WO2012045658A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontaktlosen übertragung von elektrischer energie zwischen einer wand und einem an dieser wand befestigten flügel - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur kontaktlosen übertragung von elektrischer energie zwischen einer wand und einem an dieser wand befestigten flügel Download PDF

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Eckard Meyer
Walter Hahn
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    • G08B13/08—Mechanical actuation by opening, e.g. of door, of window, of drawer, of shutter, of curtain, of blind

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the contactless transmission of electrical energy between a wall and a hinge hinged to this wall about a hinge axis, wherein a fixed to the wall primary power coil and a fixed to the wing secondary där-power coil are provided, which are using a hinge pin in inductive operative connection.
  • wings of doors for objects such as houses, shops or production halls increasingly comprise safety or comfort improving devices whose current operating state and their operation are monitored or actuated by monitoring or actuating devices arranged outside the door and which operating state changes or send any signals received from sensors to the monitoring or actuation devices.
  • An example of this is a burglar alarm panel installed in a building, which is equipped with devices provided at the door, for example for opening. tion, breakthrough, closure, sabotage or motor lock monitoring communicates.
  • multi-core cables For transmission of appropriate signals and electrical services between see the monitoring device and the devices located on the door find in the prior art multi-core cables use that are flexibly installed between the wing and the frame and often surrounded for protection of a flexible metal hose. These cable transitions significantly affect the visual appearance and can be pinched when closing the sash, which can damage or even destroy the cables. In addition, the cable transitions are weak points with regard to possible manipulations, for which reason a so-called Z-wiring of sensors or contacts is also realized in the cable transition for sabotage protection.
  • a band with a built-in transformer for contactless energy transmission comprises a primary coil arranged in a frame band part and a secondary coil arranged in a leaf band part.
  • the magnetic coupling of the secondary coil to the primary coil which are spaced apart in the direction of the hinge axis, serves a coil passing through both iron core, which also forms the hinge pin.
  • the invention is based on the object with respect to the sabotage protection improved method and provided for carrying out this method device for contactless transmission of electrical energy between a wall and a wall attached to this wing, in which a at the Wall-mounted first coil and a wing attached to the second coil are provided, which are in inductive operative connection to create.
  • the induced in the secondary power coil secondary power voltage is detected and compared with a predetermined setpoint, which is regularly specified by the operating voltage of the wing-side, electrical consumers see.
  • the primary power applied to the primary power coil is influenced, preferably regulated, on the basis of the secondary power voltage setpoint / actual value comparison. If the actual value of the secondary power voltage is below the setpoint value, then the primary power is increased until the secondary voltage actual value corresponds to the setpoint value.
  • the influencing of the primary power can be effected for example by influencing the primary voltage or, more preferably, by pulse width modulation.
  • the primary voltage can have a certain, constant voltage value and the primary power can be influenced by changing the duty ratio, for example between 50/50 (maximum power) and 10/90 (minimum power).
  • the primary power value required to achieve the set point of the secondary power voltage is detected.
  • a signal is triggered. This can be used, for example, to control a security alarm system.
  • the inventive method is based on the surprising finding that even slight changes in the position of the hinge pin leads to such a large change in the inductive resistance of the primary and secondary power coils that significantly increases the induction of a particular secondary power actual value Primary power is required.
  • the sudden increase in the required primary power can therefore be attributed to a sabotage. indicate attempted entry or burglary, which is recognized by the method according to the invention.
  • the detected secondary power voltage value is preferably converted into a voltage value-modulated modulated electrical signal and the secondary power coil is supplied with this signal.
  • a secondary power-voltage-dependent signal is induced in the primary power coil, which can be used demodulated for influencing, in particular regulation of the primary power.
  • the device according to the invention for the contactless transmission of electrical energy between a wall and a hinge hingedly mounted on this wall about a hinge axis comprises a wall-mounted primary power coil, a secondary power coil attachable to the wing, and a magnetic flux guide between the primary power coil and the secondary power coil serving hinge pin.
  • a secondary-side modulator is provided, which acts on the secondary power coil with a secondary voltage-dependent, modulated, preferably amplitude-modulated, signal.
  • a primary-side demodulator is provided which demodulates the signal induced in the primary power coil on the basis of the secondary voltage-dependent, modulated signal and supplies a device for influencing, preferably regulating, the primary power.
  • a device for determining a setpoint / actual value deviation of the secondary power voltage is provided, which is operatively connected to the device for influencing the primary power and controls it in the sense of a setpoint / actual value adjustment.
  • the device according to the invention comprises a device which triggers a signal upon exceeding a predetermined primary power, since - as described above - an increasing difference between the primary and the secondary power voltages on a tampering or burglary attempt, the Relocating the hinge pin may indicate.
  • the device according to the invention preferably comprises a switching regulator and / or a pulse width modulator.
  • a primary power electronics is provided - particularly preferred - having a primary power processor, which serves at least to determine the target / actual value deviation of the secondary power voltage.
  • a secondary power voltage induced in the secondary coil can be provided in a DC voltage converting rectifier, provided that the wing-side consumers are DC-operated.
  • the rectifier is preferably connected to the secondary power processor for the purpose of transmitting the DC actual value.
  • the secondary power processor may be operatively connected to the modulator for driving in accordance with the DC actual value.
  • the primary power electronics may include an inverter.
  • the device is then suitable for connection to a wall-side DC voltage source, for example to a G leichstromausgang an emergency power buffered power supply unit of a hazard detection system.
  • the primary power electronics can include a low pass filter for filtering out interference to improve the reliability.
  • the primary and secondary power coils also serve for bidirectional signal or data transmission, or if separate first and second coils are present, the primary power coil or the first coil may have at least a first one within a certain time interval Control signal applied and the at least one induced in the secondary power coil or in the second coil first signal can be detected.
  • the second coil is acted upon by at least one second control signal and the at least one second signal induced in the first coil is likewise detected.
  • a fault signal is generated. If this is transmitted, for example, to a burglar alarm center in order to trigger an alarm, sabotage protection is substantially improved by the method according to the invention.
  • the fault signal can also be supplied to a so-called “watchdog”, so as to avoid false alarm triggering when a technical fault occurs. If the following is the "first" and "second" coil, so is alternatively also the primary or Secondary power coil meant.
  • the first and the second coil are preferably each subjected to two control signals within the time interval.
  • the perturbation signal is generated only when non-applied or not detected by both control signals or both induced second signals. In other words, a perturbation signal is not triggered until two consecutive control signal cycles are identified as faulty.
  • the first or the second coil after the generation of the induced signal, is subjected to a response control signal, which in turn generates an induced signal in the respective other coil.
  • the time interval in which correlated signals are generated or detected is preferably between 10 ms and 500 ms, particularly preferably about 60 ms.
  • a control signal and an associated response control signal are preferably generated within a period of 20 ms to 100 ms, particularly preferably of about 40 ms.
  • the control signal can be of any type that allows a signal to be generated in the other coil in an inductive manner.
  • the control signal - particularly preferably the response control signal - is generated by modulation of a carrier voltage.
  • all methods known for modulating signals come into consideration.
  • the carrier voltage is amplitude modulated by the control signal and the response control signal is frequency modulated.
  • the control signal is preferably wing-, the response control signal preferably generated on the wall side.
  • the carrier frequency of the carrier voltage is dependent on the configuration of the coil system.
  • carrier frequencies 20 kHz to 2 MHz may be used. In principle, it is also conceivable to use air coils. The carrier frequencies can then be higher.
  • a development of the method provides for the query of the value of a wing side arranged control resistor within the time interval.
  • the control resistance value can be imitated and digitized by a wing-side reporting group and transferred to the primary side in a mutually coded manner.
  • a further sabotage obstacle is created because with an inductive coupling for the purpose of decoupling the wing-side coil and the resistance value known and the corresponding signal would have to be generated.
  • the sample value of the control resistor can be transmitted to the first coil by modulation of the voltage applied to the second coil carrier voltage and then compared with a desired value.
  • a second fault signal can then be used, for example, to trigger an alarm if the determined value has a certain, still permissible difference from a reference value exceeds.
  • the difference of approximately 40% of the resistance value is well suited as a threshold value.
  • the first and second coils are preferably subjected to at least encrypted control signals and response control signals. The possibility of decryption by unauthorized persons is again made more difficult if - as is particularly preferred - the control signal and the response control signal are encrypted with the aid of a switching code.
  • the method may include the step of mutually authenticating a primary electronics electrically connected to the first coil and secondary electronics connected to the second coil.
  • the device for carrying out the above-described method comprises a first coil provided on a wall, a second coil provided on a vane, wherein the first and second coils are in inductive operative connection, a primary electronics connected to the first coil and a second coil connected to the first coil Secondary electronics, the primary and secondary electronics comprising means for generating and detecting control signals and response control signals.
  • the primary and the secondary electronics comprise means for modulating a carrier voltage with the control signals.
  • the secondary electronics preferably comprise an amplitude modulator, the primary electronics a frequency modulator.
