systems can not influence each other and can also be operated simultaneously. Particularly in the case of an interruption of at least the leading one wire of the power electric line, an inductive power supply that requires indeed a certain current flow, tarry ⁇ approximately freely can be transferred to a capacitive power supply, which can also be used without an effective current flow to the energy transfer.
  • the two coupling systems are electrically decoupled from each other.
  • the decoupling can be realized for example by the use of rectifier components.
  • the rectifier components can be arranged, for example, in a kauslei ⁇ device, which connects the first coupling system and the second coupling system with each other.
  • decoupling in this context means that there is no or only a largely negligible reaction between the two coupling systems.
  • the two coupling systems may also be switched such that each obtained or be coupled ⁇ te power automatically one with the correct polarity common energy storage is supplied.
  • the common energy store may be, for example, a capacitor.
  • the two rectifier components may, for example, be diodes, which constitute a so-called Greinacher circuit.
  • a negative half-wave charges a capacitor to a first voltage via a first diode.
  • the voltage of the positive half-wave then adds to the first voltage, so that the capacitor is effectively charged to twice the voltage.
  • the decoupling between the two coupling systems can be done in particular by two rectifier components.
  • the two rectifier components can be connected downstream of the second coupling system such that a voltage provided by the second coupling system is doubled.
  • a voltage doubling has the advantage that the voltages provided by the second coupling system can be flexibly adapted to the requirements of the electronics module of the peripherals, ⁇ tes.
  • further cascades of two rectifier components can be used, whereby the voltage can then be multiplied according to the number of cascades.
  • a building management system which has a central office, an energy-carrying electrical line and at least one peri ⁇ pherie réelle of the type described above.
  • the peripheral device is coupled to the control center via the energy-carrying electrical line.
  • the building management system described is based on the knowledge that the power supply from a central office to one or more peripheral devices at least in the
  • peripherals can be made contactless. Since ⁇ through, a peripheral device without the use of galvanic nischer connecting elements such as terminals, plugs and / or solder joints are connected to the center or removed from the center, for example, for maintenance purposes.
  • the energy conducting electric lead can ⁇ a so-called.
  • Bus or ring line which extends annularly to and from a central unit of the building management system.
  • the energy-carrying electrical line may alternatively be a so-called stub line to which one or more peripheral devices can be connected.
  • the buil ⁇ demanagementsystem configured such that (a) the energy conducting electric lead has two conductors which extend the leading of a cable end to a conductor end of the power electric line, and that (b) the central unit a first Voltage source and a second voltage source ⁇ has.
  • the first voltage source at the beginning of the line is connected to the two wires and the second voltage source is connected at the line end to the two wires.
  • the equipment of the control unit with two voltage sources has the advantage that the absolute differential voltage between the two wires can be comparatively small and still a sufficient energy supply can be ensured. This is especially true if multiple peripherals are connected to the power line in the form of a parallel connection.
  • the energy-carrying line is preferably formed in the form of a ring line, which starts from the center and is returned to the center again.
  • Another advantage of using two separate voltage sources is that, in the event of a short circuit between the two wires, the peripherals can each be powered by the voltage source that is relative to the location of the short on the same side of the electrical wire as the peripheral to be fed ⁇ rie réelle is located. When a short circuit occurs, therefore, a second voltage source does not have to be actively connected.
  • a center for a building management system is described.
  • the building management system is in particular a building ⁇ management system of the above type.
  • the described center points to (a) a first voltage source, tet for feeding a first current in an energy-carrying electrical line with two wires at a Lei ⁇ tion beginning, and (b) a second voltage source, rich ⁇ tet for feeding a second current in the energy leading electrical line at one end of the line.
  • the described headquarters for a building management system is based on the finding that by a redundant equipment to voltage sources both in the case of a short-circuit between the two wires of the energy-carrying electrical line as well as in the event of an interruption of one or both wires uninterrupted operation of Peripheral devices that are connected in a contactless manner to the power line can be guaranteed.
  • the peripherals ⁇ devices allow both a capacitive and an inductive Kopp ⁇ ment between a coupling device of the peripheral device and the energy-carrying electrical line.
  • the power supply of the peripheral devices can be switched to a purely capacitive Kopp ⁇ ment.
  • the peripheral devices may each be powered by that voltage source which is in relation to the location of the short circuit on the same side of the power conducting electrical line as the peripheral device being powered.
  • the two voltage sources are preferably operated in a correlated manner. As a result, interference between the two current signals, which can cancel each other out approximately in the middle of the electrical line, can be avoided. Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following exemplary description of presently preferred embodiments.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a peripheral unit which has an electronic module, a Kop ⁇ pel anatomy and a transmitting and / or receiving device for additional communication with a central office.
  • FIG. 2a illustrates an inductive coupling between a coil of a coupling device and an energy-conducting electrical line.
  • FIG. 2b illustrates a capacitive coupling between two metallic surfaces of a coupling device and an energy-conducting electrical line.
  • FIGS. 3a, 3b, 3c and 3d illustrate the connection of a hazard alarm to an electrical power line which has two wires.
  • FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram of the coupling device of the peripheral device shown in Figure 1 and ent ⁇ speaking portion of the energy-carrying electrical conduction.
  • FIG. 5a shows a building management system with a control center, an energy-carrying electrical line and several peripheral devices, which are connected without contact to the energy-carrying electrical line.
  • the Figure 5b shows the in Figure 5a illustrated building ⁇ Management System in a faulty operation state in which the leading within the power electric line, a short circuit is present.
  • Figure 5c shows the in Figure 5a illustrated building ⁇ management system in a faulty operation state in which the power is interrupted conducting electric lead.
  • FIG. 6 shows a voltage profile along the energy-carrying electrical line on which a standing wave of a primary signal has formed, which is provided for the contactless power supply of a peripheral device.
  • Figures 8a, 8b, 8c and 8d show various arrangements for realizing a capacitive coupling between a power-conducting electrical line and a coupling device.
  • FIG. 9 shows a printed circuit board on which both an inductive coupling coil and a capacitive coupling surface are formed.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a peripheral unit 100.
  • a hazard detector 100 for the peripheral unit is a hazard detector 100.
  • the hazard detector 100 includes a chassis 105 on.
  • an electronic module 110 which is set up in accordance with the functionality of the danger detector 100 to detect a physical measured variable, to control or regulate an actuator and / or to provide a dangerous situation capture and possibly a corresponding alarm message to initiie ⁇ ren.
  • the coupling device 120 is connected to the electronic module 110.
  • the danger detector 100 shown in Figure 1 further comprises a transmitting and / or receiving device 190, which via an antenna 190a with a central unit, not shown, which is also like the danger detector 100 is part of a Notification, or not shown, building management system, communicate , In this case, for example, danger messages can be transmitted to the control center in a known manner via radio.
  • the energy supply of the hazard detector 100 via an energy-carrying electrical line 180 via an energy-carrying electrical line 180.
  • the coupling device 120 is designed in such a way that contact is made without contact by the energy-carrying electrical line 180
  • the contactless energy transmission can take place both by an inductive coupling and by a capacitive coupling between the individual wires 180a and 180b and suitable coupling elements of the coupling device 120.
  • inductive coupling inductances of the coupling device 120, which are not shown in FIG. 1, are not shown.
  • capacitive coupling these are capacitors of the coupling device 120, not shown in FIG.
  • the danger detector 100 described here has a transmitting and / or receiving device 190, it is not absolutely necessary that all messages between the danger detector 100 and the control center be transmitted or received wirelessly using the transmitting and / or receiving device 190 , Rather, in the case of the danger detector 100 described here, the communication between the danger detector 100 and the control center is preferably carried out or not substantially transmitted via the transmitting and / or receiving device 190. Much of the communication between the danger detector 100 and
  • the central unit is implemented via the coupling device 120.
  • the coupling device 120 is in fact also configured to couple communication signals intended for the control center into the electrical line 180. Accordingly, the coupling device 120 can also receive communication signals originating from the control center or possibly from other peripheral devices contactlessly from the electrical line 180. These communication signals may be separated from a primary signal, for example, by a sufficient frequency difference, which is vorgese ⁇ hen for the power supply.
  • Figure 2a illustrates an inductive coupling between a coil 230 of a coupling device and an energy-carrying electrical line 280.
  • the two wires 280a and 280b each ⁇ wells a semi-circular shape, through which a certain current i.
  • the two Habnike thus represent approximately a coil with one turn, which generates a magnetic field in a current flow.
  • the field lines of this magnetic field through ⁇ penetrate the coil 230, which is associated with the coupling device 120 shown schematically in Figure 1.
  • a voltage U_ind is thus induced at the coil 230, which voltage can be tapped at two connection contacts (not shown in FIG.
  • FIG. 2b illustrates a capacitive coupling between two metal surfaces 240a and 240b on the one side and a first wire 280a and a second wire 280b of the energy-conducting electrical wire 280 on the other side, respectively.
  • an alternating voltage is induced as a result of a capacitive coupling between the two metal surfaces 240a or 240b and the two wires 280a or 280b, which are picked off at the two connection contacts 241 and 241b and used for the Power supply of the peripheral unit can be used.
  • FIGS. 3a, 3b, 3c and 3d illustrate the installation of a hazard alarm to an electrical power supply
  • Line 380 has two wires 380a and 380b. According to the illustrated embodiment, the power befin ⁇ det, leading electrical line 380 ⁇ inner half of an installation tube 385 are met.
  • the two wires 380a and 380b are separated from each other from the cable sheath or the outer cable insulation.
  • the respective inner insulation jacket remains continuously available.
  • a base or attachment device for the hazard detector is then mounted on a wall or ceiling of a room to be monitored. This step becomes mandatory in particular if the danger detector can not be mounted directly on the wall or on the ceiling and / or if the
  • the danger detector should later be able to way for maintenance purposes in a simple way to remove from the fastening ⁇ generating device can.
  • the individual cores 380 a, 380 b, each provided with insulation, are inserted into corresponding cable guides 306, which are formed in a mounting plate or a base 305.
  • the cable guide is an annular groove 306, which has an inner side wall 306a and an outer side wall 306b.
  • the mounting plate or the base 305 are parts of the chassis 105 described above in connection with Figure 1.
  • a cover is ⁇ introduced to the mounting plate 305 307, so that the wires are fixed 380a and 380b in the respective groove-like cable guide 306th
  • the cover is a pressure plate 307th
  • the fixing of the wires 380a, 380b in the cable guide can also be achieved directly through the wall surface or the ceiling surface of a space to be monitored. This is shown in Figure 3d, in which the two formed in the mounting plate 305 annular grooves 306 are shown together with the inserted wires 380a and 380b. Through the ceiling 309 of a room to be monitored, it is ensured that the wires 380a and 380b remain in the jewei ⁇ time cable guide.
  • the danger detector is inserted into the base 305.
  • the danger detector is integrally formed and the bottom of the hazard alarm and the electronic module a common Chassis are assigned, the entire danger detector is attached to the wall or the ceiling of the monitored space.
  • Figure 4 shows an equivalent circuit diagram of the coupling device of the peripheral device shown in Figure 1 and the corre sponding ⁇ section of the energy-carrying electrical line.
  • the spatial area in which the electromagnetic coupling between the coupling device and the electrical line takes place is designated by the reference numeral 421.
  • the two wires 480a and 480b provide this per ⁇ wells an inductor 482.
  • In a corresponding loading of the wires 480a and 480b with AC 482 couple the inductors leading the energy electrical see line inductors 432 of the coupling device and generate an induced within the coupling device Voltage u.
  • the capacitances 484 of the wires 480a and 480b couple to a corresponding capacitance 442 of the coupling device, thereby generating within the coupling device a displacement current i which can flow into a corresponding load.
  • the capacitances 442 of the coupling device can be realized, for example, by metal surfaces, as shown in FIG. 2 d (see reference numerals 240 a and 240 b).
