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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben in einer Heimautomation, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist zum Schalten einer Schaltleitung, zum Erfassen von Messdaten sowie zum Kommunizieren mit einer Zentrale mittels einer drahtlosen Kopplung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung. Die Vorrichtung ist vorgesehen zum Betreiben in einer Heimautomation. Eine solche Heimautomation wird zunächst betrieben mit Sensoren, die verschiedenste Umgebungsparameter erfassen können wie beispielsweise Bewegung, Windgeschwindigkeit/-richtung, Temperatur uvm. Ferner lassen sich mittels vielfältiger Aktoren beispielsweise Rollläden an Fenstern sowie Thermostatventile an Heizkörpern öffnen und schließen. Die hierfür erforderliche Logik stellt üblicherweise eine Zentrale bereit. Bei der nachfolgend aufgezeigten Vorrichtung handelt es sich gemäß den genannten Komponenten einer Heimautomation primär um einen Aktor und optional um einen Sensor.
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Heimautomation wird auch als Haussteuerung (engl. „SmartHome“) bezeichnet. Eine Heimautomation weist regelmäßig eine erste zentrale Einheit auf, die hier als Zentrale bezeichnet wird. Es können auch zentrale Einheiten vorgesehen sein, die hierarchisch miteinander gekoppelt sind. Ferner lassen sind mit einer Zentraleinheit Komponenten koppeln; wie Sensoren und Aktoren. Derartige Kopplungen können drahtgebunden sein, sind aber heute üblicherweise als drahtlose Verbindungen ausgeführt. Die Komponenten können für einen autonomen Betrieb eingerichtet sein und sowohl die Mittel zur drahtlosen Kommunikation sowie eine autonome Energieversorgung aufweisen (z.B. Batterie o.ä.). Ferner weisen solche Komponenten minimal Bedienelemente auf; wie beispielsweise lediglich einen Taster.
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Die Daten, die die Sensoren mittels der drahtlosen Kommunikation der Zentrale bereitstellen, werden hier zunächst als Messdaten bezeichnet. Grundsätzlich kommunizieren die Komponenten mittels sogenannter Transportdaten gemäß einem Transportprotokoll. Die Messdaten sind demnach in den Transportdaten enthalten. Ferner sind in den Transportdaten sogenannte Anweisungen enthalten. Es ist vorgesehen, dass die Anweisungen gemäß dem Transportprotokoll (Spezifikation) den Komponenten insofern bekannt sind, dass solche Anweisungen eine technische Reaktion auf der Gegenseite bewirken können. Mit anderen Worten handelt es sich bei Transportprotokoll um eine datentechnische Schnittstelle, die vordefinierte Anweisungen umfasst sowie unbestimmte Informationen enthalten kann. Zu diesen unbestimmten Informationen zählen unter anderen die Messdaten, weil in den Messdaten beliebige Daten enthalten sein können, der Größe und dem Umfang nach.
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Besagte Komponenten können platzsparend ausgebildet sein. Aus der
WO 2015/040144 A1 ist beispielsweise ein Detektor bekannt, der signalisiert ob ein Fenster geöffnet oder geschlossen ist. Der Detektor ist derart flach ausgeführt, dass sich dieser zwischen Fenster und dessen Rahmen anordnen lässt.
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Es sind diverse Komponenten bekannt, die unterschiedliche Funktionen von Detektoren und/oder Sensoren aufweisen. Mit diesen Funktionen lassen sich Zustände wie Dämmerung/Licht, Temperatur, Wind (-stärke/-richtung), Bewegung usw. detektieren. Ferner kann eine Komponente als Aktor fungieren und beispielweise einen Schalter in einer Steckdose betätigen. Ein Aktor kann auch ein Leuchtmittel sein, dass so eingestellt wird, dass es in einer eingestellten Farbe, Helligkeit und/oder mit einer Farbtemperatur leuchtet.