  • the primary and the secondary electronics each comprise a housing which, for installation in a frame profile or in a wing profile, in particular in profile recesses on the sides facing each other with the wing closed, suitable is.
  • these are preferably formed shielded.
  • the housings are preferably made of a heat-conducting material, more preferably made of a heat-conducting plastic material because of the simplification of the production.
  • the primary and the secondary electronics preferably comprise modems for 8-bit coding and decoding of signals and control signals to be transmitted.
  • analog signals transmitted by, for example, devices and sensors provided on the wing can be modulated and transmitted insensitive to interference.
  • the primary and secondary electronics can furthermore each comprise a BUS system, to each of which several sensors can be connected. The transmission of measured values or operating states provided with the aid of the sensors can then take place serially after modulation and demodulation, for example using protocols which can correspond to the RS 485 standard, for example.
  • the invention will be explained below with reference to the embodiment shown in the drawing. Show it:
  • FIG. 1 shows - schematically - a device according to the invention in a partially torn view of the band and wing parts in a perspective see view, with schematically indicated primary and secondary electronics;
  • FIG. 5 shows a block diagram of the wing-side secondary electronics of this device
  • FIG. 6 shows an illustration of a longitudinal section through the hinge axis S of a further exemplary embodiment of a device according to the invention, which at the same time has the function of a conventional belt:
  • FIG. 7 shows the leaf hinge part of this exemplary embodiment in a perspective view
  • Fig. 8 is a block diagram of the frame-side primary power electronics this
  • Fig. 9 is a block diagram of the wing-side secondary power electronics this
  • the device 100 in the drawing as a whole is optically simulated a so-called three-piece tape. You can - depending on your needs - at the same time carry supporting hinge function and thus replace a conventional tape. Or it merely serves for the contactless transmission of electrical shear energy and / or electrical signals and is provided in addition to conventional bands on a wing / wall assembly.
  • the device 100 comprises a band part 1, which serves to fix on a fixed frame R. It has two hinge parts 2, 2 ', which are spaced apart in the longitudinal direction of a hinge axis S by a distance space 3 from each other.
  • the hinge part 4 of a wing part 5 is arranged in the clearance space 3, which is attached to a sash F in the exemplary embodiment shown in the drawing.
  • the hinge axis S is defined by a the hinge parts 2, 2 'and 4 passing through the hinge pin 8, the hinge parts in hinge pin receptacles, the overview in the drawing half are not shown, interspersed in a known manner.
  • a first electrical coil 19 is provided, which is acted upon by a coil spring 1 8 m with a downwardly acting spring force according to FIG. 1.
  • the coil 19 is connected by means of a multi-core, preferably shielded electrical line 17 to a primary electronics PE.
  • a second electrical coil 20 is used, which is acted upon by means of a coil spring 21 with a spring force directed upward in FIG. 1.
  • the first and second coils are under the action of the coil springs 18, 21 to each other.
  • the second coil 20 is connected via a multi-core, preferably shielded electrical line 22 to a secondary electronics SE.
  • the primary electronics PE ( Figure 4) comprises a primary processor 38 having an input 40 which serves to connect to a power source 41 via a switching regulator 54 which converts the voltage provided by the power source into the operating voltage of the primary processor. As can be seen in FIG. 3, these may be an emergency-current-buffered output of a power supply 42 of a burglar alarm control center 43. It provides a DC supply voltage of, for example, 12V or 24V.
  • the primary electronics PE comprises an inverter 42, which converts the DC input voltage into a suitable for loading the first coil 19 AC voltage, for example, 12V and a carrier frequency of 100 kHz. Since the input voltage can move in a range between, for example, 6V to 30V, a switching regulator 54 'is provided.
  • the primary processor 38 has ports 44, to which, for example, signals from opening, breakthrough, shutter and sabotage monitoring and control signals are applied, for example, to the latch operation of a hazard alarm system AL. These control signals are converted into serial data sets by the primary electronics using a BUS system using, for example, protocols conforming to the RS 485 standard.
  • the primary processor 38 includes a watchdog which monitors the functions of the primary and secondary electronics as well as the components and systems connected thereto. In the case of detection of a malfunction, this is signaled to the hazard detection system as such in order to avoid false alarm triggering when malfunction occurs. Further, the watchdog may initiate program instructions of the primary processor 38 for troubleshooting.
  • the primary electronics PE comprises a modulator 53, by means of which the carrier frequency is modulated by the data sets to be transmitted.
  • the modulated carrier voltage is applied to an output 45 and is fed via the electrical line 17 to the first coil 19.
  • a secondary voltage is induced and fed via the line 22 to a terminal 46 of the secondary electronics SE.
  • the secondary electronics SE includes a demodulator 55 which demodulates the secondary voltage modulated by the signals and transmits the signals to a secondary processor 39, for example, for opening, breakthrough, closure or sabotage monitoring.
  • Sensors and devices for status inquiry and actuation are connected to the secondary processor via In / Out lines.
  • the secondary processor 39 is connected to a power source 47 which provides, for example, a 5V DC voltage at an input 48.
  • the secondary electronics SE comprises an inverter, which converts this input voltage into a 1 2 V AC voltage with a suitable frequency of, for example, 100 kHz.
  • the power supply of the secondary electronics via an inductively generated in the secondary coil 20 supply voltage.
  • the secondary electronics SE in turn comprises a modulator 56, which converts signals provided by the sensors of the aforementioned monitoring devices via connections 49 into serial signal packets in a manner enabling primary demodulation.
  • the carrier voltage modulated in this way is applied to the second coil 20 via the line 22.
  • the alternating voltage thus induced in the first coil 19 is fed via the line 17 of the primary electronics PE and demodulated in this in a demodulator 57 and fed via terminals 44 of the alarm system.
  • the thus created bidirectional data transmission takes place with an 8-bit resolution and a transmission rate of, for example, 2400 baud.
  • a control signal packet via the lines 17 and 22 and the first and second coils 19 and 20 of the secondary electronics SE transmitted. This acknowledges receipt of the control signal packet by return transmission of a response control signal packet to the primary electronics PE in this time interval. Furthermore, another transmission cycle of control and response control signals takes place in this time interval. Does not receive the primary electronics PE within this time interval at least one response control signal, so An interference signal is generated at an output 44 of the primary electronics PE, which can be used for fault or alarm triggering.
  • the primary electronics PE and the secondary electronics SE are housed in mechanically resistant, highly thermally conductive housings 50, 51, which are shown schematically only in FIG.
  • the housing 50 of the primary electronics PE is installed in a wall-side frame profile, the housing 51 of the secondary electronics SE in a sash profile.
  • the installation takes place - as can be seen in FIG. 2 - from the profile sides, which face one another when the sash is closed.
  • the housing 50, 51 are not visible from the outside and can be protected against tampering by a sabotage contact, which generates an alarm signal in a removal attempt.
  • the primary electronics PE and the secondary electronics SE are provided with means for mutual authentication, so that an unnoticed exchange of primary or secondary electronics PE, SE by a previously manipulated electronics is at least substantially lent more difficult.
  • the above-described embodiment of the device according to the invention is used primarily for signal transmission.
  • the electrical power required to operate the secondary electronics is also inductively induced in the secondary coil.
  • higher electrical powers are regularly required to actuate the secondary-side devices than can be induced by the primary coil in the secondary coil while maintaining signal transmission. In this case, a separate electrical power supply is needed for the actuation of the secondary-side devices.
  • This electrical power supply takes place in the embodiment shown in Fig. 6 ff, which is designated as a whole m 200, also by inductive coupling.
  • This device 200 is formed as a so-called three-piece tape. It comprises a frame band part 101, which is a band part 1 02 of the Device 200 forms and which serves the attachment to a fixed wall W or to a fixed frame.
  • the frame hinge part 1 01 has two hinge parts 1 03, 1 04, which are spaced from each other in the longitudinal direction of a hinge axis S by a distance space 105.
  • the hinge part 106 of a wing hinge part 107 is arranged in the spacer space 105, which forms a wing part 108 which can be fastened to the wing F in the exemplary embodiment shown in the drawing.
  • the hinge axis S is defined by the hinge parts 103, 1 04 and 1 06 in bolt receptacles 1 09, 1 1 0 and 1 1 1 passing through hinge pin 1 12. He is in the hinge pin receptacles 109, 1 1 1 of the hinge parts 1 03, 104 of the Frame band member 101 adjustable in a known manner perpendicular to the hinge axis S by means of bearing bushes 1 1 3, 1 14 stored, which are made of a plastic material.
  • the bearing of the hinge pin 1 12 in the hinge pin receptacle 1 10 of the wing hinge part 1 06 serves a bearing bush 1 1 5, which in turn is made of a plastic bearing material.
  • the bearing bush 1 13 of the upper frame hinge part 103 has, in its area facing the wing hinge part 106, a recess 16 which is rotationally symmetrical about the hinge axis S and into which an electrical primary coil 17 is inserted. It is connected by means of two electrical connecting cables 1 18 to a power voltage supply 19 (see Fig. 3).