  • Figure 5a shows a building management system 560, which has a center 565, an energy conducting electric lead with two wires 580a and 580b and a plurality of set ⁇ not explicitly Darge peripherals.
  • the peripheral devices are connected without contact to the energy-carrying electrical line.
  • the corresponding coupling regions 521 are shown in FIG. 5a instead of the peripheral devices.
  • the coupling regions 521 each speak to the coupling region shown in Figure 4, so that for each peripheral device both an inductive coupling, which occurs in an alternating current, as well as a capacitive coupling, which occurs at an AC voltage is possible, is possible.
  • the energy-carrying electrical line is a ring line, the two ends of the ring line being respectively connected to the central point 565.
  • two current-limited power supplies which are subsequently be only as voltage sources ⁇ records.
  • a first voltage source is designated by reference numeral 568a and a second voltage source is designated by reference numeral 568b.
  • the first voltage source 568a is connected to a first end of the two-wire loop and configured to apply a current il to the loop from the first end.
  • the second voltage source 568b is connected to a second end of the two-wire loop and configured to apply a current ⁇ 2 to the loop from the second end.
  • the corresponding voltages that cause the respective current flow il or ⁇ 2 are marked ul and u2, respectively.
  • the two voltage sources 568a and 568b are operated in a correlated manner. As a result, inappropriate superpositions between the two current signals can be avoided for a power supply.
  • a suitable termination resistor should be connected to the opposite end of the line from the only voltage source To avoid reflections of the AC primary signal at an open end of the electrical line.
  • FIG. 5b shows the building management system 560 shown in FIG. 5a in a faulty operating state in which a short circuit 588 is present within the energy-carrying electrical line.
  • the peripheral devices can be fed in each case from that of current-limited voltage source 568a or 568b, which in relation to the location of the short circuit on the same side of the electrical Lei ⁇ tung as to be powered peripheral device located.
  • the operation of the individual peripheral devices can be maintained.
  • Figure 5c shows the in Figure 5a illustrated building management system 560 ⁇ state in another erroneous operation, in which the energy leading electric wire is interrupted. In the illustrated case, both wires 580a and 580b are broken. The line interruption is identified by the reference numeral 589 in FIG. 5c.
  • Coupling devices of the peripheral devices have a capacitive coupling system, a trouble-free operation of the connected peripherals can be ensured even in the case of interruption 589.
  • the entire system is supplied via the two voltage sources 568a and 568b, which as a result of the interruption 589 supply essentially only one alternating voltage.
  • Capacitive coupling is used to supply the peripheral devices of the two subsystems, which are located on different sides of the subsystem. broken 589 are located. The overall system, however, remains fully functional.
  • Figure 6 shows a voltage profile along the power-carrying electrical line on which a stand- de shaft of a primary signal has formed, which is easily see for contactless power supply of a peripheral device ⁇ .
  • a standing wave will occur especially with relatively long lines with distributed participants and possibly an undefined line termination (short circuit, interruption).
  • a sinusoidal Amplitudenmodula ⁇ tion corresponds to the period of half the wavelength ⁇ elec- step of the frequency f.
  • v is the wave velocity, which is calculated from fol ⁇ gender equation:
  • L ' is the inductance and C is the capacitance of the step elekt ⁇ line normalized to the length of the line.
  • L 'becomes Therefore, as an inductance coating and C 'is referred to as Capi ⁇ tuschsbelag.
  • 100 kHz is therefore to be expected depending on the type of line every 800 to 1000 m with an amplitude maximum. At locations of the voltage minima, an increased current flows on the line. Since the above-described danger detector relates its supply capacitively from the line voltage and inductively from the line current, the energy supply of the peripheral device is ensured at each point on the line.
  • FIG. 7 shows an electronic circuit for contactless power supply of a peripheral device.
  • the circuit has a bridge rectifier.
  • the bridge rectifier has four diodes 750a, 750b, 750c and 75d.
  • the two diodes 750a and 750b allow current flow to a first terminal 758a at a positive half cycle.
  • the two diodes 750c and 75d enable a current flow to a second terminal 758b at a negative half cycle.
  • a consumer such as the electronic module described above with reference to FIG. 1 can then tap its supply voltage.
  • the bridge circuit serves to provide a current or voltage supply based on an energy inductively coupled into the coupling device.
  • positive half-wave is understood to mean those time segments in which, at the left terminals, the one shown in FIG Inductors 732 is a positive voltage. Entspre ⁇ accordingly be understood those periods, the term negative half-wave, in which a negative voltage 732 is present on the left-hand terminals of the inductors shown in Figur7.
  • a storage capacitor 752 is further provided, which is connected to the two terminals 758a and 758b.
  • the two diodes 755a and 755b are analogous to the known Greinacher circuit on the one hand connected to the capacitances 742 of the coupling device for the wire 780b and the terminal 758b and on the other hand with the capacitances 742 of the coupling device for the wire 780a and the terminal 758a.
  • the Greinacher circuit shown here is characterized in that capacitively coupled voltage at the terminals 758a and 758b is provided both in the case of a positive half-wave and in the case of a negative half-wave.
  • a positive half-wave is understood as meaning a state in which a positive voltage is applied to the capacitances 742, which are assigned to the core 780a, and a negative voltage is applied to the capacitances 742, which are assigned to the core 780b.
  • a negative half-cycle is understood to be a state in which a negative voltage is applied to the capacitances 742, which are assigned to the core 780a, and a positive voltage is applied to the capacitances 742, which are assigned to the core 780b.
  • the Anscensgue particular for a hazard detector shown in Figure 7 is further characterized in that coupling inductor 732 has multiple turns, so that the induced voltage is sufficiently large, so that the threshold voltages of the rectifier diodes ⁇ only play a minor role. It is advantageous to use low-capacitance diodes with a low threshold voltage, such as Schottky diodes. Since a coil providing the coupling inductances 732 can span a surface of a similar size as a wire loop and the distance to the wire loop can be chosen much smaller than the coil diameter, only small losses in the inductive coupling can be expected in this case.
  • the required number of turns of the coil is determined.
  • the number of turns should be so dimensioned that a comfortable supply voltage in the order of between 5 and 15 volts is available and thus the losses of the rectifier diodes are not significant.
  • FIGS. 8a, 8b, 8c and 8d show various arrangements for realizing a capacitive coupling between a core 880a of an energy-carrying electrical line and a coupling device.
  • the coupling device are assigned to the capacitive elements 842.
  • the wire 880a is surrounded by an insulation 881a, which is a galvanic
  • Figure 8a shows an embodiment in which the capacitive element 842 is a simple metal surface.
  • the pressing 809 may be, for example, Be ⁇ tenwand or the ceiling of a room to be monitored or a pressure plate that is specifically provided for fixing the wire 880a relative to the metal surface 842nd
  • a pressure plate 809 provided especially for fixing the wire 880a may also be made of metal or of metal.
  • the pressure plate 809 may still make a valuable contribution to the resulting overall capacity due to its disk capacity Cp.
  • the disk capacity Cp i. the capacitance between the two plates 842 and 809 is greater than the coupling capacitance CL of the conductor or the wire 880a.
  • FIG. 8b shows an equivalent circuit diagram of Darge ⁇ presented in Figure 8a capacitive coupling elements. Cres designates the resulting total capacitance between the wire 880a and the coupling capacity of the coupling device.
  • FIG. 8 c shows a further embodiment for realizing a capacitive coupling between a wire 880 a and a coupling device.
  • the fact was exploited that by increasing the distance between the plates, the resulting coupling capacity is increased.
  • the two plates touch 809 and 842, so that as a result, the two Plates 809 and 842 enclose the wire 880a.
  • the two plates 809 and 842 may also be connected to one another in an electrically conductive manner.
  • FIG. 8 d shows a further embodiment for realizing a capacitive coupling between a wire 880 a and a coupling device.
  • the capacitive element 842 has a V-shaped notch 842a in which the wire 880a is inserted.
  • the pressing member 809 has a complementary contour which presses the wire 880a into the V-shaped notch 842a.
  • the Ausbil ⁇ extension of the V-shaped notch 842a is mechanically relatively complicated, this embodiment appears, in view of easy insertability of the core 880a as a currently particularly suitable.
  • FIG. 9 shows a printed circuit board 922, on wel ⁇ cher both an inductive coupling coil 930 and a capacitive coupling face is formed 942nd At the Kopp ⁇ ment coil 930 two connection contacts 930a and 930b are present. On the capacitive coupling surfaces 942, two connection contacts 943a and 943b are present.
  • the embodiment shown here also includes the back of the printed circuit board 922 on the entire surface to a not shown in Figure 9 printed coil, which is connected with the side of the printed coil 930 on the on ⁇ in series.
  • a sufficiently high number of turns realisie ⁇ ren can be no great cost.
  • Two-core telecommunication cables can be used as the energy-carrying electrical line.
  • the outer protective cover is separated, without affecting the insulation of the individual wires.
  • a suitable tool can be used.
  • a four-core cable can also be used as the energy-carrying electrical line. Be used in this case based Kings ⁇ nen two wires for the described contactless energy ⁇ transfer to alternating current and / or AC voltage. The other two wires can be used, for example, for the galvanic feeding of special high-energy peripherals. To exclude confusion between the individual wires in this case, the wires can be marked accordingly by means of a color code, for example.
  • the described non-contact power supply of peripheral devices ⁇ a building management system may have the following advantages:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Mit dieser Anmeldung wird ein Peripheriegerät (100) für ein Gebäudemanagementsystem (560) beschrieben. Das Peripheriegerät (100) weist ein Elektronikmodul (110) und eine Koppeleinrichtung (120) auf, welche mit dem Elektronikmodul (110) gekoppelt ist. Die Koppeleinrichtung (120) ist derart eingerichtet ist, dass von einer Energie führenden elektrischen Leitung (180) kontaktlos Energie aufgenommen und zu dem Elektronikmodul (110) transferiert werden kann. Der kontaktlose Energietransfer kann induktiv und/oder kapazitiv erfolgen. Es wird ferner ein Gebäudemanagementsystem (560) mit zumindest einem Peripheriegerät (100) des genannten Typs sowie eine Zentrale (565) für das Gebäudemanagementsystem (560) beschrieben. Die Zentrale kann zwei Spannungsquellen (568a, 568b) aufweisen, die jeweils eingerichtet sind zum Einspeisen eines Stromes an unterschiedlichen Enden der Energie führenden elektrischen Leitung (180).

Description

Beschreibung
Kontaktlose Energieversorgung für ein Peripheriegerät eines Gebäudemanagementsystems
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet des Gebäudemanagements und insbesondere der Gefahrmeldetechnik. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Installa- tion von bevorzugt leistungsarmen Peripheriegeräten an einer elektrischen Leitung, welche ausgehend von einer Zentrale die für den Betrieb der Peripheriegeräte erforderliche elektri¬ sche Energie bereitstellt. Im Speziellen betrifft die vorlie¬ gende Erfindung ein Peripheriegerät für ein Gebäudemanage- mentsystem, welches an eine Energie führende elektrische
Leitung anschließbar ist und welches eingerichtet ist die für den Betrieb des Peripheriegerätes erforderliche elektrische Energie aus der Energie führenden elektrischen Leitung zu beziehen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Gebäudemanagementsystem mit zumindest einem Peripheriegerät des genannten Typs sowie eine Zentrale für das Gebäudemanage¬ mentsystem.