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Die drahtlose Kommunikation bietet die Möglichkeit der flexiblen Ortswahl bei der Installation der Komponenten. Die drahtlose Kommunikation kann für kurze Distanzen ausgebildet sein (bis ca. 30 m im Innenbereich). Es sind Lösungen bekannt, die mittels WLAN (IEEE 802.11) kommunizieren. Andere nutzen DECT oder ITU-T G.9959. Mittels der Kommunikation lässt sich eine Komponente mit einer Zentrale koppeln. Mit anderen Worten wird bei der Heimautomation ein Netzwerk ausgebildet.
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In der Zentrale fließen die Informationen und/oder Daten zusammen, die die Komponenten bereitstellen. In selbiger lassen sich verschiedene Auswertungen vornehmen und Szenarien anlegen, mittels derer Aktoren betätigt werden z.B. für das Betätigen von Rollläden, Verschattungen, Berieselungen, Beleuchtungen, Heizungen usw. Mit anderen Worten stellt die Zentrale einen überwiegenden Teil der Logik bereit, die für die Heimautomation benötigt wird. Die Sensoren liefern Eingangswerte und die Aktoren reagieren auf Kommandos.
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Bezüglich der Kommunikation, dem Liefern von Eingangswerten und dem Ausgeben von Kommandos haben sich bereits technische Lösungen etabliert, die hier unter dem Begriff des Protokolls oder des Übertragungsprotokolls zusammengefasst werden. Solche Protokolle heißen z.B. „REST-API“, „ZigBee“ und „Z-Wave ®“. Der Fachwelt der Heimautomation sind diese Begriffe geläufig. Für den Anwender der Heimautomation ist lediglich beachtlich, dass er -dem Protokoll nach- zu seiner Zentrale passende Komponenten verwendet. Der Vorteil der genannten Protokolle ist, dass diese eine Art Norm oder Standard vorgeben, sodass es für die Zentrale nur maßgeblich ist, dass eine Komponente den Standard unterstützt oder nicht. Es sind zentrale Einheiten bekannt, die mehrere Standards unterstützen können.
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Auf der Seite der Zentrale stellt das Protokoll eine Schnittstelle (API=engl. „application interface“) für angrenzende Software bereit. So lassen sich mittels dieser Schnittstelle und Programmierwerkzeugen Funktionen schaffen, die der Zentrale ein logisches Verhalten verleihen. Dieses logische Verhalten ist zumeist so angelegt, dass einem Bediener zwar weitestgehend entgegengekommen wird, dieser aber die entscheidenden Einstellungen noch selbst vornehmen oder ändern kann. Zu diesem Zweck wird dem Bediener üblicherweise eine Bedienoberfläche bereitgestellt.
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Bezüglich der entscheidenden Einstellungen folgen nunmehr Beispiele. Im ersten Fall soll auf die Dämmerung reagiert werden mittels eines Dämmerungssensors (Sensor) und mindestens eines Rollladens (Aktor). Die Komponenten sind Bestandteile der Heimautomation und ließen sich mittels der Bedienoberfläche koppeln. Allerdings ist die Frage, in welchem Zustand der Dämmerung (Helligkeit) der Rollladen schließen oder öffnen soll. Möglicherweise soll das abends und morgens unterschiedlich sein. D.h., dass der Bediener letztlich in der Lage ist oder sein sollte hier eine Feinabstimmung vorzunehmen, auf die es ankommt, damit seinen Bedürfnissen entsprochen wird. In einem anderen Fall geht es um eines elektrisches Heizgerät, das mittels eines Temperatursensors gesteuert werden soll. Hier könnte eine schaltbare Steckdose zum Einsatz kommen. Neben der Einstellung der Umschalttemperaturen (z.B. zwei aufgrund der zu bevorzugenden Schalt-Hysterese) kann der Bediener möglicherweise das Schaltverhalten wählen, ggf. aus vorgegebenen. In einem letzten Fall soll in eine Steuerung der untertägige Stand und Neigungswinkel der Sonne einfließen, der sich unter Hinzunahme von Datum, Uhrzeit und ggf. des Standortes bestimmen lässt. Aus den Beispielen lässt sich entnehmen, dass Schwellwerte eine Rolle spielen, aber auch Funktionen die eine Logik bereitstellen (z.B. Schalthysterese, Kalender) und die ggf. auf Datenbanken oder auf Schnittstellen im Internet zurückgreifen können.