  • the bearing bush 15 of the wing hinge part 106 likewise comprises a recess 120 into which a secondary coil 121 is fitted, which is constructed in a manner corresponding to the primary coil 11.
  • the secondary coil 121 is slidably mounted in the recess 120 in the direction of the hinge axis S and is supported by a spring element 122 on the ground 123 of the recess 120 from, so that the mutually facing end faces 124, 125 of the primary and the secondary coil 1 17, 121 abut each other.
  • the primary and secondary coils 1 17, 121 have an outer diameter which corresponds almost to the inner diameter of the bolt receptacles 1 13, 1 15.
  • the predetermined by the dimensions of the upper frame hinge part 103 and the wing hinge part 106 cross-sectional area of the primary and the secondary coil 1 17, 121 best exploited so as to maximize the inductively transferred from the primary coil 1 17 in the secondary coil 121, electric power.
  • a constriction 126 For the purpose of improving the coupling of primary and secondary coil 1 17, 121 and to increase security against burglary and sabotage, as will be described below, the hinge pin 1 12 over the length over which he primary and secondary coil 1 17, 121 is covered, a constriction 126.
  • a two half-shells made of a sintered ferrite material, for example based on manganese-zinc-ferrite powder, comprehensive sleeve core 141 is introduced.
  • the sleeve core 141 comprehensive hinge pin 1 12 thus serves as a magnetic flux collector.
  • a further recess 127 which is symmetrical to the hinge axis S, is incorporated into the bearing bush 15. It serves to receive a signal transmission coil 128, which is also referred to as a "second coil.”
  • the signal transmission coil 128 is in turn slidably received in the recess 127 in the direction of the hinge axis S and is supported on its bottom 129 by means of a spring element 130.
  • the signal transmission coil 128 rests against an end face 132 of a further signal transmission coil 134, also called a "first coil", mounted in a corresponding recess 133.
  • the signal transmission coil 134 is connected by means of connection cables 135 to a signal transmission coil 134 Primary electronics PE connected (see Fig. 3) .
  • Sliding discs 137, 138 are provided between the lower frame hinge portion 104 and the wing hinge portion 106 to reduce wear caused by pivotal operation of the band.
  • the signal transmission coils 128, 134 have significantly smaller dimensions than the primary and secondary power coils 17, 121, since lower coil volumes are sufficient for signal transmission.
  • the sleeve 139 provided in the covering area of the signal transmission coils 128, 134 in turn in a constriction 140 of the hinge pin 12 is made of a two half shells made of a sintered ferrite material, for example based on manganese-zinc-ferrite powder with a considerably smaller wall thickness as the sleeve core 141 equipped, so that the total of the signal transmission coils for transmitting greater mechanical forces between the wall and frame and wing as the range of the primary and secondary coils 1 17, 121 is suitable.
  • the embodiment of the device 200 with two separate coil pairs for power and for signal transmission thus comes to have independent inventive importance.
  • a DC power voltage of, for example, 12 V or 24 V is provided. It is applied to a switching regulator 145 which converts this voltage into a supply voltage suitable for generating a required secondary power voltage. Their value is regularly constant between 14 V and 36 V. Downstream of the switching regulator 145 are a demodulator 147 and an inverter 148, both of which are also connected to the priming power processor 146. The inverter 148 converts the output voltage of the switching regulator 145 into a preferably rectangular AC voltage suitable for acting on the primary coil 147, which is 14-36 V in the illustrated embodiment and has a frequency of 40 kHz and an on / off switch 155 is applied to the primary power coil 1 17.
  • the secondary power coil 121 It is in the secondary power coil 121 - of transmission losses and phase shifts off For example, a corresponding secondary power voltage is induced, which is supplied to secondary power electronics SLE (see FIG.
  • the secondary power voltage is applied to the input 150 of a rectifier 149, which serves at its output 151 a DC power voltage for the operation of the secondary side, provided in or on the wing device (see Fig. 9).
  • the power voltage is also applied to a secondary power processor 153 via a line 152.
  • the latter measures the applied voltage value and activates a modulator 154, which is connected between the secondary coil 121 and the rectifier 149 in the line 152.
  • the modulator 154 generates a voltage-dependent, amplitude-modulated electrical signal in the 2 kHz frequency range (2K band), which is applied via the line 142 to the secondary power coil 121.
  • This amplitude-modulated signal induces a secondary power-voltage-dependent signal in the primary power coil 1 17, with which the primary power processor 146 is controlled via the demodulator 147.
  • the latter performs a setpoint / actual value comparison with regard to the secondary power voltage and controls the switching regulator 145 or the inverter 148 in the sense of an adjustment. As a result of this measure, it is ensured that the electrical power required to actuate the wing-side devices is always available on the secondary side.
  • the above-described embodiments of the primary and secondary power electronics PLE, SLE can be used in an inventive way to improve sabotage protection. It has surprisingly been found that even a slight displacement of the hinge pin 1 12 and therefore also the sleeve core 141 from its position symmetrical to the coils 1 17, 121, results in such a detuning of the system primary / secondary power coil 1 17, 121 and sleeve core 141 leads to a much higher primary side, electrical power is required to achieve a desired secondary side electrical power. A pulling the hinge pin for the purpose of a burglary or Sabotage can thus be detected by determining the required primary power and used to generate an alarm signal at an output 156 of the primary power electronics. An improvement of burglary and sabotage protection is therefore achievable on the basis of the measure described above, without requiring a bidirectional exchange of control data packets for this purpose.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von elektrischer Energie zwischen einer Wand und einem an dieser Wand um eine Scharnierachse scharniergelenkig befestigten Flügel, bei dem eine an der Wand befestigte Primär-Leistungsspule (117) und eine an dem Flügel befestigte Sekundär-Leistungsspule (121) vorgesehen sind, die sich mit Hilfe eines Bandbolzens in induktiver Wirkverbindung befinden, wobei der zum Erzielen eines Sekundär-Leistungsspannungs-Sollwert erforderliche Primär-Leistungsspannung erfasst und beim Übertragen einer vorbestimmten Differenz zwischen Primär-Leistungsspannung und Sekundär-Leistungsspannung ein Signal ausgelöst wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von elektrischer Energie zwischen einer Wand und einem an dieser Wand befestigten Flügel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von elektrischer Energie zwischen einer Wand und einem an dieser Wand um eine Scharnierachse scharniergelenkig befestigten Flügel, bei dem eine an der Wand befestigte Primär-Leistungsspule und eine an dem Flügel befestigte Sekun- där-Leistungsspule vorgesehen sind, die sich mit Hilfe eines Bandbolzens in induktiver Wirkverbindung befinden.
Insbesondere Flügel von Türen für Objekte wie Häuser, Geschäfte oder Produkti- onshallen weisen in zunehmendem Maße die Sicherheit oder den Komfort verbessernde Einrichtungen auf, deren jeweils aktueller Betriebszustand und deren Betätigung durch außerhalb der Tür angeordnete Überwachungs- oder Betätigungseinrichtungen überwacht oder betätigt wird und welche Betriebszustandsänderungen oder eventuell von Sensoren empfangene Signale an die Überwachungs- oder Betätigungseinrichtungen senden.
Beispielhaft sei hier eine in einem Gebäude installierte Einbruchmeldezentrale genannt, die mit an der Tür vorgesehenen Einrichtungen beispielsweise zur Öff- nungs-, Durchbruch-, Verschluss-, Sabotage oder Motorschlossüberwachung kommuniziert.
Zur Übertragung von entsprechenden Signalen und elektrischen Leistungen zwi- sehen der Überwachungseinrichtung und den an der Tür befindlichen Einrichtungen finden im Stand der Technik vieladrige Kabel Verwendung, die zwischen dem Flügel und dem Rahmen flexibel verlegt und häufig zum Schutz von einem flexiblen Metallschlauch umgeben sind. Diese Kabelübergänge beeinträchtigen das optische Erscheinungsbild erheblich und können beim Schließen des Flügels eingeklemmt werden, was zu Beschädigungen oder sogar zu Zerstörungen der Kabel führen kann. Darüber hinaus stellen die Kabelübergänge hinsichtlich möglicher Manipulationen Schwachstellen dar, weswegen zum Sabotageschutz eine sogenannte Z-Verdrahtung von Senso- ren oder Kontakten auch in dem Kabelübergang verwirklicht ist.