Dezentrale Mess-, Regel-, Steuer- und Alarmierungsgeräte, welche im Folgenden einfach Peripheriegeräte genannt werden, werden üblicherweise über Stich- oder Ringleitungen mit einer Auswertezentrale verbunden. Dies gilt jedenfalls dann, wenn die Peripheriegeräte nicht für eine vollständige Funkkommuni- kation mit einer Zentrale eingerichtet sind und eine eigene Energieversorgung besitzen. Für die Verbindung mit der entsprechenden Energie führenden elektrischen Leitung werden die einzelnen Anschlüsse der Peripheriegeräte über mechanische Vorrichtungen wie beispielsweise Stecker, Klemmen, Schneid- klemmen, Sockel, etc. mit den einzelnen Adern der Energie führenden elektrischen Leitung verbunden. Diese Vorrichtungen zur Kontaktierung haben jedoch eine Reihe von Nachteilen. So kann beispielsweise durch Korrosion, durch ein Lockern einer Klemme oder durch einen Drahtbruch die Stromversorgung eines Peripheriegerätes verschlechtert oder vollständig unterbro¬ chen werden. Ferner können beim Anschließen eines Peripherie- gerätes durch eine unachtsame Bedienperson Anschlüsse verges¬ sen oder vertauscht werden.
Um den Betrieb eines Gebäudemanagementsystems auch im Falle eines Kurzschlusses in der Versorgungsleitung zumindest teilweise aufrecht erhalten zu können, ist es ferner bekannt, die Peripheriegeräte des Gebäudemanagementsystems mit sog. Trenneinrichtungen auszustatten, so dass zumindest diejenigen Peripheriegeräte weiter betrieben werden können, die sich zwischen der Zentrale und der Stelle des Kurzschlusses befin- den. Die Aktivierung der Trenneinrichtungen erfordert jedoch ein ausgeklügeltes Steuerungssystem, welches aber auch zu Instabilitäten neigt. Dies gilt insbesondere im Falle eines hohen Einschaltstroms, welcher von einigen Komponenten des Gebäudemanagementsystems als Kurzschlussstrom aufgefasst werden kann. Dies hat zur Folge, dass beim Starten des Gebäu¬ demanagementsystems oder bei einem Kurzschluss die Trennele¬ mente neu angesteuert werden müssen, was zu erheblichen Zeitverzögerungen im Betrieb des Gebäudemanagementsystems führt .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Energieversor¬ gung für ein Peripheriegerät eines Gebäudemanagementsystems zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhän¬ gigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben .
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Peripherie¬ gerät für ein Gebäudemanagementsystem und insbesondere für ein Gefahrmeldesystem beschrieben. Das Peripheriegerät weist ein Elektronikmodul und eine Koppeleinrichtung auf, welche mit dem Elektronikmodul gekoppelt ist. Die Koppeleinrichtung ist derart eingerichtet ist, dass von einer Energie führenden elektrischen Leitung kontaktlos Energie aufgenommen und zu dem Elektronikmodul transferiert werden kann.
Dem beschriebenen Peripheriegerät liegt die Erkenntnis zugrunde, dass insbesondere vergleichweise leistungsarme Kleingeräte wie beispielsweise Messgeräte, Steuerungsgeräte, Regelungsgeräte und/oder Alarmierungsgeräte kontaktlos mit¬ tels einer Energie führenden elektrischen Leitung verbunden werden können. Die Energie führende elektrische Leitung kann zumindest einen Teil der Energieversorgung übernehmen, wel- eher für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Peripheriegeräts erforderlich ist. Die Energie führende elektrische Leitung kann eine sog. Bus- oder Ringleitung sein, welche sich ringförmig von und zu einer Zentrale des Gebäudemanagementsystems erstreckt. Die Energie führende elektrische Leitung kann alternativ eine sog. Stichleitung sein, an welcher ein oder mehrere Peripheriegeräte angeschlossen werden können.
Das Elektronikmodul kann jede beliebige Einheit sein, welche entsprechend der Funktionalität des Peripheriegerätes einge- richtet ist, eine physikalische Messgröße zu erfassen, ein
Stellglied zu steuern oder zu regeln und/oder eine Gefahrensituation zu erfassen und ggf. eine entsprechende Alarmmel¬ dung zu initiieren. Die physikalische Messgröße kann bei¬ spielsweise die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und/oder die Konzentration von einem oder von mehreren Gasen sein. Das
Stellglied kann beispielsweise eine Klimaanlage, ein Brand¬ löschsystem oder ein Aktuator sein, welcher als Response auf ein entsprechendes Initiierungssignal ein Öffnen oder Schlie¬ ßen von Türen, Fenstern oder anderen Barriereelementen be- wirkt. Die Gefahrensituation kann beispielsweise eine Brand¬ entwicklung oder eine Intrusion einer unbefugten Person sein. Der kontaktlose Energietransfer zwischen der Energie führenden elektrischen Leitung und der Koppeleinrichtung erfolgt insbesondere über elektromagnetische Wellen. Durch eine geeignete Wahl der Frequenz der elektromagnetischen Wellen und durch einen geringen Abstand zwischen der der Leitung und der Koppeleinrichtung kann gewährleistet werden, dass elektronische Geräte in der Umgebung nicht oder nur geringfügig gestört werden.
Als Energie führende elektrische Leitung kann grundsätzlich jedes beliebige Installationskabel verwendet werden. Die elektrische Leitung kann eine, zwei oder auch mehrere elekt¬ rische Adern ausweisen.
Die beschriebene kontaktlose Kopplung zum Zwecke der Energie¬ versorgung des Elektronikmoduls hat den Vorteil, dass eine bereits bestehende elektrische Leitung zum Zwecke des An¬ schlusses eines weiteren und/oder zum Zwecke des Austausches eines vorhandenen Peripheriegerätes nicht oder nur geringfü- gig verändert werden muss. Auf alle Fälle ist ein Öffnen, ein Unterbrechen und/oder ein Abisolieren der Leitung zum Zwecke einer galvanischen Ankopplung eines Peripheriegerätes nicht erforderlich. Dies gilt zumindest dann, wenn die elektrische Leitung lediglich ein oder mehrere einadrige Kabel aufweist. Im Falle der Verwendung eines mehradrigen Kabel kann es erforderlich sein, die äußerste Ummantelung zu öffnen um die einzelnen in der Regel noch mit einer Isolierung versehenen Adern räumlich voneinander zu separieren. Ein neues Peripheriegerät kann somit ohne einen speziellen Installationsauf- wand mit der elektrischen Leitung gekoppelt werden indem einfach das neue Peripheriegerät in geeigneter Weise ohne eine galvanische Verbindung an die Energie führende elektri¬ sche Leitung angelegt wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Kop¬ peleinrichtung derart eingerichtet, dass von der Energie führenden elektrischen Leitung Energie induktiv auf die Koppeleinrichtung übertragbar ist.
Die beschriebene induktive Kopplung zwischen der Energie führenden elektrischen Leitung und der Koppeleinrichtung hat den Vorteil, dass insbesondere bei einem hohen Stromfluss durch die elektrische Leitung auf effiziente Weise Energie auf die Koppeleinrichtung übertragen werden kann. Dazu ist es selbstverständlich erforderlich, dass die elektrische Leitung mit einem Wechselstrom beaufschlagt ist. Bei der induktiven Kopplung wird von der elektrischen Leitung ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches von einer Spule der Koppelein¬ richtung erfasst und dabei entsprechend den bekannten Geset¬ zen der Elektrizitätslehre eine Spannung induziert wird. Die induzierte Spannung führt innerhalb des Peripheriegerätes zu einem entsprechenden Stromfluss durch einen Verbraucher.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Koppeleinrichtung derart eingerichtet, dass von der Energie führenden elektrischen Leitung Energie kapazitiv auf die Koppeleinrichtung übertragbar ist.
Durch eine kapazitive Kopplung kann auf vorteilhafte Weise auch dann Energie übertragen werden, wenn die Energie führen- de elektrische Leitung keinen Stromfluss erlaubt. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die elektrische Leitung unterbrochen ist. Ein Stromfluss kann auch dann lokal an einer oder an mehreren Stellen der elektrischen Leitung unterbunden sein, wenn sich innerhalb der Energie führenden elektrischen Leitung eine stehende Welle ausbildet. In diesem Fall gibt es entlang der Leitung in von der Frequenz des Wechselstrom-Signals abhängigen periodischen Abständen Stellen, an denen die Stromstärke stets zumindest annähernd gleich Null ist. In entsprechender Weise gibt es auch eben- falls in periodischen Abständen weitere Stellen, an denen die Spannung stets zumindest annähernd gleich Null ist. Aufgrund einer üblicherweise vorhandenen Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung fallen die Stellen ohne Stromfluss üblicherweise nicht mit den Stellen ohne Spannung örtlich zusammen .
An dieser Stelle wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die beschriebene Koppeleinrichtung auch sowohl für eine induktive als auch für eine kapazitive Kopplung bzw. Energie¬ übertragung von der elektrischen Leitung eingerichtet sein kann. Dies hat den großen Vorteil, dass im Falle der Ausbil- düng einer stehenden Welle auf der Energie führenden elektrischen Leitung das Peripheriegerät an beliebigen Stellen der elektrischen Leitung angekoppelt werden kann. Dies gilt jedenfalls immer dann, wenn die Stellen ohne Stromfluss örtlich nicht mit den weiteren Stellen ohne Spannung zusam- menfallen. Außerdem kann in diesem Fall die Frequenz des
Signals auf der Energie führenden elektrischen Leitung variiert werden, ohne dass dabei zu besorgen wäre, dass infolge einer örtlichen Verschiebung der Knotenstruktur auf der Leitung ein an einer bestimmten Stelle der elektrischen Leitung angekoppeltes Peripheriegerät von der Energieversor¬ gung abgeschnitten wäre.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Koppeleinrichtung ferner eingerichtet (a) zum Senden von Kommunikationssignalen an die Energie führende elektrische
Leitung und/oder (b) zum Empfangen von Kommunikationssignalen von der Energie führenden elektrischen Leitung.
Durch das beschriebene Senden und/oder das Empfangen von Kommunikationssignalen kann die Energie führende elektrische Leitung somit nicht nur zur Bereitstellung der für den Betrieb des gesamten Peripheriegeräts erforderlichen elektrischen Energie sondern auch noch als Kommunikationsleitung verwendet werden. Dabei kann die Kommunikation über dieselben Adern der elektrischen Leitung erfolgen, über die auch die Energie für das Peripheriegerät transferiert wird. Es wird darauf hingewiesen, dass im Prinzip bereits eine einzige Ader genügen würde, um sowohl die erforderliche Energie als auch die entsprechenden Kommunikationssignale übertragen zu können. Selbstverständlich können auch mehrere Adern zur Energieversorgung und zur Kommunikation des beschriebenen Peripheriegerätes verwendet werden. Dabei können für die Kommunikation dieselben oder auch unterschiedliche Adern verwendet werden.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass auch lediglich ein
Teil der Kommunikation zwischen Peripheriegerät und Zentrale über die Energie führende elektrische Leitung erfolgen kann. Neben der beschriebenen Kommunikation mittels der Kommunikationssignale kann zusätzlich auch eine drahtlose Funk- Kommunikation und/oder eine drahtgebundene Kommunikation über eine weitere Kabelverbindung durchgeführt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung verursachen die Kommunikationssignale eine Modulation eines Pri- märsignals auf der Energie führenden elektrischen Leitung. Dabei dient dieses Primärsignal der Energieversorgung des Peripheriegeräts. So kann beispielsweise zur Speisung des Peripheriegeräts eine Zentrale des Gebäudemanagementsystems ein Wechselstrom- bzw. Wechselspannungssignal in die Energie führende elektrische Leitung einkoppeln. Um beispielsweise Informationen von der Zentrale zu einem oder zu mehreren an der elektrischen Leitung kontaktlos angeschlossenen Peripheriegeräten zu übermitteln, kann dieses Primärsignal auf unterschiedliche Weisen moduliert werden.