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Bezüglich der Kategorie von Aktoren (z.B. schaltbare Steckdosen) ist bereits ein breites Spektrum bekannt. Bei Aktoren ist regelmäßig von einer eingerichteten Energieversorgung (z.B. Netzteil) auszugehen, weil ein Aktor im Normalfall eine Leistung erbringt (verschiedenster Art). Im Fall eines Rollladens kann z.B. ein elektrischer Motor vorgesehen sein. Bekannt sind für die Heimautomation Komponenten, die sich in herkömmlichen (Aufputz/Unterputz) Schalterdosen unterbringen lassen (Durchmesser: 60 mm; Höhe: 42 mm oder 63 mm). Mittels solcher Komponenten kann es möglich sein, z.B. das Licht in einem Raum ein- oder auszuschalten mit Hilfe einer Anweisung, die die Zentrale an die Komponente sendet. Es kann das technische Problem auftreten, dass in einer Schalterdose (z.B. vorgesehen für 220 V Hausinstallation) lediglich eine Schaltleitung vorzufinden ist.
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D.h. es mangelt daran, dass in der Schalterdose Nullleiter und Phasenleiter (ggf. Schutzleiter) nicht zugleich vorhanden sind, sondern nur einer von beiden Erstgenannten. Damit fehlt eine einfache Voraussetzung dafür, ein Netzteil vorzusehen, das von Nullleiter und Phasenleiter gespeist wird. Das lediglich ein Phasenleiter (alternativ ein Nullleiter) vorliegen kann, hat seine Ursache in einer vereinfachten Form der Hausinstallation, die bei Lichtschaltern sehr gebräuchlich war und heute noch anzutreffen ist. Diese vereinfache Form besteht in einer Zweidrahtleitung, die ausgehend vom Verteilerkasten (Sicherungskasten) knapp unterhalb der Decke bis zur Zimmerlampe geführt wurde. Dort wo ein Schalter vorzusehen war, wurde unterhalb der Decke eine Dose positioniert, und in der Dose einer der beiden Leiter unterbrochen, wobei diese Unterbrechung mittels der Schaltleitung bis hin zum Schalter im übertragenen Sinne verlängert wurde. Das hat zur Folge, dass nur dann Strom durch den Schalter fließt, sofern der Schalter geschlossen ist und ein Verbraucher angeschlossen ist. Der Grund, den Phasenleiter und nicht den Nullleiter zu unterbrechen, ist der, dass die Phase nicht permanent z.B. an der Lampe anliegen sollte.
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In der beschrieben Situation, in der insbesondere kein herkömmliches Netzteil in einer Schalterdose betrieben werden kann, ist es (abgesehen vom Batteriebetrieb) schwierig, eine Komponente zur Heimautomation zu betreiben, weil eine solche einen, wenn auch geringen, Energiebedarf hat.