Aus der DE 10 2004 017 341 A1 ist ein Band mit einem eingebauten Trafo für eine kontaktlose Energieübertragung bekannt. Dieses Band umfasst eine in einem Rahmenbandteil angeordnete Primärspule und eine in einem Flügelbandteil angeordnete Sekundärspule. Der magnetischen Ankopplung der Sekundärspule an die Primärspule, die in Richtung der Scharnierachse voneinander beabstandet sind, dient ein beide Spulen durchsetzender Eisenkern, der zugleich den Bandbolzen bildet. Zwar ist prinzipiell eine kontaktlose Übertragung von elektrischer Energie und/oder elektrischen Signalen zwischen einer Wand und einem an dieser Wand befestigten Flügel mit dieser Anordnung möglich, eine durchgehende Ausbildung dieser Z- Verdrahtung ist bei dieser induktiven Energie- und/oder Signalübertragung jedoch nicht möglich, worunter der Sabotageschutz leidet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hinsichtlich des Sabotageschutzes verbessertes Verfahren und eine zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehene Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von elektrischer Energie zwischen einer Wand und einem an dieser Wand befestigten Flügel, bei dem eine an der Wand befestigte erste Spule und eine an dem Flügel befestigte zweite Spule vorgesehen sind, die sich in induktiver Wirkverbindung befinden, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 wiedergegebene Verfahren und durch die in Anspruch 4 wiedergegebene Vorrichtung gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die in der Sekundär-Leistungsspule induzierte Sekundär-Leistungsspannung erfasst und mit einem vorgegebenen Sollwert, der regelmäßig durch die Betriebsspannung der flügelseitigen, elektri- sehen Verbraucher vorgegeben ist, verglichen. Die an der Primär-Leistungsspule angelegte Primär-Leistung wird anhand des Sekundär-Leistungsspannungs- Soll/Istwertvergleich beeinflusst, vorzugsweise geregelt. Liegt der Istwert der Sekundär-Leistungsspannung unter dem Sollwert, so wird die Primär-Leistung erhöht, bis der Sekundärspannungs-Istwert dem Sollwert entspricht.
Die Beeinflussung der Primärleistung kann beispielsweise durch Beeinflussung der Primärspannung oder, besonders bevorzugt, durch Pulsweitenmodulation erfolgen. Beispielsweise kann die Primärspannung einen bestimmten, konstanten Spannungswert aufweisen und die Primärleistung durch Veränderung des Tast- Verhältnisses beispielsweise zwischen 50/50 (maximale Leistung) und 10/90 (minimale Leistung) beeinflusst werden.
Der zum Erzielen des Sollwerts der Sekundär-Leistungsspannung erforderliche Primär-Leistungswert wird erfasst. Beim Übersteigen eines vorbestimmten Primär- Leistungswerts wird ein Signal ausgelöst. Dieses kann beispielsweise der Ansteu- erung einer Gefahrenmeldeanlage dienen.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass bereits geringfügige Veränderungen der Lage des Bandbolzens zu einer derart großen Veränderung des induktiven Widerstands der Primär- und der Se- kundär-Leistungsspulen führt, dass zur Induktion eines bestimmten Sekundär- Leistungs-Istwerts eine deutlich erhöhte Primär-Leistung erforderlich ist. Die plötzliche Erhöhung der erforderlichen Primär-Leistung kann daher auf einen Sabota- ge- oder Einbruchversuch hindeuten, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erkannt wird.
Der erfasste Sekundär-Leistungsspannungswert wird vorzugsweise in ein span- nungswertabhängig moduliertes elektrisches Signal umgeformt und die Sekundär- Leistungsspule wird mit diesem Signal beaufschlagt. Hierdurch wird in der Primär- Leistungsspule ein sekundär-leistungsspannungsabhängiges Signal induziert, welches demoduliert zur Beeinflussung, insbesondere Regelung der Primär- Leistung verwendet werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von elektrischer Energie zwischen einer Wand und einem an dieser Wand um eine Scharnierachse scharniergelenkig befestigten Flügel umfasst eine an der Wand befestigbare Pri- mär-Leistungsspule, eine an dem Flügel befestigbare Sekundär-Leistungsspule, und einen als magnetischer Flussleitkörper zwischen der Primär-Leistungsspule und der Sekundär-Leistungsspule dienenden Bandbolzen. Erfindungsgemäß ist ein sekundärseitiger Modulator vorgesehen, welcher die Sekundär-Leistungsspule mit einem sekundärspannungsabhängigen, modulierten, vorzugsweise amplitudenmodulierten, Signal beaufschlagt. Ferner ist ein primärseitiger Demodulator vorgesehen, welcher das in der Primär-Leistungsspule aufgrund des sekundär- spannungsabhängigen, modulierten Signals induzierte Signal demoduliert und eine Einrichtung zur Beeinflussung, vorzugsweise Regelung der Primär-Leistung zuführt. Ferner ist eine Einrichtung zur Ermittlung einer Soll/Istwert-Abweichung der Sekundär-Leistungsspannung vorgesehen, die mit der Einrichtung zur Beein- flussung der Primär-Leistung wirkverbunden ist und diese im Sinne eines Soll/Istwert-Abgleichs ansteuert. Schließlich umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung, die beim Übersteigen einer vorbestimmten Primär- Leistung ein Signal auslöst, da - wie weiter oben beschrieben - eine zunehmende Differenz zwischen den Primär- und den Sekundär-Leistungsspannungen auf ei- nen Sabotage- oder Einbruchsversuch, der ein Verlagern des Bandbolzens beinhaltet, hindeuten kann.
Zur Beeinflussung der Primär-Leistung umfasst die erfindungsgemäße Einrichtung vorzugsweise einen Schaltregler und/oder einen Pulsweiten-Modulator. Darüber hinaus ist - besonders bevorzugt - eine Primär-Leistungselektronik vorgesehen, welche einen Primär-Leistungsprozessor aufweist, der zumindest der Ermittlung der Soll/Istwert-Abweichung der Sekundär-Leistungsspannung dient.
Ferner kann ein die in der Sekundärspule induzierte Sekundär-Leistungsspannung in eine Gleichspannung umwandelnder Gleichrichter vorgesehen sein, sofern die flügelseitigen Verbraucher gleichspannungsbetrieben sind. Der Gleichrichter ist vorzugsweise zwecks Übermittlung des Gleichspannungsistwerts mit dem Sekun- där-Leistungsprozessor verbunden.
Darüber hinaus kann der Sekundär-Leistungsprozessor m it dem Modulator zwecks Ansteuerung entsprechend des Gleichspannungsistwerts wirkverbunden sein.
Des Weiteren kann die Primär-Leistungselektronik einen Wechselrichter umfassen. Die Vorrichtung ist dann zum Anschluss an eine wandseitige Gleichspannungsquelle, beispielsweise an einen G leichstromausgang eines Notstromgepufferten Netzteils einer Gefahrenmeldeanlage geeignet.
Die Primär-Leistungselektronik kann zur Verbesserung der Betriebssicherheit einen Tiefpass zum Ausfiltern von Störfrequenzen umfassen.
Sollten bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Primär- und Sekundär- Leistungsspulen auch zur bidirektionalen Signal- oder Datenübertragung dienen, oder hierzu separate erste und zweite Spulen vorhanden sein, so können in einem bestimmten Zeitintervall die Primär-Leistungsspule oder die erste Spule mit m indestens einem ersten Kontrollsignal beaufschlagt und das mindestens eine in der Sekundär-Leistungsspule oder in der zweiten Spule induzierte erste Signal erfasst werden.
Ferner wird in dem oben genannten Zeitintervall die zweite Spule mit mindestens einem zweiten Kontrollsignal beaufschlagt und das mindestens eine in der ersten Spule induzierte zweite Signal wird ebenfalls erfasst. Sollte bei dieser bidirektiona- len Signalübertragung eine Spule nicht mit zumindest einem Teil der erwarteten Kontrollsignale beaufschlagt werden oder in den Spulen nicht zumindest ein Teil aufgrund der Kontrollsignale erwarteten, induzierten Signale erfasst werden, so wird ein Störungssignal erzeugt. Wird dieses beispielsweise einer Einbruchmelde- zentrale zur Auslösung eines Alarms übermittelt, so wird durch das erfindungsgemäße Verfahren der Sabotageschutz wesentlich verbessert. Das Störungssignal kann jedoch auch einem sogenannten„Watchdog" zugeführt werden, um so eine Fehlalarmauslösung beim Auftreten einer technischen Störung zu vermeiden. Wenn nachfolgend von„erster" und„zweiter" Spule die Rede ist, so ist alternativ jeweils auch die Primär- bzw. Sekundär-Leistungsspule gemeint.
Versuche haben gezeigt, dass es bei der bidirektionalen Übertragung und Erfassung der Kontrollsignale und der induzierten Signale in Einzelfällen zu Signalstö- rungen kommen kann. Um zu vermeiden, dass eine derartige Störung jeweils zu einer Alarmauslösung führt, wird vorzugsweise innerhalb des Zeitintervalls die erste und die zweite Spule jeweils mit zwei Kontrollsignalen beaufschlagt. Das Störungssignal wird erst bei Nichtbeaufschlagung oder Nichterfassung von beiden Kontrollsignalen oder beiden induzierten, zweiten Signalen erzeugt. Ein Störungs- Signal wird mit anderen Worten erst dann ausgelöst, wenn zwei aufeinanderfolgende Kontrollsignalzyklen als fehlerhaft identifiziert werden.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird die erste o- der die zweite Spule nach Erzeugung des induzierten Signals mit einem Respon- se-Kontrollsignal beaufschlagt, welches wiederum in der jeweils anderen Spule ein induziertes Signal erzeugt.