Beispielsweise eignet sich eine Amplitudenmodulation mit einem Amplitudenhub zwischen 20% und 100% um Information zuverlässig von der Zentrale an das Peripheriegerät zu über¬ mitteln. Selbstverständlich eignet sich eine ähnliche Ampli- tudenmodulation auch zur Übertragung von Kommunikationssignalen von dem Peripheriegerät zu der Zentrale und/oder zu anderen Peripheriegeräten, die an derselben Energie führenden elektrischen Leitung angeschlossen sind. Zur Realisierung einer geeigneten Amplitudenmodulation kann man auf aus der Radio Frequency Identification (RFID) Technik bekannte Prinzipien zurückgreifen.
Bei der Wahl der Frequenz bzw. der Primärfrequenz ist zu beachten, dass bei zu niedrigen Frequenzen (< 100 kHz) die kapazitive Kopplung und die Induktion in einer Empfangsspule schwach sind. Bei höheren Frequenzen (> 20 MHz) ist zu beach- ten, dass die Summe der induzierten Spannungen in sog. Primärinduktivitäten die Quellenspannung erreichen kann und somit nur noch ein geringer Strom fließen kann. Es ist auch bekannt, dass die Dämpfung der Leitung mit höherer Frequenz zunimmt. Bei der Wahl der Primärfrequenz müssen auch die lokalen Normen und Vorschriften, die beispielsweise die elektromagnetische Abstrahlung betreffen, eingehalten werden. Es wird darauf hingewiesen, dass sowohl bei einem induktiven als auch bei einem kapazitiven Betriebsmodus die Kommunikati¬ onssignale auf hochohmige Eingänge des Peripheriegerätes oder der Zentrale eingekoppelt und verarbeitet werden können.
Die Modulation des Primärsignals kann wie bei der RFID- Technik auf der Seite des Peripheriegerätes durch ein Verän¬ dern der Last erfolgen. Das Peripheriegerät benötigt dazu keine eigene Energie. Die Modulationsfrequenz kann durch einen einfachen Teiler aus dem Primärsignal erzeugt werden. Im Spektrum erscheinen dann zwei Seitenbänder neben der Primärfrequenz, deren Abstand der Modulationsfrequenz entspricht. Diese Seitenbänder können beispielsweise mit einem Überlagerungs- bzw. Heterodynempfänger sehr empfindlich detektiert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Kommunikationssignale unabhängig von einem Primärsignal auf der Energie führenden elektrischen Leitung in die Energie führende elektrische Leitung einspeisbar. Zur Übertragung der Kommunikationssignale eignet sich in diesem Zusammenhang insbesondere ein Hochfrequenzsignal, welches mit dem Primärsignal der Energie führenden elektri¬ schen Leitung überlagert wird. Sofern die Frequenz des ein- gespiesenen Hochfrequenzsignals signifikant unterschiedlich ist zu der Frequenz des Primärsignals, können die Kommunika¬ tionssignale durch eine geeignete Frequenzfilterung auf effektive Weise von dem Primärsignal separiert werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Frequenz des Hochfrequenzsignals nicht mit einer Oberwelle des Primärsignals zusammenfällt.
Auf Seiten des Peripheriegerätes kann die Energie für ein Senden von Kommunikationssignalen von einem Speicherkondensator bereitgestellt werden. Zur Informationsübertragung können sämtlich bekannten Modulationsformen wie beispielsweise AM (= Amplitudenmodulation) , FM (= Frequenzmodulation) , PM (= Phasenmodulation) und/oder, OFDM (= Orthogonal Frequency Division Multiplex) verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist (a) ein von dem Peripheriegerät gesendetes erstes Kommunika¬ tionssignal eine erste Frequenz und (b) ein von dem Periphe¬ riegerät empfangenes zweites Kommunikationssignal eine zweite Frequenz auf. Dabei sind die beiden Frequenzen unterschied- lieh.
So kann beispielsweise unmittelbar anhand des jeweiligen Frequenzbandes unterschieden werden, ob ein Kommunikations¬ signal von der Zentrale zu einem oder zu mehreren Peripherie- geraten oder umgekehrt von einem Peripheriegerät zu der Zentrale gesendet wird. So können beispielsweise an der Datenkommunikation nicht beteiligte Peripheriegräte, die ebenfalls an der Energie führenden elektrischen Leitung angeschlossen bzw. mit dieser gekoppelt sind, sofort erken- nen, dass es sich bei einem über die elektrische Leitung übertragenen Kommunikationssignal um ein für die gemeinsame Zentrale bestimmtes Kommunikationssignal von einem anderen Peripheriegerät handelt . Unter dem Begriff Frequenz ist in diesem Zusammenhang eine Trägerfrequenz zu verstehen, auf welcher die eigentlichen Daten bzw. Informationen des Kommunikationssignals in geeigneter Weise aufmoduliert sind.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Peripheriegerät zusätzlich eine Sende- und/oder Empfang¬ seinrichtung auf, welche zum Kommunizieren mit einer Zentrale des Gebäudemanagementsystems über eine Funkschnittstelle eingerichtet ist.
Eine drahtlose Kommunikation zwischen Zentrale und Periphe¬ riegerät bietet sich insbesondere dann an, wenn über die Energie führende elektrische Leitung genügend Leistung auf das Peripheriegerät übertragen werden kann, so dass zusätzlich zu dem Betrieb des Elektronikmoduls auch noch ein Emp¬ fänger und/oder ein Sender der Sende- und/oder Empfangseinrichtung mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Dabei kann die Tatsache ausgenutzt werden, dass die Sende- und/oder Empfangseinrichtung nicht durchgehend betrieben werden muss sondern in ggf. synchronisierter Weise mit dem Betrieb von anderen Peripheriegeräten desselben Gebäudemanagementsystems und/oder mit dem Betrieb der Zentrale betrieben werden kann.
Die Funkverbindung zu der Zentrale kann anstelle oder in
Ergänzung zu der oben beschriebenen Kommunikationsverbindung über die Energie führende elektrische Leitung betrieben werden .
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Peripheriegerät zusätzlich ein Chassis auf, welches derart ausgebildet ist, dass zumindest eine Ader der Energie führenden elektrischen Leitung an das Chassis anlegbar ist.
Das Chassis kann einstückig sein oder mehrere Teile aufwei¬ sen. Im Falle eines als Brand- bzw. als Rauchmelder ausgebil¬ deten Gefahrmelders kann ein Teil des Chassis beispielsweise ein Sockel sein, welcher an der Decke eines zu überwachenden Raumes angebracht werden kann. In diesen Sockel kann dann der Teil des Peripheriegerätes, welcher das Elektronikmodul und/oder die Koppeleinrichtung umfasst, beispielsweise mit- tels eines Schnellverschlusses eingesetzt werden. Ferner kann ein Teil des Chassis ein Bodenelement eines Gehäuses sein, in welchem sich das Elektronikmodul befindet. Im Falle eines Rauchmelders kann die Bodenplatte auch der sog. Melderboden sein .
In dem Chassis können geeignete Vertiefungen ausgebildet sein, in die jeweils eine Ader der Energie führenden elektrischen Leitung eingelegt werden kann. Dadurch kann auf einfache Weise die Position der Energie führenden elektrischen Leitung relativ zu der Koppeleinrichtung festgelegt werden, so dass stets eine gleichbleibend gute elektromagnetische Kopplung zwischen der elektrischen Leitung und der Koppeleinrichtung gewährleistet ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Chassis derart ausgebildet, dass die zumindest eine Ader der Energie führenden elektrischen Leitung in Form einer gekrümmten Linie an das Chassis anlegbar ist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass an einer Oberfläche des Chassis eine geeignete Vertiefung wie bei¬ spielsweise eine Nut ausgebildet ist, welche auf der Oberflä¬ che eine entsprechend gekrümmte Form aufweist. Diese Form kann beispielsweise ein Halbkreis sein.
Das beschriebene Anlegen der zumindest einen Ader der Energie führenden elektrischen Leitung entlang einer gekrümmten Linie hat den Vorteil, dass innerhalb der begrenzten Oberfläche des Chassis ein längerer Kabelabschnitt anlegbar ist als dies bei einer gerade geführten Leitung der Fall wäre.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Chassis derart ausgebildet, dass eine weitere Ader der Energie führenden elektrischen Leitung in Form einer weiteren gekrümmten Linie an das Chassis anlegbar ist.
Das Anlegen zweier unterschiedlicher Adern der Energie füh- renden elektrischen Leitung kann derart erfolgen, dass von den beiden Aderabschnitten zumindest nahezu vollständig eine Fläche umschlossen wird, durch welche im Falle eines durch beide Aderabschnitte in gleicher Richtung umlaufenden Stromflusses Magnetfeldlinien treten. Diese Magnetfeldlinien durchdringen auch eine in geeigneter Weise angeordnete Magnetspule der Koppeleinrichtung, so dass bei einer zeitlichen Änderung des Stromflusses durch die beiden Aderabschnitte, wie dies bei einem Wechselstrom-Primärsignal der Fall ist, in der Koppeleinrichtung eine Spannung induziert und somit dem Peripheriegerät kontaktlos Energie zugeführt wird.
Die beiden Aderabschnitte können beispielsweise eine Ringflä¬ che einschließen, so dass abgesehen von zwei kleinen Randbereichen die beiden Aderabschnitte eine Spule mit einer Win- düng darstellen. Für eine derartige Spulengeometrie können die durch einen Stromfluss erzeugten Magnetfelder genau berechnet werden, so dass die Koppeleinrichtung und insbesondere die Aufnahmeinduktivitäten der Koppeleinrichtung in geeigneter Weise dimensioniert und an der richtigen Stelle angeordnet werden können.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Koppeleinrichtung ein ersts und/oder ein zweites Koppelsystem auf, wobei (a) das erstes Koppelsystem eingerichtet ist für eine induktive Kopplung mit der Energie führenden elektrischen Leitung und (b) das zweite Koppelsystem eingerichtet ist für eine kapazitive Kopplung mit der Energie führenden elektrischen Leitung.
Durch die beschriebene Verwendung von zwei Koppelsystemen kann hinsichtlich der Energieversorgung des Peripheriegerätes eine besonders hohe Effizienz gewährleistet werden. Die beiden Koppelsysteme können dabei mit einer oder mit mehreren Adern der Energie führenden elektrischen Leitung koppeln. So kann beispielsweise im Falle einer durch zwei Adern der Leitung gebildeten Stromschleife der Wechselstrom durch beide Adern und/oder die Wechselspannung in beiden Adern für die Energieversorgung des Peripheriegerätes ausgenutzt werden.
Die beiden Koppelsysteme können voneinander entkoppelt sein. So ist es beispielsweise möglich, dass jedes der beiden Koppelsysteme bereits für sich alleine zu einer Energiever¬ sorgung des Elektronikmoduls verwendet werden kann. Dies kann bedeuten, dass in der Koppeleinrichtung die beiden Koppelsysteme zueinander rückwirkungsfrei geschaltet sein können, so dass sich die beiden Systeme gegenseitig nicht beeinflussen und auch gleichzeitig betrieben werden können. Insbesondere im Falle eines Unterbruchs von zumindest einer Ader der Energie führenden elektrischen Leitung kann eine induktive Speisung, die ja eine gewissen Stromfluss benötigt, verzöge¬ rungsfrei in eine kapazitive Speisung überführt werden, welche auch ohne einen effektiven Stromfluss zur Energieübertragung verwendet werden kann.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die beiden Koppelsysteme elektrisch voneinander entkoppelt. Die Entkopplung kann beispielsweise durch die Verwendung von Gleichrichterbauelementen realisiert werden. Die Gleichrichterbauelemente können beispielsweise in einer Verbindungslei¬ tung angeordnet sein, welche das erste Koppelsystem und das zweite Koppelsystem miteinander verbindet.