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Es kann als eine Aufgabe der Erfindung angesehen werden, die im Stand der Technik identifizierte Lücke zu schließen beziehungsweise die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
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Es wird eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 14. In den abhängigen Ansprüchen sind Ausführungsformen der aufgezeigten Ausgestaltungen dargestellt.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung ist eine Vorrichtung vorgeschlagen zum Betreiben in einer Heimautomation eingerichtet zum Schalten einer Schaltleitung, zum Erfassen von Messdaten sowie zum Kommunizieren mit einer Zentrale mittels einer drahtlosen Kopplung. Die Vorrichtung weist einen ersten Anschluss sowie einen zweiten Anschluss zum Schalten, d.h. zum Unterbrechen beziehungsweise Verbinden der Schaltleitung zwischen den beiden Anschlüssen auf. Ferner weist die Vorrichtung auf ein Widerstandselement, eingerichtet zum Erzeugen einer Spannungsdifferenz über dem Widerstandselement. Zudem weist die Vorrichtung auf ein Schaltelement mit zwei Steuerkontakten und mit mindesten zwei Arbeitskontakten, wobei ein erster Arbeitskontakt -der zwei Arbeitskontakte- mit dem ersten Anschluss gekoppelt ist, wobei ein zweiter Arbeitskontakt -der zwei Arbeitskontakte- mit dem Widerstandselement einerseits und das Widerstandselement andererseits dem zweiten Anschluss gekoppelt ist. Die Vorrichtung weist ferner ein Speicherelement auf, das eingerichtet ist, aus der Spannungsdifferenz einen Energievorrat zu gewinnen, d.h. die Spannungsdifferenz bei einem Stromfluss durch die Schaltleitung zwischen dem ersten und zweiten Anschluss und insbesondere die Spannungsdifferenz über dem Widerstandselement. Zudem weist die Vorrichtung auf ein Steuerelement, das eingerichtet ist, den Steuerkontakten des Schaltelementes eine Steuerspannung bereitzustellen. Das Speicherelement ist eingerichtet, mittels des Energievorrates eine Betriebsspannung insbesondere dem Steuerelement bereitzustellen. Das Steuerelement ist eingerichtet, die drahtlose Kopplung herzustellen, und ferner eingerichtet, mittels der drahtlosen Kopplung Transportdaten gemäß einem Transportprotokoll zu empfangen und/oder zu versenden. Die Transportdaten sind eingerichtet, mindestens eine Anweisungen und/oder mindestens eine Information zu übertragen, wobei eine Anweisung vordefiniert ist und eine Information unbestimmt ist. Das Steuerelement ist ferner eingerichtet, in Folge einer empfangenen Anweisung dem Schaltelement an den Steuerkontakten eine unterschiedliche Steuerspannung bereitzustellen.
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Mit anderen Worten macht sich die Idee eine Spannungsdifferenz bei Stromfluss, d.h. nur bei eingeschalten Verbraucher, zu Nutze, um als Teilnehmer (engl. „dient“, Sensor/Aktor) in einer Heimautomation fungieren zu können. In der aufgezeigten ersten Ausführungsform gelingt zumindest ein Ausschalten des Verbrauchers. Mit einem angelegten Energievorrat ist ferner ein Einschalten möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung ist das Schaltelement -gemäß der Funktionsweise eines Relais- derart ausgeführt, dass mittels der Steuerspannung, anliegend an den zwei Steuerkontakten, eine Verbindung zumindest zwischen dem ersten Arbeitskontakt und dem zweiten Arbeitskontakt hergestellt beziehungsweise getrennt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung ist das Schaltelement entweder bistabil oder monostabil ausgeführt, wobei das bistabil ausgeführte Schaltelement vorgesehen ist zum Ersetzen eines herkömmlichen Schalters, Schalttasters oder Wechselschalters zwischen dem ersten und zweiten Anschluss, wobei für das Ersetzen des Wechselschalter das Schaltelement dementsprechend einen dritten Arbeitskontakt aufweist, wobei ein monostabil ausgeführtes Schaltelement vorgesehen ist zum Ersetzen eines herkömmlichen Tasters zwischen dem ersten und zweiten Anschluss.