Das Zeitintervall, in welchem miteinander korrelierte Signale erzeugt oder erfasst werden, beträgt vorzugsweise zwischen 10 ms und 500 ms, besonders bevorzugt etwa 60 ms.
Ein Kontrollsignal und ein zugehöriges Response-Kontrollsignal werden vorzugsweise innerhalb eines Zeitraums von 20 ms bis 100 ms, besonders bevorzugt von etwa 40 ms erzeugt. Das Kontrollsignal kann prinzipiell beliebiger Art sein, die eine Erzeugung eines Signals in der jeweils anderen Spule auf induktive Weise ermöglicht. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn das Kontrollsignal - besonders bevorzugt auch das Response-Kontrollsignal - durch Modulation einer Trägerspannung erzeugt wird. Hierzu kommen grundsätzlich sämtliche zur Modulation von Signalen bekannten Verfahren in Betracht. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn zur bidirektionalen Übertragung die Trägerspannung durch das Kontrollsignal amplitudenmoduliert und das Response-Kontrollsignal frequenzmoduliert wird. Das Kontrollsignal wird vorzugsweise flügel-, das Response-Kontrollsignal vorzugsweise wandseitig erzeugt.
Die Trägerfrequenz der Trägerspannung ist abhängig von der Ausgestaltung des Spulensystems. Im Falle eines Spulensystems mit Gehäusen und Kernen, die MnZn-Ferrite umfassen, können - je nach MnZn-Material - Trägerfrequenzen von 20 kHz bis 2 MHz zum Einsatz kommen. Grundsätzlich ist es auch denkbar, Luftspulen einzusetzen. Die Trägerfrequenzen können dann auch höher sein.
Um den Schutz auch gegen aufwendige Sabotageverfahren zu erhöhen, die bei- spielsweise eine induktive Ankopplung einer Sabotagespule an die erste Spule anstatt der am Flügel vorgesehenen zweiten Spule beinhalten, sieht eine Weiterbildung des Verfahrens die Abfrage des Wertes eines flügelseitig angeordneten Kontrollwiderstandes innerhalb des Zeitintervalls vor. Der Kontrollwiderstandswert kann durch eine flügelseitige Meldegruppe imitiert und digitalisiert und wechselko- diert auf die Primärseite übertragen werden. Hierdurch wird ein weiteres Sabotagehindernis geschaffen, da bei einer induktiven Ankopplung zum Zwecke der Abkopplung der flügelseitigen Spule auch der Widerstandswert bekannt und das entsprechende Signal erzeugt werden müsste. Der Abfragewert des Kontrollwiderstandes kann durch Modulation der an der zweiten Spule anliegenden Trägerspannung auf die erste Spule übertragen und dann mit einem Sollwert verglichen werden. Ein zweites Störungssignal kann dann beispielsweise zur Auslösung eines Alarms verwendet werden, wenn der ermittelte Wert einen bestimmten, noch zulässigen Differenzbetrag von einem Referenzwert übersteigt. Versuche haben gezeigt, dass zur Reduzierung des Fehlalarmrisikos der Differenzbetrag von etwa 40% des Widerstandswertes als Schwellenwert gut geeignet ist. Um eine Sabotagemöglichkeit selbst für den Fall erheblich zu erschweren, dass der den Sabotageakt planenden Person auch der Widerstandswert bekannt ist, werden die ersten und zweiten Spulen vorzugsweise zumindest mit verschlüsselten Kontrollsignalen und Response-Kontrollsignalen beaufschlagt. Die Möglichkeit der Entschlüsselung durch Unbefugte wird abermals erschwert, wenn - wie besonders bevorzugt - das Kontrollsignal und das Response- Kontrollsignal mit Hilfe eines Wechselcodes verschlüsselt werden.
Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit gegen Sabotage kann das Verfahren den Verfahrensschritt der gegenseitigen Authentifizierung einer mit der ersten Spule elektrisch verbundenen Primärelektronik und einer mit der zweiten Spule verbundenen Sekundärelektronik umfassen.
Die Vorrichtung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens umfasst eine an einer Wand vorgesehene erste Spule, eine an einem Flügel vorgesehene zweite Spule, wobei sich die ersten und zweiten Spulen in induktiver Wirkverbindung befinden, eine mit der ersten Spule verbundene Primärelektronik sowie eine mit der zweiten Spule verbundene Sekundärelektronik, wobei die Primär- und die Sekundärelektronik Mittel zur Erzeugung und Erfassung von Kontrollsignalen und Response-Kontrollsignalen umfassen.
Vorzugsweise umfasst die Primär- und die Sekundärelektronik Mittel zur Modulation einer Trägerspannung mit den Kontrollsignalen. Die Sekundärelektronik umfasst vorzugsweise einen Amplitudenmodulator, die Primärelektronik einen Fre- quenzmodulator.
Darüber hinaus sind vorzugsweise Mittel zur Authentifizierung der Primär- und der Sekundärelektronik vorgesehen. Damit die Primär- und die Sekundärelektronik bei geschlossenem Flügel nicht ohne Zerstörungen erreichbar sind, umfassen die Primär- und die Sekundärelektronik jeweils ein Gehäuse, welches zum Einbau in ein Rahmenprofil oder in ein Flügelprofil, insbesondere in Profilaussparungen auf den bei geschlossenem Flügel einander zugewandten Seiten, geeignet ist.
Um einerseits Störungen der Primär- oder der Sekundärelektronik durch äußere elektrische Magnetfelder zu vermeiden, andererseits ein Austreten elektromagnetischer Strahlungen aus den Gehäusen zu verhindern, sind diese vorzugsweise abgeschirmt ausgebildet.
Um Überhitzungen der in den Gehäusen vorgesehenen elektronischen Bauteile, die regelmäßig selbst eine gewisse Wärme entwickeln, zu verhindern, sind die Gehäuse vorzugsweise aus einem Wärme leitenden Material, wegen der Verein- fachung der Herstellung besonders bevorzugt aus einem Wärme leitenden Kunststoffmaterial, hergestellt.
Ferner umfassen die Primär- und die Sekundärelektronik vorzugsweise Modems zur 8-Bit-Kodierung und Dekodierung von zu übertragenden Signalen und Kon- trollsignalen. Mit Hilfe dieser Modems können auch von beispielsweise an dem Flügel vorgesehenen Einrichtungen und Sensoren übermittelte Analogsignale moduliert und störungsunempfindlich übertragen werden. Die Primär- und die Sekundärelektronik kann weiterhin jeweils ein BUS-System umfassen, an welches jeweils mehrere Sensoren angeschlossen sein können. Die Übertragung von m it Hilfe der Sensoren bereitgestellten Messwerten oder Betriebszuständen kann dann seriell nach Modulation und Demodulation beispielsweise unter Verwendung von Protokollen, die zum Beispiel dem RS 485 Standard entsprechen können, erfolgen. Die Erfindung soll nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 - schematisch - eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer teilweise aufgerissenen Darstellung der Band- und Flügelteile in einer perspektivi- sehen Ansicht, mit schematisch angedeuteter Primär- und Sekundärelektronik;
- wiederum schematisch - die Anordnung gemäß Fig. 1 in an einem Rahmen- und einem Flügelprofil, welches um eine Scharnierachse scharniergelenkig mit dem Rahmen verbunden ist, angebrachten Zustand;
Fig. 3 ein Übersichts-Blockschaltbild dieser Vorrichtung; Fig. 4 ein Blockschaltbild der rahmenseitigen Primärelektronik dieser Vorrichtung;
Fig. 5 ein Blockschaltbild der flügelseitigen Sekundärelektronik dieser Vorrichtung;
Fig. 6 eine Darstellung eines Längsschnitts durch die Scharnierachse S eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, der zugleich die Funktion eines herkömmlichen Bandes zukommt: Fig. 7 das Flügelbandteil dieses Ausführungsbeispiels in einer perspektivischen
Einzelteildarstellung, die auch Wiedergaben der in dem Rahmenbandteil vorgesehenen Spulen umfasst;
Fig. 8 ein Blockschaltbild der rahmenseitigen Primär-Leistungselektronik dieses
Ausführungsbeispiels sowie
Fig. 9 ein Blockschaltbild der flügelseitigen Sekundär-Leistungselektronik dieses
Ausführungsbeispiels.
Die in der Zeichnung als Ganzes mit 100 bezeichnete Vorrichtung ist optisch einem sogenannten dreiteiligen Band nachgebildet. Ihr kann - je nach Bedarf - zugleich tragende Scharnierfunktion zukommen und somit ein herkömmliches Band ersetzen. Oder sie dient lediglich der kontaktlosen Übertragung von elektri- scher Energie und/oder elektrischen Signalen und wird zusätzlich zu herkömmlichen Bändern an einer Flügel/Wandanordnung vorgesehen.