Unter dem Begriff Entkopplung ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass zwischen den beiden Koppelsystemen keine oder lediglich eine weitgehend zu vernachlässigende Rückwirkung vorhanden ist. Die beiden Koppelsysteme können ferner derart geschaltet sein, dass die jeweils gewonnene bzw. eingekoppel¬ te Energie automatisch mit der richtigen Polarität einem gemeinsamen Energiespeicher zugeführt wird. Der gemeinsame Energiespeicher kann beispielsweise ein Kondensator sein.
Bei den beiden Gleichrichterbauelementen kann es sich bei- spielsweise um Dioden handeln, welche eine sog. Greinacher- Schaltung darstellen. Dabei lädt eine negative Halbwelle über eine erste Diode einen Kondensator auf eine erste Spannung auf. Bei der nachfolgenden positiven Halbwelle addiert sich dann die Spannung der positiven Halbwelle zu der ersten Spannung, so dass der Kondensator effektiv auf die doppelte Spannung aufgeladen wird.
Die Entkopplung zwischen den beiden Koppelsystemen kann insbesondere durch zwei Gleichrichterbauelemente erfolgen. Dabei können die beiden Gleichrichterbauelemente dem zweiten Koppelsystem derart nachgeschaltet sein, dass eine von dem zweiten Koppelsystem bereitgestellte Spannung verdoppelt wird. Eine Spannungsverdopplung hat den Vorteil, dass die von dem zweiten Koppelsystem bereitgestellten Spannungen flexibel an die Erfordernisse des Elektronikmoduls des Peripheriegerä¬ tes angepasst werden können. Dazu können ggf. auch weitere Kaskaden von jeweils zwei Gleichrichterbauelementen verwendet werden, wodurch die Spannung dann entsprechend der Anzahl der Kaskaden vervielfacht werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gebäudemanagementsystem beschrieben, welches eine Zentrale, eine Energie führende elektrische Leitung und zumindest ein Peri¬ pheriegerät des oben beschriebenen Typs aufweist. Das Peri- pheriegerät ist über die Energie führende elektrische Leitung mit der Zentrale gekoppelt.
Dem beschriebenen Gebäudemanagementsystem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Energieversorgung von einer Zentrale zu einem oder zu mehreren Peripheriegeräten zumindest im
Bereich der Peripheriegeräte kontaktlos erfolgen kann. Da¬ durch kann ein Peripheriegerät ohne die Verwendung von galva- nischen Anschlusselementen wie Klemmen, Steckern und/oder Lötstellen mit der Zentrale verbunden oder von der Zentrale beispielsweise für Wartungszwecken entfernt werden.
Die Energie führende elektrische Leitung kann eine sog. Bus¬ oder Ringleitung sein, welche sich ringförmig von und zu einer Zentrale des Gebäudemanagementsystems erstreckt. Die Energie führende elektrische Leitung kann alternativ eine sog. Stichleitung sein, an welcher ein oder mehrere Periphe- riegeräte angeschlossen werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Gebäu¬ demanagementsystem derart ausgebildet, dass (a) die Energie führende elektrische Leitung zwei Adern aufweist, die sich von einem Leitungsanfang zu einem Leitungsende der Energie führenden elektrischen Leitung erstrecken, und dass (b) die Zentrale eine erste Spannungsquelle und eine zweite Span¬ nungsquelle aufweist. Dabei ist die erste Spannungsquelle an dem Leitungsanfang mit den beiden Adern verbunden und die zweite Spannungsquelle ist an dem Leitungsende mit den beiden Adern verbunden.
Die Ausstattung der Zentrale mit zwei Spannungsquellen hat den Vorteil, dass die absolute Differenzspannung zwischen den beiden Adern vergleichsweise klein sein kann und trotzdem eine ausreichende Energieversorgung gewährleistet werden kann. Dies gilt insbesondere falls mehrere Peripheriegeräte an der Energie führenden Leitung in Form einer Parallelschaltung angeschlossen sind. Dabei ist die Energie führende Leitung bevorzugt in Form einer Ringleitung ausgebildet, die sich von der Zentrale ausgeht und wieder zu der Zentrale zurückgeführt ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass die beiden Spannungsquellen selbstverständlich keine idealen Spannungsquellen im streng mathematischen Sinn sind. Reale Spannungsquellen zeichnen sich typischerweise auch durch eine gewissen Maximalleistung aus, so dass ab einer bestimmten Stromstärke die bereitge¬ stellte Spannung geringer wird. Die genannten Spannungsquel¬ len können demzufolge auch als strombegrenzte Spannungsquel¬ len bezeichnet werden.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von zwei getrennten Spannungsquellen besteht darin, dass im Falle eines Kurzschlusses zwischen beiden Adern die Peripheriegeräte jeweils von derjenigen Spannungsquelle gespeist werden können, die sich in Bezug zu der Stelle des Kurzschlusses auf derselben Seite der elektrischen Leitung wie das zu speisende Periphe¬ riegerät befindet. Beim Eintreten eines Kurzschlusses muss somit nicht aktiv eine zweite Spannungsquelle hinzugeschaltet werden .
Sofern die Koppeleinrichtungen der Peripheriegeräte über ein kapazitives Kopplungssystem verfügen, kann auch im Falle eines Unterbruchs ein störungsfreier Betrieb der angeschlos¬ senen Peripheriegeräte gewährleistet werden. Der Betrieb der Peripheriegeräte kann uneingeschränkt und ohne Betriebsunter¬ bruch aufrecht erhalten werden.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass durch die beschriebe¬ ne Verwendung von zwei Spannungsquellen in einem als Gefahr- meldesystem ausgebildeten Gebäudemanagementsystem wichtige gesetzliche Vorschriften, die in entsprechenden Normen für Gefahrmelder kodifiziert sind, erfüllt werden können. Diese üblicherweise länderspezifischen Normen verlangen beispielsweise, dass das Gebäudemanagementsystem auch bei einem Kurz- Schluss oder bei einem Unterbruch von einer Leitung weiterhin funktionsfähig bleiben kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Zentrale für ein Gebäudemanagementsystem beschrieben. Bei dem Gebäude- managementsystem handelt es sich insbesondere um ein Gebäude¬ managementsystem des oben genannten Typs. Die beschriebene Zentrale weist auf (a) eine erste Spannungsquelle, eingerich- tet zum Einspeisen eines ersten Stromes in eine Energie führende elektrische Leitung mit zwei Adern an einem Lei¬ tungsanfang, und (b) eine zweite Spannungsquelle, eingerich¬ tet zum Einspeisen eines zweiten Stromes in die Energie führende elektrische Leitung an einem Leitungsende.
Der beschriebenen Zentrale für ein Gebäudemanagementsystem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine redundante Ausstattung an Spannungsquellen sowohl im Falle eines Kurz- Schlusses zwischen den beiden Adern der Energie führenden elektrischen Leitung als auch im Falle eines Unterbruchs von einer oder von beiden Adern ein unterbrechungsfreier Betrieb von Peripheriegeräten, die in kontaktloser Weise an die Energie führende Leitung angeschlossen sind, gewährleistet werden kann. Dies gilt jedenfalls dann, wenn die Peripherie¬ geräte sowohl eine kapazitive als auch eine induktive Kopp¬ lung zwischen einer Koppeleinrichtung des Peripheriegerätes und der Energie führenden elektrischen Leitung ermöglichen. Im Falle eines Leitungsunterbruchs, bei dem ein durchgehender Stromfluss nicht mehr möglich ist, kann dann die Energieversorgung der Peripheriegeräte auf eine rein kapazitive Kopp¬ lung umgeschalten werden. Im Falle eines Kurzschlusses zwischen beiden Adern der elektrischen Leitung können die Peripheriegeräte jeweils von derjenigen Spannungsquelle gespeist werden, die sich in Bezug zu der Stelle des Kurzschlusses auf derselben Seite der Energie führenden elektrischen Leitung wie das zu speisende Peripheriegerät befindet.
Die beiden Spannungsquellen werden bevorzugt in zueinander korrelierter Weise betrieben. Dadurch können Interferenzen zwischen den beiden Stromsignalen, die sich ungefähr in der Mitte der elektrischen Leitung auch gegenseitig auslöschen können, vermieden werden. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Peripherieeinheit, welche ein Elektronikmodul, eine Kop¬ peleinrichtung sowie ein Sende- und/oder Empfangseinrichtung zur zusätzlichen Kommunikation mit einer Zentrale aufweist.
Die Figur 2a illustriert eine induktive Kopplung zwischen einer Spule einer Koppeleinrichtung und einer Energie führenden elektrischen Leitung.
Die Figur 2b illustriert eine kapazitive Kopplung zwischen zwei metallischen Flächen einer Koppeleinrichtung und einer Energie führenden elektrischen Leitung.
Die Figuren 3a, 3b, 3c und 3d illustrieren das Anschließen eines Gefahrmelders an eine Energie führende elektrische Leitung, welche zwei Adern aufweist.
Die Figur 4 zeigt ein Ersatzschaltbild der Koppeleinrichtung des in Figur 1 dargestellten Peripheriegerätes und des ent¬ sprechenden Abschnitts der Energie führenden elektrischen Leitung.
Die Figur 5a zeigt ein Gebäudemanagementsystem mit einer Zentrale, einer Energie führenden elektrischen Leitung und mehreren Peripheriegeräten, die kontaktlos an die Energie führende elektrische Leitung angeschlossen sind.
Die Figur 5b zeigt das in Figur 5a dargestellte Gebäude¬ managementsystem in einem fehlerhaften Betriebszustand, bei dem innerhalb der Energie führenden elektrischen Leitung ein Kurzschluss vorhanden ist. Die Figur 5c zeigt das in Figur 5a dargestellte Gebäude¬ managementsystem in einem fehlerhaften Betriebszustand, bei dem die Energie führende elektrische Leitung unterbrochen ist.
Die Figur 6 zeigt einen Spannungsverlauf entlang der Energie führenden elektrischen Leitung, auf welcher sich eine stehende Welle eines Primärsignals ausgebildet hat, welches für die kontaktlose Energieversorgung eines Peripheriegerätes vorge- sehen ist .
Die Figur 7 zeigt eine elektronische Schaltung zur kontaktlo¬ sen Energieversorgung eines Peripheriegerätes.
Die Figuren 8a, 8b, 8c und 8d zeigen verschiedene Anordnungen zur Realisierung einer kapazitiven Kopplung zwischen einer Energie führenden elektrischen Leitung und einer Koppeleinrichtung.
Die Figur 9 zeigt eine gedruckte Leiterplatte, auf welcher sowohl eine induktive Kopplungsspule als auch eine kapazitive Kopplungsfläche ausgebildet ist.
An dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich in der Zeich- nung die Bezugszeichen von gleichen oder von einander entsprechenden Komponenten lediglich in ihrer ersten Ziffer unterscheiden .
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Peripherieeinheit 100. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungs¬ beispiel ist die Peripherieeinheit ein Gefahrmelder 100. Der Gefahrmelder 100 weist ein Chassis 105 auf. In dem Chassis 105 befindet sich ein Elektronikmodul 110, welches entspre- chend der Funktionalität des Gefahrmelders 100 eingerichtet ist, eine physikalische Messgröße zu erfassen, ein Stellglied zu steuern oder zu regeln und/oder eine Gefahrensituation zu erfassen und ggf. eine entsprechende Alarmmeldung zu initiie¬ ren .
Die Energieversorgung des Elektronikmoduls 110 erfolgt über eine Koppeleinrichtung 120, welche ebenfalls in dem Chassis 105 angeordnet ist. Zu diesem Zweck ist die Koppeleinrichtung 120 mit dem Elektronikmodul 110 verbunden.