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung ist selbige eingerichtet für die Verwendung in einer elektrischen Hausinstallation derart, dass der erste und der zweite Anschluss zum Schalten eines sogenannten Phasenleiters in einem 220 V Wechselstromnetz eingerichtet sind zum Ersetzen eines herkömmlichen Schalters, Schalttasters oder Wechselschalters, oder derart, dass der erste und der zweite Anschluss zum Tasten einer Schaltleitung für das Betätigen eines Schaltrelais mittels Niedrigspannung eingerichtet sind, wobei das Schaltrelais eingerichtet ist, einen Stromkreis des 220 V Wechselstromnetzes zu schalten.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung ist selbige eingerichtet zur Installation in herkömmlichen Schalterdosen, und das insbesondere in solchen Schalterdosen, in denen kein Nullleiter, sondern ausschließlich der Phasenleiter -eingerichtet als Schaltleiter zu fungieren- vorhanden ist, wobei solche Schalterdosen für Lichtschalter/- taster vorgesehen sind.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung weist selbige ein Bedienelement an einem ersten Taster auf, wobei der erste Taster mit dem Steuerelement elektrisch gekoppelt ist und wobei das Steuerelement ferner eingerichtet ist, aufgrund einer Bedienhandlung an dem Bedienelement dem Schaltelement eine unterschiedliche Steuerspannung bereitzustellen, wobei das Bedienelement mit einem zweiten Taster mechanisch gekoppelt ist und das Schließen des zweiten Taster vorgesehen, ist eine Spannungsdifferenz auszubilden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung ist die unterschiedliche Steuerspannung derart ausgebildet, dass das Schaltelement die Verbindung zwischen den zwei beziehungsweise drei Arbeitskontakten ändert -d.h. schaltet-.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung ist das Speicherelement eingerichtet, mittels eines physikalischen Energiespeichers -Ultra-/Superkondensator- einen ersten Energievorrat in einer ersten Ladezeit zu gewinnen, wobei die erste Ladezeit kleiner oder gleich der Ladezeit des physikalischen Energiespeichers ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung ist das Speicherelement eingerichtet, mittels eines zusätzlichen Energiespeichers einen zweiten Energievorrat in einer zweiten Ladezeit im zeitlichen Anschluss an die erste Ladezeit zu gewinnen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung ist das Steuerelement eingerichtet, zumindest den ersten Energievorrat des Speicherelementes zu detektieren und bei Unterschreiten eines Schwellwertes dem Schaltelement die unterschiedliche Steuerspannung bereitzustellen im Wesentlichen in der Dauer der ersten Ladezeit, sodass mittels der Spannungsdifferenz der erste Energievorrat gewonnen werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung ist selbige eingerichtet, ein Ereignis zu detektieren aufgrund dem, die Vorrichtung dazu übergeht, den ersten des ersten Energievorrates zu gewinnen, indem vorgesehen ist, dass die erste Ladezeit beginnt, wobei das Ereignis ein sprunghafter Anstieg der Spannungsdifferenz ist -Spannungssprung-.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung ist das Schaltelement ein Relais und das Relais bezüglich der Beschaltung der Arbeitskontakte so ausgeführt wie ein solcher herkömmlicher Schalter, der zum Ersetzen vorgesehen ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung ist das Schaltelement mittels mindestens einem Halbleiterbauelement ausgeführt-Feldeffekttransistor, Thyristor- und derart ausgebildet, dass es hinsichtlich seiner Funktionsweise der des Relais ähnelt oder gleicht.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung weist selbige ein Sicherungselement auf, das eingerichtet ist, einen kritisch hohen Stromfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss zu detektieren und selbigen autonom zu unterbrechen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung weist die Vorrichtung ein Dimmelement auf, das eingerichtet ist, eine über die Schaltleitung übertragene elektrische Leistung mehrstufig und/oder stufenlos einzustellen zwischen einer minimalen Leistung und einer maximalen Leistung, wobei das Dimmelement entweder mittels dem Steuerelement und dem Schaltelement oder dem Steuerelement und einem zusätzlichen Schaltelement ausgebildet ist, wobei das zusätzliche Schaltelement in Reihe zu dem Schaltelement geschalten ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist ein Verfahren vorgeschlagen zum Betreiben oder betrieben mittels einer vorhergehend aufgezeigten Vorrichtung, aufweisend die Schritte:
- einen stromlosen Betrieb der Schaltleitung, dem folgend
- ein Schalten des zweiten Tasters oder des Schaltelementes in einen stromführenden Betreib der Schaltleitung
- und danach gewinnen eines Energievorrates mittels einer Spannungsdifferenz,
- wobei der Energievorrat angelegt wird, zum Betreiben eines Steuerelementes,
- wobei das Steuerelement betrieben wird
- zum Empfangen einer Anweisung sowie zum Schalten des Schaltelementes,
- wodurch das Schalten des Schaltelementes von dem stromführenden in den stromlosen Betrieb und umgekehrt aufgrund der Anweisung erfolgt.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Energievorrat in einer ersten Ladezeit kurzzeitig angelegt und zum Betreiben des Steuerelementes über mehrere Wochen aufgebraucht.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Energievorrat kontinuierlich geprüft und bei Unterschreiten eines Schwellwertes wechselt das Schaltelement über die Dauer der ersten Ladezeit in den stromführenden Betreib der Schaltleitung, ausgehend vom stromlosen Betreib der Schaltleitung.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens überträgt das Steuerelement entweder auf Anweisung oder autonom mittels der drahtlosen Kopplung in den Transportdaten mindestens eine Information zum Zustand der Vorrichtung.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird kontinuierlich geprüft und bei Unterschreiten eines Schwellwertes überträgt das Steuerelement mittels der drahtlosen Kopplung in den Transportdaten mindestens eine Information zum Zustand der Vorrichtung, worauf hin an den Bediener ein Hinweis erfolgt, der besagt, dass das Bedienelement zu betätigen ist.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens weist der Hinweis eine Abfrage derart auf, ob ein Betätigen mittels der Vorrichtung veranlasst werden soll, worauf hin bejahendenfalls die Steuerspannung gewechselt wird für ein kurzes Zeitintervall.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen erläutert. Hierzu zeigen:
- 1 Heimautomation inkl. Vorrichtung und Zentrale
- 2 Schaltbild der Vorrichtung
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In der 1 ist beispielhaft eine Heimautomation 1 gezeigt mit einer Zentrale 3 und mit einer Vorrichtung 2. Zwischen der Zentrale 3 und der Vorrichtung 2 ist eine drahtlose Kopplung 4 ausgebildet zum Senden 41 und zum Empfangen 42 von Transportdaten. Die Vorrichtung 2 weist ein Steuerelement 9 sowie ein Speicherelement 12 auf. Das Steuerelement 9 übernimmt die Aufgabe, zunächst mit der Zentrale 3 mittels der drahtlosen Kopplung 4 zu kommunizieren (Senden 41, Empfangen 42) und zudem das Speicherelement 12 zur Energieversorgung 10 zu nutzen.
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Hierfür weist das Speicherelement 12 einen ersten Energievorrat 13 auf und ggf. einen zweiten Energievorrat 14. Das Speicherelement 12 ist eingerichtet, zumindest den ersten Energievorrat 13 anzulegen. Es kann vorgesehen sein, dass das Speicherelement 12 mittels einer Datenleitung 11 dem Steuerelement 9 Messdaten 11 bereitstellt. Bei den Messdaten 11 kann es sich um mindestens einen Zustand eines Energievorrates handeln (13,14). Ferner können betriebswesentliche Informationen bezüglich der Vorrichtung 2 bereitgestellt sein (z.B. Stromfluss). Die Datenleitung 11 zwischen dem Steuerelement 9 und Speicherelement 12 ist insofern bidirektional angezeigt, da hier ein Datenaustausch erfolgen oder eine Steuerung des Speicherelementes 12 durch das Steuerelement 9 stattfinden kann. Denkbar ist, dass Ladeverhalten des Speicherelementes 12 einzustellen.
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Anhand der 2 soll der Aufbau der Vorrichtung 2 mit einem Schaltbild veranschaulicht werden. Es kann vom dem Nullleiter N und dem Phasenleiter P ausgegangen werden. An dem Nullleiter N ist ein Verbraucher 21 (z.B. Lampe angeschlossen. Es ist der erste Anschluss 51 und der zweite Anschluss 52 vorgesehen. Zwischen diesen beiden Anschlüssen, wäre in einer Ausgangssituation ein Schalter vorgesehen (ggf. Taster) zum Ein- bzw. Ausschalten des Verbrauchers. Die Vorrichtung 2 ist ausgebildet, einen solchen Schalter in einer Schaltleitung 5 zu ersetzen zwischen dem ersten Anschluss 51 und dem zweiten Anschluss 52.