Die Vorrichtung 100 umfasst ein Bandteil 1 , welches der Festlegung an einem feststehenden Rahmen R dient. Es weist zwei Scharnierteile 2, 2' auf, die in Längsrichtung einer Scharnierachse S um einen Abstandsraum 3 voneinander beabstandet sind.
Zwischen dem oberen Scharnierteil 2 und dem unteren Scharnierteil 2' ist in dem Abstandsraum 3 das Scharnierteil 4 eines Flügelteils 5 angeordnet, welches bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel an einem Flügelrahmen F angebracht ist. Zur Befestigung umfasst das Bandteil 1 Bandbefestigungsteile 6, 6', das Flügelteil 5 ein Flügelbefestigungsteil 7. Die Scharnierachse S wird definiert durch einen die Scharnierteile 2, 2' und 4 durchsetzenden Bandbolzen 8, der die Scharnierteile in Bandbolzenaufnahmen, die in der Zeichnung der Übersicht halber nicht dargestellt sind, in bekannter Weise durchsetzt. In dem oberen Scharnierteil 2 des Bandteils 1 ist eine erste elektrische Spule 19 vorgesehen, die von einer Schraubenfeder 1 8 m it einer gemäß Fig. 1 nach unten wirkenden Federkraft beaufschlagt ist. Die Spule 19 ist m it Hilfe einer mehradrigen, vorzugsweise abgeschirmten elektrischen Leitung 17 mit einer Primärelektronik PE verbunden.
In das Scharnierteil 4 des Flügelteils 5 ist eine zweite elektrische Spule 20 eingesetzt, welche mit Hilfe einer Schraubenfeder 21 mit einer gemäß Fig. 1 nach oben gerichteten Federkraft beaufschlagt wird. Die ersten und zweiten Spulen liegen unter Wirkung der Schraubenfedern 18, 21 aneinander an.
Die zweite Spule 20 ist über eine mehradrige, vorzugsweise abgeschirmte elektrische Leitung 22 mit einer Sekundärelektronik SE verbunden. Die Primärelektronik PE (Fig. 4) weist einen Primärprozessor 38 mit einem Eingang 40 auf, welcher dem Anschluss an eine Energieversorgungsquelle 41 über einen Schaltregler 54, der die von der Energieversorgungsquelle bereitgestellte Spannung in die Betriebsspannung des Primärprozessors umformt, dient. Bei die- ser kann es sich - wie in Fig. 3 erkennbar ist - um einen notstromgepufferten Ausgang eines Netzteils 42 einer Einbruchmeldezentrale 43 handeln. Es stellt eine Versorgungs-Gleichspannung von beispielsweise 12V oder 24V zur Verfügung. Die Primärelektronik PE umfasst einen Wechselrichter 42, welcher die Eingangs- Gleichspannung in eine zur Beaufschlagung der ersten Spule 19 geeignete Wech- selspannung beispielsweise von 12V und einer Trägerfrequenz von 100 kHz umwandelt. Da sich die Eingangsspannung in einem Bereich zwischen beispielsweise 6V bis 30V bewegen kann, ist ein Schaltregler 54' vorgesehen.
Der Primärprozessor 38 weist Anschlüsse 44 auf, an welche beispielsweise Signale von Öffnungs-, Durchbruch-, Verschluss- und Sabotageüberwachungen sowie Steuersignale beispielsweise zur Riegelbetätigung einer Gefahrenmeldeanlage AL angelegt werden. Diese Steuersignale werden von der Primärelektronik mit Hilfe eines BUS-Systems unter Verwendung beispielsweise von Protokollen, die dem RS 485 Standard entsprechen, in serielle Datensätze umgewandelt.
Auch umfasst der Primärprozessor 38 einen Watchdog, der die Funktionen der Primär- und Sekundärelektroniken sowie der daran angeschlossenen Komponenten und Systeme überwacht. Im Falle der Erkennung einer Fehlfunktion wird dies der Gefahrenmeldeanlage als solche signalisiert, um eine Fehlalarmauslösung beim Auftreten der Fehlfunktion zu vermeiden. Ferner kann der Watchdog Programmanweisungen des Primärprozessors 38 zur Problembeseitigung einleiten.
Ferner umfasst die Primärelektronik PE einen Modulator 53, mittels welchem die Trägerfrequenz durch die zu übertragenden Datensätze moduliert wird. Die modu- lierte Trägerspannung liegt an einem Ausgang 45 an und wird über die elektrische Leitung 17 der ersten Spule 19 zugeleitet.
In der zweiten Spule 20 wird eine Sekundärspannung induziert und über die Leitung 22 einem Anschluss 46 der Sekundärelektronik SE zugeleitet. Sie umfasst einen Demodulator 55, welcher die durch die Signale modulierte Sekundärspannung demoduliert und die Signale einem Sekundärprozessor 39 beispielsweise einer Öffnungs-, Durchbruch-, Verschluss- oder Sabotageüberwachung übermittelt. An den Sekundärprozessor sind über In/Out-Leitungen Sensoren und Einrich- tungen zur Zustandsabfrage und Betätigung angeschlossen.
Der Sekundärprozessor 39 ist mit einer Energieversorgungsquelle 47 verbunden, die beispielsweise eine 5V Gleichspannung an einem Eingang 48 bereitstellt. Die Sekundärelektronik SE umfasst einen Wechselrichter, der diese Eingangsspan- nung in eine 1 2 V Wechselspannung m it einer geeigneten Frequenz von beispielsweise 100 kHz umwandelt. Die Energieversorgung der Sekundärelektronik erfolgt über eine induktiv in der Sekundärspule 20 erzeugte Versorgungsspannung. Ferner umfasst die Sekundärelektronik SE wiederum einen Modulator 56, welcher von den Sensoren der vorgenannten Überwachungseinrichtungen über Anschlüsse 49 bereitgestellte Signale in serielle Signalpakete in eine primärseitige Demo- dulation ermöglichende Weise umwandelt. Die so modulierte Trägerspannung wird über die Leitung 22 an die zweite Spule 20 angelegt. Die hierdurch in der ersten Spule 19 induzierte Wechselspannung wird über die Leitung 17 der Primärelektronik PE zugeleitet und in dieser in einem Demodulator 57 demoduliert sowie über Anschlüsse 44 der Gefahrenmeldeanlage zugeführt.
Die somit geschaffene bidirektionale Datenübertragung erfolgt mit einer 8-Bit- Auflösung und einer Übertragungsrate von beispielsweise 2400 Baud.
Zur Erhöhung des Sabotageschutzes wird von der Primärelektronik PE in einem Zeitintervall von 40 ms ein Kontrollsignalpaket über die Leitungen 17 und 22 sowie die ersten und zweiten Spulen 19 und 20 der Sekundärelektronik SE übermittelt. Diese quittiert den Empfang des Kontrollsignalpakets durch RückÜbermittlung eines Response-Kontrollsignalpakets an die Primärelektronik PE in diesem Zeitintervall. Ferner findet in diesem Zeitintervall ein weiterer Übermittlungszyklus von Kontroll- und Response-Kontrollsignalen statt. Empfängt die Primärelektronik PE innerhalb dieses Zeitintervalls nicht zumindest ein Response-Kontrollsignal, so wird an einem Ausgang 44 der Primärelektronik PE ein Störsignal erzeugt, welches zur Störungs- oder Alarmauslösung verwendet werden kann.
Die Primärelektronik PE und die Sekundärelektronik SE sind in mechanisch wider- standsfähigen, gut wärmeleitfähigen Gehäusen 50, 51 untergebracht, die lediglich in Fig. 2 schematisch dargestellt sind.
Das Gehäuse 50 der Primärelektronik PE ist in ein wandseitiges Rahmenprofil, das Gehäuse 51 der Sekundärelektronik SE in ein Flügelprofil eingebaut. Der Ein- bau erfolgt - wie Fig. 2 entnehmbar ist - von den Profilseiten her, die bei geschlossenem Flügel einander zugewandt sind. Durch diese Maßnahme sind die Gehäuse 50, 51 von außen nicht sichtbar und können durch einen Sabotagekontakt, der bei einem Entnahmeversuch ein Alarmsignal erzeugt, gegen Manipulationen geschützt sein.
Um die Sabotagesicherheit weiterhin zu erhöhen, sind gleichwohl die Primärelektronik PE und die Sekundärelektronik SE mit Mitteln zur gegenseitigen Authentifizierung versehen, so dass ein unbemerkter Austausch einer Primär- oder Sekundärelektronik PE, SE durch eine zuvor manipulierte Elektronik zumindest wesent- lieh erschwert ist.
Das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient in erster Linie der Signalübertragung. Die zum Betrieb der Sekundärelektronik benötigte elektrische Leistung wird ebenfalls induktiv in der Sekundärspule induziert. Regelmäßig sind zur Betätigung der sekundärseitigen Vorrichtungen jedoch höhere elektrische Leistungen erforderlich, als von der Primär- in der Sekundärspule bei Aufrechterhaltung der Signalübertragung induzierbar sind. In diesem Falle wird eine separate elektrische Leistungsversorgung für die Betätigung der sekundärseitigen Vorrichtungen benötigt.