Der in Figur 1 dargestellte Gefahrmelder 100 weist ferner eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung 190 auf, welche über eine Antenne 190a mit einer nicht dargestellten Zentrale, die ebenfalls wie der Gefahrmelder 100 ein Teil eines nicht dargestellten Gefahrmelde- bzw. Gebäudemanagementsystems ist, kommunizieren kann. Dabei können in bekannter Weise über Funk beispielsweise Gefahrmeldungen an die Zentrale übermittelt werden .
Die Energieversorgung des Gefahrmelders 100 erfolgt über eine Energie führende elektrische Leitung 180. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Energie führende elektrische Leitung 180 eine erste Ader 180a und eine zweite Ader 180b auf.
Die Koppeleinrichtung 120 ist derart eingereichtet, dass von der Energie führenden elektrischen Leitung 180 kontaktlos
Energie aufgenommen und zu dem Elektronikmodul 110 transfe¬ riert werden kann. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel kann die kontaktlose Energieübertragung sowohl durch eine induktive Kopplung als auch durch eine kapazitive Kopp- lung zwischen den einzelnen Adern 180a und 180b und geeigneten Koppelelementen der Koppeleinrichtung 120 erfolgen. Im Falle einer induktiven Kopplung sind dies in Figur 1 nicht dargestellte Induktivitäten der Koppeleinrichtung 120. Im Falle einer kapazitiven Kopplung sind dies in Figur 1 nicht dargestellte Kapazitäten der Koppeleinrichtung 120. Auch wenn der hier beschriebene Gefahrmelder 100 eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung 190 aufweist, so ist es nicht zwingend erforderlich, dass alle Nachrichten zwischen dem Gefahrmelder 100 und der Zentrale drahtlos unter Verwendung der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 190 ausgesendet bzw. empfangen werden. Vielmehr erfolgt bei dem hier beschriebenen Gefahrmelder 100 die Kommunikation zwischen dem Gefahrmelder 100 und der Zentrale bevorzugt bzw. zu wesentlichen Teilen nicht über die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 190. Ein Großteil der Kommunikation zwischen Gefahrmelder 100 und
Zentrale erfolgt vielmehr über die Koppeleinrichtung 120. Die Koppeleinrichtung 120 ist nämlich auch dazu eingerichtet, Kommunikationssignale, die für die Zentrale bestimmt sind, in die elektrische Leitung 180 einzukoppeln . Entsprechend kann die Koppeleinrichtung 120 auch Kommunikationssignale, die von der Zentrale oder ggf. von anderen Peripheriegeräten stammen, kontaktlos von der elektrischen Leitung 180 aufnehmen. Diese Kommunikationssignale können beispielsweise durch einen ausreichenden Frequenzunterschied von einem Primärsignal separiert werden, welches für die Energieversorgung vorgese¬ hen ist .
Figur 2a illustriert eine induktive Kopplung zwischen einer Spule 230 einer Koppeleinrichtung und einer Energie führenden elektrischen Leitung 280. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die beiden Adern 280a und 280b je¬ weils eine Halbkreisform auf, durch die ein bestimmter Strom i fließt. Die beiden Habkreise stellen somit annähernd eine Spule mit einer Windung dar, welche bei einem Stromfluss ein Magnetfeld erzeugt. Die Feldlinien dieses Magnetfeldes durch¬ dringen auch die Spule 230, welche der in Figur 1 schematisch dargestellten Koppeleinrichtung 120 zugeordnet ist. Bei einer Änderung der Stromstärke durch die beiden Adern 280a und 280b wird somit an der Spule 230 eine Spannung U_ind induziert, welche an zwei in Figur 2 nicht dargestellten Anschlusskontakten abgegriffen und zur Energieversorgung verwendet werden kann . Die Figur 2b illustriert eine kapazitive Kopplung zwischen zwei metallischen Flächen 240a und 240b auf der einen Seite und einer ersten Ader 280a bzw. einer zweiten Ader 280b der Energie führenden elektrischen Leitung 280 auf der anderen Seite. Bei einer Spannungsänderung auf zumindest einer der beiden Adern 280a bzw. 280b wird infolge einer kapazitiven Kopplung zwischen den beiden metallischen Flächen 240a oder 240b und den beiden Adern 280a bzw. 280b eine Wechselspannung induziert, die an den beiden Anschlusskontakt 241 und 241b abgegriffen und für die Energieversorgung der Peripherieeinheit verwendet werden kann.
Die Figuren 3a, 3b, 3c und 3d illustrieren das Installieren eines Gefahrmelders an eine Energie führende elektrische
Leitung 380. Die Leitung 380 weist zwei Adern 380a und 380b auf. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel befin¬ det sich die Energie führende elektrische Leitung 380 inner¬ halb eines Installationsrohres 385.
In einem ersten in Figur 3a dargestellten Schritt wird eine Leitungsschlaufe mit geeigneter Länge aus dem Installations¬ rohr 385 herausgeführt.
In einem zweiten Schritt werden die beiden Adern 380a und 380b aus der Kabelhülle bzw. der äußeren Kabelisolierung voneinander getrennt. Der jeweilige innere Isolationsmantel bleibt dabei durchgehend vorhanden.
In einem optionalen dritten nicht dargestellten Schritt wird dann ein Sockel oder eine Befestigungsvorrichtung für den Gefahrmelder an einer Wand oder an der Decke eines zu überwachenden Raumes montiert. Dieser Schritt wird insbesondere dann zwingend, wenn der Gefahrmelder nicht direkt an der Wand bzw. an der Decke angebracht werden kann und/oder wenn die
Möglichkeit bestehen soll den Gefahrmelder später beispiels- weise zu Wartungszwecken auf einfache Weise von der Befesti¬ gungsvorrichtung entfernen zu können.
In einem vierten Schritt, welcher in Figur 3b dargestellt ist, werden die einzelnen mit jeweils einer Isolierung versehenen Adern 380a, 380b in entsprechende Kabelführungen 306 eingebracht, die in einer Montageplatte bzw. einem Sockel 305 ausgebildet sind. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungs¬ beispiel ist die Kabelführung eine ringförmige Nut 306, welche eine innere Seitenwand 306a und eine äußere Seitenwand 306b aufweist. Es wird darauf hingewiesen, dass gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Montageplatte bzw. der Sockel 305 Teile des oben im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Chassis 105 sind.
In einem fünften Schritt, welcher in Figur 3c dargestellt ist, wird eine Abdeckung 307 an der Montageplatte 305 ange¬ bracht, so dass die Adern 380a und 380b in der jeweiligen nutartigen Kabelführung 306 fixiert sind. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung eine Anpressplatte 307.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Fixieren der Adern 380a, 380b in der Kabelführung auch direkt durch die Wandfläche oder die Deckenfläche eines zu überwachenden Raumes erreicht werden kann. Dies ist in Figur 3d dargestellt, in der die beiden in der Montageplatte 305 ausgebildeten Ringnuten 306 zusammen mit den eingelegten Adern 380a bzw. 380b dargestellt sind. Durch die Decke 309 eines zu überwachenden Raumes wird sicher gestellt, dass die Adern 380a bzw. 380b in der jewei¬ ligen Kabelführung verbleiben.
In einem fünften nicht dargestellten Schritt wird der Gefahrmelder in den Sockel 305 eingesetzt. Alternativ, falls der Gefahrmelder einstückig ausgebildet ist und der Boden des Gefahrmelders und das Elektronikmodul einem gemeinsamen Chassis zugeordnet sind, wird der gesamte Gefahrmelder an der Wand bzw. der Decke des zu überwachenden Raumes befestigt.
Figur 4 zeigt ein Ersatzschaltbild der Koppeleinrichtung des in Figur 1 dargestellten Peripheriegerätes und des entspre¬ chenden Abschnitts der Energie führenden elektrischen Leitung. Der räumliche Bereich, in dem die elektromagnetische Kopplung zwischen der Koppeleinrichtung und der elektrischen Leitung stattfindet, ist mit dem Bezugszeichen 421 gekennzeichnet. Die beiden Adern 480a und 480b stellen dabei je¬ weils eine Induktivität 482 dar. Bei einer entsprechenden Beaufschlagung der Adern 480a und 480b mit Wechselstrom koppeln die Induktivitäten 482 der Energie führenden elektri- sehen Leitung mit Induktivitäten 432 der Koppeleinrichtung und erzeugen innerhalb der Koppeleinrichtung eine induzierte Spannung u.
Bei einer Beaufschlagung der Adern 480a und 480b mit einer Wechselspannung koppeln die Kapazitäten 484 der Adern 480a und 480b mit einer entsprechenden Kapazität 442 der Koppeleinrichtung und erzeugen dabei innerhalb der Koppeleinrichtung einen Verschiebungsstrom i, welcher in eine entsprechende Last fließen kann. Die Kapazitäten 442 der Koppelein- richtung können beispielweise durch Metallflächen, wie in Figur 2d dargestellt (siehe Bezugszeichen 240a und 240b) , realisiert werden.
Figur 5a zeigt ein Gebäudemanagementsystem 560, welches eine Zentrale 565, eine Energie führende elektrische Leitung mit zwei Adern 580a und 580b und mehrere nicht explizit darge¬ stellte Peripheriegeräte aufweist. Die Peripheriegeräte sind kontaktlos an die Energie führende elektrische Leitung ange- schlössen. In Figur 5a sind aus Gründen der Übersichtlichkeit anstelle der Peripheriegeräte jeweils die entsprechenden Koppelbereiche 521 dargestellt. Die Koppelbereiche 521 ent- sprechen jeweils dem in Figur 4 dargestellten Koppelbereich, so dass für jedes Peripheriegerät sowohl eine induktive Kopplung, welche bei einem Wechselstrom auftritt ist, als auch eine kapazitive Kopplung, welche bei einer Wechselspan- nung auftritt ist, möglich ist.
Gemäß dem in Figur 5a dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Energie führende elektrische Leitung eine Ringleitung, wobei die beiden Enden der Ringleitung jeweils an die Zentra- Ie 565 angeschlossen sind. Wie aus Figur 5a ersichtlich, weist die Zentrale 565 zwei strombegrenzte Spannungsquellen auf, welche nachfolgend nur noch als Spannungsquellen be¬ zeichnet werden. Eine erste Spannungsquelle ist mit dem Bezugszeichen 568a und eine zweite Spannungsquelle ist mit dem Bezugszeichen 568b versehen.
Die erste Spannungsquelle 568a ist mit einem ersten Ende der zweiadrigen Ringleitung verbunden und derart eingerichtet, die Ringleitung von dem ersten Ende aus mit einem Strom il zu beaufschlagen. Die zweite Spannungsquelle 568b ist mit einem zweiten Ende der zweiadrigen Ringleitung verbunden und derart eingerichtet, die Ringleitung von dem zweiten Ende aus mit einem Strom ±2 zu beaufschlagen. Die entsprechenden Spannungen, die den jeweiligen Stromfluss il oder ±2 verursachen, sind mit ul bzw. mit u2 gekennzeichnet.
Die beiden Spannungsquellen 568a und 568b werden in zueinander korrelierter Weise betrieben. Dadurch können für eine Energieversorgung ungeeignete Überlagerungen zwischen den beiden Stromsignalen vermieden werden.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Periphe¬ riegeräte des Gebäudemanagementsystems 560 selbstverständlich auch von nur einer einzigen strombegrenzten Spannungsquelle gespeist werden könnten. In diesem Fall sollte an dem der einzigen Spannungsquelle gegenüberliegenden Ende der Leitung ein geeigneter Abschlusswiderstand angeschlossen werden, um Reflexionen des Wechselstrom-Primärsignals an einem offenen Ende der elektrischen Leitung zu vermeiden.
Figur 5b zeigt das in Figur 5a dargestellte Gebäudemanage- mentsystem 560 in einem fehlerhaften Betriebszustand, bei dem innerhalb der Energie führenden elektrischen Leitung ein Kurzschluss 588 vorhanden ist. Durch die Verwendung von zwei getrennten strombegrenzten Spannungsquellen 568a und 568b können im dargestellten Kurzschlussfall die Peripheriegeräte jeweils von derjenigen strombegrenzten Spannungsquelle 568a oder 568b gespeist werden, die sich in Bezug zu der Stelle des Kurzschlusses auf derselben Seite der elektrischen Lei¬ tung wie das zu speisende Peripheriegerät befindet. Damit kann im Falle eines einzigen Kurzschlusses zwischen zwei Peripheriegeräten der Betrieb der einzelnen Peripheriegeräte aufrecht erhalten werden.
Die Figur 5c zeigt das in Figur 5a dargestellte Gebäude¬ managementsystem 560 in einem anderen fehlerhaften Betriebs- zustand, bei dem die Energie führende elektrische Leitung unterbrochen ist. In dem dargestellten Fall sind beide Adern 580a und 580b unterbrochen. Der Leitungsunterbruch ist in Figur 5c mit dem Bezugszeichen 589 gekennzeichnet.
Da gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die
Koppeleinrichtungen der Peripheriegeräte über ein kapazitives Kopplungssystem verfügen, kann auch im Falle des Unterbruchs 589 ein störungsfreier Betrieb der angeschlossenen Peripheriegeräte gewährleistet werden.
Bei einem Unterbruch beider Adern 580a und 580b wird das gesamte System über die beiden Spannungsquellen 568a und 568b versorgt, welche infolge des Unterbruchs 589 im Wesentlichen nur eine Wechselspannung liefern. Über eine kapazitive Ein- kopplung werden die Peripheriegräte der beiden Teilsysteme versorgt, die sich auf unterschiedlichen Seiten des Unter- bruchs 589 befinden. Das Gesamtsystem bleibt jedoch weiterhin voll funktionsfähig.
Es wird darauf hingewiesen, dass im Falle des Unterbruchs von lediglich einer Ader auch die Möglichkeit besteht, einen Pol der Spannungsquelle mit den beiden Enden der ersten Ader 580a und/oder den anderen Pol der Spannungsquellen mit den beiden Enden der zweiten Ader 580b zu verbinden. In diesem Fall können sämtliche Peripheriegeräte lediglich induktiv mit elektrischer Energie versorgt werden.
Figur 6 zeigt einen Spannungsverlauf entlang der Energie führenden elektrischen Leitung, auf welcher sich eine stehen- de Welle eines Primärsignals ausgebildet hat, welches für die kontaktlose Energieversorgung eines Peripheriegerätes vorge¬ sehen ist .
Eine stehende Welle wird sich insbesondere bei relativ langen Leitungen mit verteilt angekoppelten Teilnehmern und möglicherweise einem Undefiniertem Leitungsabschluss (Kurzschluss, Unterbruch) einstellen. Als Funktion der Distanz zu der Spannungsquelle wird dann eine sinusförmige Amplitudenmodula¬ tion festzustellen sein, deren Periode der Hälfte der elekt- rischen Wellenlänge λ der Frequenz f entspricht. Dabei gilt die bekannte Beziehung
λ = v/f
wobei v die Wellengeschwindigkeit ist, welche sich aus fol¬ gender Gleichung berechnet :
1
L-C
Dabei ist L' die Induktivität und C die Kapazität der elekt¬ rischen Leitung normiert auf die Länge der Leitung. L' wird deshalb auch als Induktivitätsbelag und C' wird als Kapazi¬ tätsbelag bezeichnet.
Bei einer Einspeisung eines Primärsignal in die Energie führende Leitung mit einer Frequenz von beispielsweise
100 kHz ist also je nach Leitungstyp alle 800 bis 1000 m mit einem Amplitudenmaximum zu rechnen. An Orten der Spannungsmi- nima fließt ein erhöhter Strom auf der Leitung. Da der oben beschriebene Gefahrmelder seine Versorgung kapazitiv aus der Leitungsspannung und induktiv aus dem Leitungsstrom bezieht, ist an jeder Stelle auf der Leitung die Energieversorgung des Peripheriegerätes sicher gestellt.
Figur 7 zeigt eine elektronische Schaltung zur kontaktlosen Energieversorgung eines Peripheriegerätes . Abgesehen von den bereits oben anhand von Figur 4 beschriebenen Induktivitäten 782 und Kapazitäten 784 der Adern 780a und 780b sowie den Induktivitäten 732 und Kapazitäten 742 der Koppeleinrichtung weist die Schaltung einen Brückengleichrichter auf. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Brückengleichrichter vier Dioden 750a, 750b, 750c und 75Od auf. Die beiden Dioden 750a und 750b ermöglichen bei einer positiven Halbwelle einen Stromfluss hin zu einem ersten Anschluss 758a. Die beiden Dioden 750c und 75Od ermöglichen bei einer negativen Halbwelle einen Stromfluss hin zu einem zweiten Anschluss 758b. An den beiden Anschlüsse 758a und 758b kann dann ein Verbraucher wie beispielsweise das oben anhand von Figur 1 beschriebene Elektronikmodul seine Versorgungsspan- nung abgreifen.
Wie aus Figur 7 ersichtlich, dient die Brückenschaltung der Bereitstellung einer Strom- bzw. Spannungsversorgung basierend auf einer induktiv in die Koppeleinrichtung eingekoppel- ter Energie. In diesem Zusammenhang werden unter dem Begriff positiver Halbwelle diejenigen Zeitabschnitte verstanden, bei denen an den linken Anschlüssen der in Figur7 dargestellten Induktivitäten 732 eine positive Spannung vorliegt. Entspre¬ chend werden unter dem Begriff negativer Halbwelle diejenigen Zeitabschnitte verstanden, bei denen an den linken Anschlüssen der in Figur7 dargestellten Induktivitäten 732 eine negative Spannung vorliegt.
Zur Stabilisierung und zur Glättung der Versorgungsspannung und insbesondere zur Speicherung von elektrischer Energie ist ferner ein Speicherkondensator 752 vorgesehen, der mit den beiden Anschlüssen 758a und 758b verbunden ist.
Zur Bereitstellung der Strom- bzw. Spannungsversorgung basierend auf einer kapazitiv in die Koppeleinrichtung eingekoppelter Energie sind zwei weitere Dioden 755a und 755b vorge- sehen. Die beiden Dioden 755a und 755b sind analog zu der bekannten Greinacher-Schaltung einerseits mit den Kapazitäten 742 der Koppeleinrichtung für die Ader 780b und dem Anschluss 758b und andererseits mit den Kapazitäten 742 der Koppeleinrichtung für die Ader 780a und dem Anschluss 758a verbunden. Die dargestellte Greinacher-Schaltung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass sowohl bei einer positiven Halbwelle als auch bei einer negativen Halbwelle kapazitiv eingekoppelte Spannung an den Anschlüssen 758a und 758b bereit gestellt wird.
Unter einer positiven Halbwelle wird in diesem Zusammenhang ein Zustand verstanden, bei dem an den Kapazitäten 742, die der Ader 780a zugeordnet sind, eine positive Spannung anliegt und an den Kapazitäten 742, die der Ader 780b zugeordnet sind, eine negative Spannung anliegt. Entsprechend wird unter einer negativen Halbwelle ein Zustand verstanden, bei dem an den Kapazitäten 742, die der Ader 780a zugeordnet sind, eine negative Spannung anliegt und an den Kapazitäten 742, die der Ader 780b zugeordnet sind, eine positive Spannung anliegt.
Wie aus Figur 7 ersichtlich, wird also sowohl bei einer positiven Halbwelle als auch bei einer negativen Halbwelle der Speicherkondensator 752 mit einer kapazitiv in die Koppeleinrichtung eingespeisten Spannung aufgeladen. Dabei ist gewährleistet, dass die Polarität der Spannung stets der Polarität des Speicherkondensators 752 entspricht, welche in Figur 7 durch die Zeichen "+" und "-" eingezeichnet sind.
Das in Figur 7 dargestellte Anschaltungskonzept insbesondere für einen Gefahrmelder zeichnet sich ferner dadurch aus, dass Koppelinduktivität 732 mehrere Windungen aufweist, Damit wird die induzierte Spannung genügend groß, so dass die Schwell¬ spannungen der Gleichrichterdioden lediglich eine untergeordnete Rolle spielen. Er ist von Vorteil, hier kapazitätsarme Dioden mit kleiner Schwellspannung wie beispielsweise Schott- ky-Dioden zu verwenden. Da eine die Koppelinduktivitäten 732 bereit stellende Spule eine ähnlich große Fläche wie eine Ader-Schlaufe aufspannen kann und die Distanz zur Ader- Schlaufe viel kleiner als der Spulendurchmesser gewählt werden kann, sind in diesem Fall nur kleine Verluste bei der induktiven Kopplung zu erwarten. Durch die Wahl der Strom- stärke des Primärstromes auf der Energie führenden Leitung, der Frequenz und weiterer geeigneter Kopplungsmittel wie beispielsweise einem Ferritkern bzw. eine Ferritfolie, wird die erforderliche Anzahl an Windungen der Spule bestimmt. Die Windungsanzahl sollte dabei so bemessen sein, dass eine komfortable Speisespannung in der Größenordnung zwischen 5 und 15 Volt zur Verfügung steht und dadurch die Verluste der Gleichrichterdioden nicht ins Gewicht fallen.
Die Figuren 8a, 8b, 8c und 8d zeigen verschiedene Anordnungen zur Realisierung einer kapazitiven Kopplung zwischen einer Ader 880a einer Energie führenden elektrischen Leitung und einer Koppeleinrichtung. Der Koppeleinrichtung sind dabei die kapazitiven Elemente 842 zugeordnet. Die Ader 880a ist von einer Isolation 881a umgeben, welche einen galvanischen
Kontakt zwischen dem kapazitiven Element 842 und der Ader 880a verhindert. Figur 8a zeigt eine Ausführungsform, bei der das kapazitive Element 842 eine einfache Metallfläche ist. Mit dem Bezugs¬ zeichen 809 ist ein Anpresselement gekennzeichnet, welches dafür sorgt, dass im realen Betrieb und insbesondere bei der Installation eines Peripheriegerätes die Ader 880a relativ zu der Metallfläche 842 in einer räumlich festen Position verbleibt. Das Anpresselement 809 kann beispielsweise die Sei¬ tenwand oder die Decke eines zu überwachenden Raumes oder eine Anpressplatte sein, die speziell für die Fixierung der Ader 880a relativ zu der Metallfläche 842 vorgesehen ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass eine speziell zur Fixierung der Ader 880a vorgesehene Anpressplatte 809 auch aus Metall bestehen oder Metall aufweisen kann. Auch wenn die Anpressplatte 809 beispielsweise aus Gründen der Kostenersparnis und/oder der Einfachheit des mechanischen Aufbaus elektrisch nicht mit der Metallfläche 842 verbunden ist, so kann die Anpressplatte 809 infolge Ihrer Plattenkapazität Cp trotzdem einen wertvollen Beitrag zur resultierenden Gesamtkapazität leisten. Dabei ist zu beachten, dass typischerweise die Plattenkapazität Cp, d.h. die Kapazität zwischen den beiden Platten 842 und 809 größer ist als die Koppelkapazität CL des Leiters bzw. der Ader 880a.
Figur 8b zeigt ein Ersatzschaltbild der in Figur 8a darge¬ stellten kapazitiven Koppelelemente. Dabei bezeichnet Cres die resultierende Gesamtkapazität zwischen der Ader 880a und der Koppelkapazität der Koppeleinrichtung.