Diese elektrische Leistungsversorgung erfolgt bei dem in Fig. 6 ff dargestellten Ausführungsbeispiel, welches als Ganzes m it 200 bezeichnet ist, ebenfalls durch induktive Ankopplung. Diese Vorrichtung 200 ist als sogenanntes dreiteiliges Band ausgebildet. Es umfasst ein Rahmenbandteil 101 , welches ein Bandteil 1 02 der Vorrichtung 200 bildet und welches der Festlegung an einer feststehenden Wand W bzw. an einem feststehenden Rahmen dient. Das Rahmenbandteil 1 01 weist zwei Scharnierteile 1 03, 1 04 auf, die in Längsrichtung einer Scharnierachse S voneinander um einen Abstandsraum 105 voneinander beabstandet sind.
Zwischen dem oberen Scharnierteil 103 und dem unteren Scharnierteil 104 ist in dem Abstandsraum 105 das Scharnierteil 106 eines Flügelbandteils 107 angeordnet, welches bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ein an dem Flügel F befestigbares Flügelteil 108 bildet.
Die Scharnierachse S wird definiert durch einen die Scharnierteile 103, 1 04 und 1 06 in Bolzenaufnahmen 1 09, 1 1 0 und 1 1 1 durchsetzenden Bandbolzen 1 12. Er ist in den Bandbolzenaufnahmen 109, 1 1 1 der Scharnierteile 1 03, 104 des Rahmenbandteils 101 in bekannter Weise senkrecht zur Scharnierachse S justierbar mit Hilfe von Lagerbuchsen 1 1 3, 1 14 gelagert, die aus einem Kunststoffmaterial gefertigt sind.
Der Lagerung des Bandbolzens 1 12 in der Bandbolzenaufnahme 1 10 des Flügelscharnierteils 1 06 dient eine Lagerbuchse 1 1 5, die wiederum aus einem Kunst- stoff-Lagerwerkstoff gefertigt ist.
Die Lagerbuchse 1 13 des oberen Rahmenscharnierteils 103 weist in ihrem zum Flügelscharnierteil 106 hin weisenden Bereich eine um die Scharnierachse S rotationssymmetrische Ausnehmung 16 auf, in welche eine elektrische Primärspule 1 17 eingesetzt ist. Sie ist mit Hilfe zweier elektrischer Anschlusskabel 1 18 mit einer Leistungsspannungsversorgung 1 19 (s. Fig. 3) verbunden.
Die Lagerbuchse 1 15 des Flügelscharnierteils 106 umfasst auf der der Primärspule 1 17 zugewandten Seite ebenfalls eine Ausnehmung 120, in die eine Sekundär- spule 121 eingepasst ist, welche in einer der Primärspule 1 17 entsprechenden Weise aufgebaut ist.
Die Sekundärspule 121 ist in Richtung der Scharnierachse S verschiebbar in der Ausnehmung 120 gelagert und stützt sich über ein Federelement 122 am Boden 123 der Ausnehmung 120 ab, so dass die einander zugewandten Stirnseiten 124, 125 der Primär- und der Sekundärspule 1 17, 121 aneinanderliegen.
Die Primär- und Sekundärspulen 1 17, 121 weisen einen Außendurchmesser auf, der nahezu dem Innendurchmesser der Bolzenaufnahmen 1 13, 1 15 entspricht. Hierdurch wird die durch die Abmessungen des oberen Rahmenscharnierteils 103 und des Flügelscharnierteils 106 vorgegebene Querschnittsfläche von der Primär- und der Sekundärspule 1 17, 121 bestmöglich ausgenutzt, um so die induktiv von der Primärspule 1 17 in die Sekundärspule 121 übertragbare, elektrische Leistung zu maximieren.
Zum Zwecke der Verbesserung der Ankopplung von Primär- und Sekundärspule 1 17, 121 und zur Erhöhung der Sicherheit gegen Einbruch und Sabotage, wie weiter unten noch beschrieben werden wird, weist der Bandbolzen 1 12 über die Länge, über die er von Primär- und Sekundärspule 1 17, 121 überdeckt ist, eine Einschnürung 126 auf. In dieser Einschnürung ist ein zwei Halbschalen aus einem gesinterten Ferritmaterial , beispielsweise auf Basis von Mangan-Zink-Ferrit- Pulver, umfassender Hülsenkern 141 eingebracht. Der den Hülsenkern 141 umfassende Bandbolzen 1 12 dient somit als magnetischer Flussleitkörper.
In dem der Sekundärspule 121 gegenüberliegenden Bereich des Flügelscharnierteils 106 ist in die Lagerbuchse 1 15 eine weitere, zur Scharnierachse S symmetrische Ausnehmung 127 eingearbeitet. Sie dient der Aufnahme einer Signalübertragungsspule 128, die auch als „zweite Spule" bezeichnet ist. Die Signalübertragungsspule 128 ist wiederum in Richtung der Scharnierachse S verschiebbar in der Ausnehmung 127 aufgenommen und stützt sich an deren Boden 129 mit Hilfe eines Federelements 130 ab.
Mit der dem Federelement 130 gegenüberliegenden Stirnseite 131 liegt die Sig- nalübertragungsspule 128 an einer Stirnseite 132 einer weiteren, in einer entsprechenden Ausnehmung 133 gelagerten Signalübertragungsspule 134, auch„erste Spule" genannt, an. Die Signalübertragungsspule 134 ist mit Hilfe von Anschlusskabeln 135 mit einer Primärelektronik PE verbunden (s. Fig. 3). Die Wirkungsweise und Ausgestaltung der Signalübertragungsspulen und der Primär- und Sekun- därelektroniken entsprechend denjenigen der anhand der Vorrichtung 1 00 erläuterten.
Zwischen dem unteren Rahmenscharnierteil 104 und dem Flügelscharnierteil 106 sind Gleitscheiben 137, 138 vorgesehen, um den durch eine Schwenkbetätigung des Bandes hervorgerufenen Verschleiß zu verringern.
Wie insbesondere in Fig. 6 und 7 erkennbar ist, weisen die Signalübertragungsspulen 128, 134 deutlich geringere Abmessungen als die Primär- und Sekundär- Leistungsspulen 1 17, 121 auf, da für die Signalübertragung geringere Spulenvolumina ausreichend sind. Auch ist die im Überdeckungsbereich der Signalübertragungsspulen 128, 134 wiederum in einer Einschnürung 140 des Bandbolzens 1 12 vorgesehene Hülse 139 aus einem zwei Halbschalen aus einem gesinterten Ferritmaterial, beispielsweise auf Basis von Mangan-Zink-Ferrit-Pulver m it einer er- heblich geringeren Wandstärke als der Hülsenkern 141 ausgestattet, so dass insgesamt der Bereich der Signalübertragungsspulen zur Übertragung größerer mechanischer Kräfte zwischen Wand- bzw. Rahmen und Flügel als der Bereich der Primär- und Sekundärspulen 1 17, 121 geeignet ist. Der Ausgestaltung der Vorrichtung 200 mit zwei separaten Spulenpaaren zur Leistungs- und zur Signalübertra- gung kommt somit selbständige erfinderische Bedeutung zu.
Von einem Netztei l einer Einbruch-Meldezentrale wird eine Leistungs-Gleichspannung von beispielsweise 12 V oder 24 V zur Verfügung gestellt. Sie liegt an einem Schaltreger 145 an, welcher diese Spannung in eine zur Erzeugung einer benötigten Sekundärleistungsspannung geeignete Versorgungsspannung umformt. Ihr Wert liegt regelmäßig konstant zwischen 14 V und 36 V. Dem Schaltregler 145 nachgeschaltet sind ein Demodulator 147 und ein Wechselrichter 148, die beide auch an den P rim är-Leistungsprozessor 146 angeschlossen sind. Der Wechselrichter 148 formt die Ausgangsspannung des Schaltreglers 145 in eine zur Beaufschlagung der Primärspule 147 geeignete, vorzugsweise rechteckförmi- ge Wechselspannung um, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 14 - 36 V beträgt und eine Frequenz von 40 kHz aufweist und über einen Ein/Aus-Schalter 155 an der Primärleistungsspule 1 17 anliegt. Es wird in der Sekundär- Leistungsspule 121 - von Übertragungsverlusten und Phasenverschiebungen ab- gesehen - etwa eine entsprechende Sekundär-Leistungsspannung induziert, die mit Hilfe von Kabeln 142 (auch als Leitung bezeichnet) einer Sekundär- Leistungselektronik SLE (s. Fig. 3) zugeführt wird. Die Sekundär-Leistungsspannung liegt am Eingang 150 eines Gleichrichters 149 an, welcher an seinem Ausgang 151 eine Leistungs-Gleichspannung für die Betätigung der sekundärseitigen, im oder am Flügel vorgesehenen Vorrichtung dient (siehe Fig. 9). Die Leistungsspannung liegt über eine Leitung 152 ebenfalls an einem Sekundärleistungsprozessor 153 an. Dieser misst den anliegenden Span- nungswert und steuert einen Modulator 154, der zwischen die Sekundärspule 121 und den Gleichrichter 149 in die Leitung 152 eingeschaltet ist, an.