Figur 8c zeigt eine weitere Ausführungsform zur Realisierung einer kapazitiven Kopplung zwischen einer Ader 880a und einer Koppeleinrichtung. Dabei wurde die Tatsache ausgenutzt, dass durch eine Verkleinerung des Abstandes zwischen den Platten die resultierende Kopplungskapazität vergrößert wird. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel berühren sich die beiden Platten 809 und 842, so dass im Ergebnis die beiden Platten 809 und 842 die Ader 880a umschließen. Dabei können die beiden Platten 809 und 842 auch elektrisch leitend miteinander verbunden sein.
Figur 8d zeigt eine weitere Ausführungsform zur Realisierung einer kapazitiven Kopplung zwischen einer Ader 880a und einer Koppeleinrichtung. Bei dieser Ausführungsform weist das kapazitive Element 842 einen V-förmigen Einschnitt 842a auf, in welches die Ader 880a eingelegt ist. Das Anpresselement 809 weist eine komplementäre Kontur auf, welche die Ader 880a in den V-förmigen Einschnitt 842a drückt. Obwohl die Ausbil¬ dung des V-förmigen Einschnitt 842a mechanisch relativ aufwendig ist, erscheint diese Ausführungsform in Anbetracht der einfachen Einlegbarkeit der Ader 880a als derzeit besonders geeignet .
Die Figur 9 zeigt eine gedruckte Leiterplatte 922, auf wel¬ cher sowohl eine induktive Kopplungsspule 930 als auch eine kapazitive Kopplungsfläche 942 ausgebildet ist. An der Kopp¬ lungsspule 930 sind zwei Anschlusskontakte 930a und 930b vorhanden. An den kapazitiven Kopplungsflächen 942 sind zwei Anschlusskontakte 943a und 943b vorhanden.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Rückseite der gedruckten Leiterplatte 922 auf der gesamten Fläche ebenfalls eine in Figur 9 nicht dargestellte gedruckte Spule auf, welche mit der gedruckten Spule 930 auf der Vor¬ derseite in Serie geschaltet wird. Somit lässt sich ohne große Kosten eine genügend hohe Anzahl an Windungen realisie¬ ren .
Nachfolgend werden noch einige technische Details und Varian- ten zu den verschiedenen in dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung erläutert: • Als Energie führende elektrische Leitung können zweiadrige Telekommunikationskabel verwendet werden. Zum Anschluss der Peripheriegeräte wird die äußere Schutzhülle aufgetrennt, ohne dass die Isolation der einzelnen Adern beeinträchtigt wird. Dazu kann ein geeignetes Werkzeug verwendet werden.
• Als Energie führende elektrische Leitung können auch zwei¬ adrige Telekommunikationskabel ohne Mantel bzw. Hülle ver¬ wendet werden. Die Adern können in diesem Fall ohne spezielle Werkzeuge separiert werden. Es ist aber auch denk- bar, dass ein spezielles Kabel verwendet wird, welches pe¬ riodisch Stellen aufweist, wo die zwei Adern leicht voneinander getrennt werden können. Ähnliche Beispiele sind von Rund- bzw. Flachbandkabeln bekannt, welche periodisch vom Rundkabel in ein Flachbandkabel übergehen, damit dort ein Stecker, zum Beispiel mit Schneid-Klemmtechnik angebracht und kontaktiert werden kann.
• Es ist ferner denkbar, dass über eine direkte galvanische Verbindung beispielsweise über mechanische Schneidklemmen einzelne Spezial-Peripheriegeräte mit einem hohem Energie- verbrauch an die Energie führende elektrische Leitung ange¬ schlossen werden, wobei beispielsweise Schneidklemmen verwendet werden können. Dabei sollte jedoch durch eine hohe AC-Impedanz gewährleistet werden, dass nur Gleichstrom (DC) von der Linie bezogen wird und die AC-Spannung nicht kurz- geschlossen wird.
• Ferner kann als Energie führende elektrische Leitung auch ein vieradriges Kabel verwendet werden. In diesem Fall kön¬ nen zwei Adern für die beschriebene kontaktlose Energie¬ übertragung basierend auf Wechselstrom und/oder Wechsel- Spannung verwendet werden. Die beiden anderen Adern können beispielsweise für die galvanische Speisung von Spezial- Peripheriegeräten mit hohem Energieverbrauch verwendet werden. Um in diesem Fall Verwechslungen zwischen den einzelnen Adern auszuschließen, können die Adern beispielsweise mittels eines Farbcodes entsprechend gekennzeichnet werden. Die beschriebene kontaktlose Energiespeisung von Peripherie¬ geräten eines Gebäudemanagementsystems kann folgende Vorteile aufweisen :
• Für einen zuverlässigen Betrieb der Peripheriegeräte und für eine Erfüllung von sicherheitsrelevanten Vorschriften sind bekannte Trennvorrichtungen nicht erforderlich. Bei einem Kurzschluss oder einem Unterbruch der Energie führenden elektrischen Leitung ist eine Betriebsunterbrechung nicht immer erforderlich. Ferner kann das Starten des Ge- bäudemanagementsystems sehr schnell erfolgen.
• Ein Vertauschen der Adern der Energie führenden elektrischen Leitung ist im Allgemeinen unproblematisch, so dass ein Falsch-Anschluss nicht möglich ist.
• Mechanische Klemmen zum Herstellen einer galvanischen Kopplung sind nicht erforderlich. Dadurch können Kosten eingespart werden. Ferner ist eine Korrosion an Klemmen nicht zu besorgen (bessere Betriebssicherheit) und Beschä¬ digungen an der Energiezuführung treten in der Praxis kaum auf . • Im laufenden Betrieb des Gebäudemanagementsystems sind
Zusatzinstallationen von weiteren Peripheriegeräten möglich. Ein Zufügen oder Entfernen von Peripheriegeräten im laufenden Betrieb ist infolge der fehlenden galvanischen Verbindung möglich. • Es ist eine permanente Einspeisung von Energie möglich, da die Energieeinspeisung und die Kommunikation gleichzeitig erfolgen können. Dadurch kann die Kommunikationsrate zusätzlich erhöht werden.
• Der kontaktlose Energietransfer eignet sich insbesondere für eine eigensichere Anwendung in Explosionsgefährdeten
Zonen .
• Ein ggf. erforderlicher Potentialausgleich kann durch die galvanische Trennung der Peripheriegeräte von der Energie führenden Leitung wesentlich einfacher realisiert werden. Ferner können geeignete Maßnahmen zur Erfüllung von Vorschriften zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) durchgeführt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.

Claims

Patentansprüche
1. Peripheriegerät für ein Gebäudemanagementsystem (560), insbesondere für ein Gefahrmeldesystem (560), das Peripherie- gerät (100) aufweisend
• ein Elektronikmodul (110) und
• eine Koppeleinrichtung (120), welche mit dem Elektronikmo¬ dul (110) gekoppelt ist, wobei die Koppeleinrichtung (120) derart eingerichtet ist, dass von einer Energie führenden elektrischen Leitung (180) kontaktlos Energie aufgenommen und zu dem Elektronikmodul (110) transferiert werden kann.
2. Peripheriegerät nach Anspruch 1, wobei die Koppeleinrichtung (120) derart eingerichtet ist, dass von der Energie führenden elektrischen Leitung Energie (180) induktiv auf die Koppeleinrichtung (120) übertragbar ist.
3. Peripheriegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Koppeleinrichtung (120) derart eingerichtet ist, dass von der Energie führenden elektrischen Leitung (180) Energie kapazitiv auf die Koppeleinrichtung (120) übertragbar ist.
4. Peripheriegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Koppeleinrichtung (120) ferner eingerichtet ist
- zum Senden von Kommunikationssignalen an die Energie führende elektrische Leitung (180) und/oder
- zum Empfangen von Kommunikationssignalen von der Energie führenden elektrischen Leitung (180) .
5. Peripheriegerät nach Anspruch 4, wobei die Kommunikationssignale eine Modulation eines Primärsignals auf der Energie führenden elektrischen Leitung (180) verursa- chen, welches der Energieversorgung des Peripheriegeräts (100) dient.
6. Peripheriegerät nach Anspruch 4, wobei die Kommunikationssignale unabhängig von einem Primärsignal auf der Energie führenden elektrischen Leitung (180) in die Energie führende elektrische Leitung (180) einspeisbar sind.
7. Peripheriegerät nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei
- ein von dem Peripheriegerät (100) gesendetes erstes Kommu¬ nikationssignal eine erste Frequenz und
- ein von dem Peripheriegerät (100) empfangenes zweites Kommunikationssignal eine zweite Frequenz aufweist, wobei die beiden Frequenzen unterschiedlich sind.
8. Peripheriegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, zusätzlich aufweisend • eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung (190), eingerichtet zum Kommunizieren mit einer Zentrale (565) des Gebäude¬ managementsystems (560) über eine Funkschnittstelle.
9. Peripheriegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, zusätzlich aufweisend
• ein Chassis (105) , welches derart ausgebildet ist, dass zumindest eine Ader (180a, 180b, 280a, 280b) der Energie führenden elektrischen Leitung (180) an das Chassis (105) anlegbar ist .
10. Peripheriegerät nach Anspruch 9, wobei das Chassis (105) derart ausgebildet ist, dass die zumindest eine Ader (280a, 280b) der Energie führenden elektrischen Leitung (180) in Form einer gekrümmten Linie an das Chassis anlegbar (105) ist.
11. Peripheriegerät nach Anspruch 10, wobei das Chassis derart ausgebildet ist, dass eine weitere Ader der Energie führenden elektrischen Leitung in Form einer weiteren gekrümmten Linie an das Chassis anlegbar ist.
12. Peripheriegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Koppeleinrichtung (120) ein erstes und/oder ein zweites Koppelsystem aufweist, wobei - das erstes Koppelsystem eingerichtet ist für eine induktive Kopplung mit der Energie führenden elektrischen Leitung (180) und
- das zweite Koppelsystem eingerichtet ist für eine kapaziti¬ ve Kopplung mit der Energie führenden elektrischen Leitung (180) .
13. Peripheriegerät nach Anspruch 12, wobei die beiden Koppelsysteme elektrisch voneinander entkoppelt sind.
14. Gebäudemanagementsystem, aufweisend
• eine Zentrale (565) ,
• eine Energie führende elektrische Leitung (180, 580a, 580b) und • zumindest ein Peripheriegerät (100) nach einem der Ansprü¬ che 1 bis 13, welches über die Energie führende elektrische Leitung (180, 580a, 580b) mit der Zentrale (565) gekoppelt ist.
15. Gebäudemanagementsystem nach Anspruch 14, wobei
• die Energie führende elektrische Leitung (180) zwei Adern
(180a, 180b) aufweist, die sich von einem Leitungsanfang zu einem Leitungsende der Energie führenden elektrischen Leitung (180) erstrecken, und wobei • die Zentrale (565) eine erste Spannungsquelle (568a) und eine zweite Spannungsquelle (568b) aufweist,
- wobei die erste Spannungsquelle (568a) an dem Leitungsan¬ fang mit den beiden Adern (580a, 580b) verbunden ist und
- wobei die zweite Spannungsquelle (568b) an dem Leitung- sende mit den beiden Adern (580a, 580b) verbunden ist.
16. Zentrale für ein Gebäudemanagementsystem (560), insbesondere für ein Gebäudemanagementsystem (560) nach einem der Ansprüche 14 bis 15, die Zentrale (565) aufweisend
• eine erste Spannungsquelle (568a) , eingerichtet zum Ein- speisen eines ersten Stromes in eine Energie führende e- lektrische Leitung (180) mit zwei Adern (180a, 180b, 580a, 580b) an einem Leitungsanfang, und
• eine zweite Spannungsquelle (568b), eingerichtet zum Ein¬ speisen eines zweiten Stromes in die Energie führende e- lektrische Leitung (180) an einem Leitungsende.
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