Der Modulator 154 erzeugt ein vom Spannungswert abhängiges, amplitudenmoduliertes elektrisches Signal im 2 kHz-Frequenzbereich (2K-Band), welches über die Leitung 142 an der Sekundär-Leistungsspule 121 anliegt.
Dieses amplitudenmodulierte Signal induziert in der Primär-Leistungsspule 1 17 ein sekundär-leistungsspannungsabhängiges Signal, mit welchem über den Demodu- lator 147 der Primärleistungsprozessor 146 angesteuert wird. Letzterer führt hin- sichtlich der Sekundär-Leistungsspannung einen Soll/Istwert-Vergleich durch und steuert den Schaltregler 145 oder den Wechselrichter 148 im Sinne eines Abgleiche. Aufgrund dieser Maßnahme ist sichergestellt, dass sekundärseitig stets die zur Betätigung der flügelseitigen Vorrichtungen erforderliche elektrische Leistung zur Verfügung steht.
Die vorbeschriebenen Ausgestaltungen der Primär- und Sekundär-Leistungs- elektroniken PLE, SLE können in erfinderischer Weise zur Verbesserung des Sabotageschutzes genutzt werden. Es hat sich überraschender Weise gezeigt, dass bereits eine geringe Verlagerung des Bandbolzens 1 12 und dam it auch des Hül- senkerns 141 aus seiner zu den Spulen 1 17, 121 symmetrischen Position zu einer solchen Verstimmung des Systems Primär/Sekundär-Leistungsspule 1 17, 121 und Hülsenkern 141 führt, dass zur Erzielung einer gewünschten sekundärseitigen, elektrischen Leistung eine wesentlich höhere primärseitige, elektrische Leistung erforderlich ist. Ein Ziehen des Bandbolzens zum Zwecke eines Einbruchs oder einer Sabotage kann somit durch Ermittlung der erforderlichen Primärleistung er- fasst und zur Erzeugung eines Alarmsignals an einem Ausgang 156 der Primär- Leistungselektronik genutzt werden. Eine Verbesserung des Einbruchs- und Sabotageschutzes ist aufgrund der vorbeschriebenen Maßnahme daher erzielbar, ohne dass es hierzu eines bidirektionalen Austausche von Kontrolldatenpaketen bedarf.
Bezugszeichenliste:
100 Vorrichtung
1 Bandteil
2, 2' Scharnierteile
3 Abstandsraum
4 Scharnierteil
5 Flügelteil
6, 6' Wandbefestigungsteile
7 Flügelbefestigungsteil
8 Bandbolzen
17 elektrische Leitung
18 Schraubenfeder
19 erste Spule
20 zweite Spule
21 Schraubenfeder
22 elektrische Leitung
38 Primärprozessor
39 Sekundärprozessor
40 Eingang
41 Energieversorgungsquelle
42 Netzteil
43 Einbruchmeldezentrale
44 Anschlüsse
45 Anschluss
46 Anschluss
47 Energieversorgungsquelle
48 Eingang
49 Anschlüsse
50 Gehäuse
51 Gehäuse
52 Wechselrichter
53 Modulator
54, 54' Schaltregler
55 Demodulator
56 Modulator 57 Demodulator
F Flügelrahmen
R Rahmen
S Scharnierachse
PE Primärelektronik
AL Gefahrenmeldeanlage
SE Sekundärelektronik
200 Vorrichtung
101 Rahmenbandteil
102 Bandteil
103 Scharnierteil
104 Scharnierteil
105 Abstandsraum
106 Scharnierteil
107 Flügelbandteil
108 Flügelteil
109 Bolzenaufnahme
1 10 Bolzenaufnahme
1 1 1 Bolzenaufnahme
1 12 Bandbolzen
1 13 Lagerbuchse
1 14 Lagerbuchse
1 15 Lagerbuchse
1 16 Ausnehmung
1 17 Primär-Leistungsspule
1 18 Anschlusskabel
9 Leistungsspannungsversorgung
120 Ausnehmung
121 Sekundär-Leistungsspule 122 Federelement
123 Boden
124 Stirnseite
125 Stirnseite
126 Einschnürung
127 Ausnehmung 128 Signalübertragungsspule 29 Boden
130 Federelement
131 Stirnseite
132 Stirnseite
133 Ausnehmung
134 Signalübertragungsspule
135 Anschlusskabel
36 Primärelektronik
137 Gleitscheibe
138 Gleitscheibe
139 Hülse
140 Einschnürung
141 Hülse
142 Kabel
143 Sekundärelektronik
144 Kabel
145 Schaltreger
146 Primär-Leistungsprozessor
147 Demodulator
148 Wechselrichter
149 Gleichrichter
150 Eingang
151 Ausgang
152 Leitung
153 Sekundär-Leistungsprozessor
154 Modulator
55 Schalter
156 Ausgang
F Flügel
S Scharnierachse
w Wand
WD Watchdog
PLE Primär-Leistungselektronik
SLE Sekundär-Leistungselektronik

Claims

Patentansprüche:
Verfahren zur kontaktlosen Übertragung von elektrischer Energie zwischen einer Wand (W) und einem an dieser Wand (W) um eine Scharnierachse (S) scharniergelenkig befestigten Flügel (F), bei dem eine an der Wand (W) befestigte Primär-Leistungsspule (1 17) und eine an dem Flügel (F) befestigte Sekundär-Leistungsspule (121 ) vorgesehen sind, die sich mit Hilfe eines Bandbolzens (1 12) in induktiver Wirkverbindung befinden,
dadurch gekennzeichnet,
dass die in der Sekundär-Leistungsspule (121 ) induzierte Sekundär- Leistungsspannung erfasst und mit einem Sollwert verglichen wird, dass die an der Primär-Leistungsspule (1 17) angelegte Primär-Leistung anhand des Sekundär-Leistungsspannungs-Soll/Istwertvergleich beeinflusst wird,
dass die zum Erzielen des Sollwerts der Sekundär-Leistungsspannung erforderliche Primär-Leistung erfasst wird,
und dass bei Übersteigen einer vorbestimmten Primär-Leistung ein Signal ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Sekundär-Leistungsspannungswert in ein wertabhängig moduliertes elektrisches Signal umgeformt und die Sekundär-Leistungsspule (121 ) mit diesem Signal beaufschlagt wird, so dass in der Primär-Leistungsspule (1 17) ein demodulierbares, sekundärleistungsspannungsabhängiges Signal induziert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das demodu- lierbare, sekundärleistungs-spannungsabhängige Signal demoduliert und eine die Primär-Leistung beeinflussende Einrichtung mit Hilfe des demodulierten Signals angesteuert wird. Vorrichtung (200) zur kontaktlosen Übertragung von elektrischer Energie zwischen einer Wand (W) und einem an dieser Wand (W) um eine Scharnierachse (S) scharniergelenkig befestigten Flügel (F),
mit einer an der Wand (W) befestigten Primär-Leistungsspule (1 17), mit einer an dem Flügel befestigten Sekundär-Leistungsspule (121 ), und mit einem als magnetischer Flussleitkörper zwischen der Primär- Leistungsspule (1 1 7) und der Sekundär-Leistungsspule (121 ) dienenden Bandbolzen (1 12),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung einen sekundärseitigen Modulator (154), welcher die Sekundär-Leistungsspule (121 ) mit einem sekundärspannungsabhängigen, modulierten Signal beaufschlagt,
einen primärseitigen Demodulator (147), welcher das in der Primär- Leistungsspule (1 17) aufgrund des sekundärspannungsabhängigen, modulierten Signals induzierte Signal demoduliert,
eine Einrichtung zur Beeinflussung der Primär-Leistung,
eine Einrichtung zur Ermittlung einer Soll/Istwert-Abweichung der Sekun- där-Leistungsspannung
und eine Einrichtung umfasst, die bei Übersteigen einer vorbestimmten Primär-Leistung ein Signal auslöst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Beeinflussung der Primär-Leistung einen Schaltregler (145) und/oder einen Pulsweitenmodulator aufweisenden Wechselschalter (148) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Ermittlung einer Soll/Istwert-Abweichung der Sekundär- Leistungsspannung in einer einen Primär-Leistungsprozessor (146) umfassenden Primär-Leistungselektronik (PLE) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein die in der Sekundär-Leistungsspule (121 ) induzierte Sekundär-Leistungsspan- nung in eine Gleichspannung umgewandelter Gleichrichter (149) vorgese- hen ist, der zwecks Übermittlung des Gleichspannungswerts mit einem Sekundär-Leistungsprozessor (153) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundär-Leistungsprozessor (153) mit dem Modulator (154) wirkverbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Primär-Leistungselektronik (PLE) einen Wechselrichter (148) um- fasst.
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