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Die Funktion des Schalters wird nunmehr durch das Schaltelement 8 bereitgestellt. Damit kommt in Betracht, das Schaltelement 8 bei Bedarf auch „Fernzubedienen“, was ein erstes Plus der Vorrichtung 2 für die Verwendung in einer Heimautomation ist. Für das Betreiben des Schaltelementes 8 ist allerdings eine elektrische Quelle erforderlich. Eine Solche könnte durch eine Batterie bereitgestellt sein, was z.B. wegen der Notwendigkeit des Auswechselns nicht sonderlich komfortabel ist. Als elektrische Quelle ist hier das Speicherelement 12 vorgesehen und insbesondere der erste Energievorrat 13.
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Es kommt darauf an, den ersten Energievorrat 13 anzulegen, wozu ein Widerstandselement 6 eingerichtet ist, über dem (im stromführenden Fall) eine Spannungsdifferenz 7 vorliegt. Denkbar ist eine Spannungsdifferenz zu nutzen ab ca. 100 mV. Mittels bekannter hocheffizienter Ladeschaltungen (sog. engl. „energy harvesting circuits“), kann eine Spannung gewonnen werden, die sich eignet, z.B. einen physikalischen Energiespeicher 13 (sog. engl. „super cap(acity)“) aufzuladen. Dazu genügen bereits wenige Sekunden (ca. 5 sec), wobei auch von Zeiten im Bereich von Millisekunden die Rede ist. Der physikalischen Energiespeicher 13 ist geeignet, einen ersten Energievorrat 13 anzulegen für einen Betrieb der angedachten Schaltung (Vorrichtung 2; insbes. Schaltelement 8, Steuerelement 9) über mehrere Wochen. Gemeint ist die erste Ladezeit. Mit anderen Worten zeichnet sich ein solcher physikalische Energiespeicher 13 (Ultracap, Supercap) durch eine deutlich höhere Leistungsdichte als die einer Batterie aus (ungefähr 10.000 W/kg).
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Ein zweiter Energievorrat 14 kann als herkömmlicher Akku ausgeführt sein, der aufgeladen wird, sofern der erste Energievorrat 13 angelegt ist. Es kann vorgesehen sein, dass das Speicherelement 12 zur Energieversorgung 10 eines Steuerelementes 9 den ersten Energievorrat 13 und/oder den zweiten Energievorrat 14 nutzt. In dem Beispiel soll mittels der Datenleitung 11 das Speicherelement 12 dem Steuerelement 9 Messdaten dazu liefern können, wie hoch der Energievorrat ist und ggf. dazu, welche Spannungsdifferenz 7 anliegt beziehungsweise welcher Strom (folglich) durch das Widerstandselement 6 fließt. Damit ist auch die Leistung erfassbar, die der Verbraucher 21 aufnimmt, was wiederum eine Erfassung eines Verbrauchs des Verbrauchers 21 ermöglicht. Das Steuerelement 9 wäre somit ausgestattet, die Messdaten 11 nicht nur für interne Zwecke (Steuerung/Regelung) zu nutzen, sondern diese Messdaten 11 auch an die Zentrale 3 zu versenden 41. Das Steuerelement 9 ist hierfür mit einem Kommunikationselement 91 ausgeführt. Letzteres ist eingerichtet die drahtlose Kopplung herzustellen usw. In einer konkreten Ausgestaltung kann das Kommunikationselement 91 ein sog. „Z-Wave-Modul“ sein. Selbiges könnte alternativ dazu das das Steuerelement 9 bereitstellen.
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Hinsichtlich der Arbeitsweise der Vorrichtung 2 ist zunächst die Situation zu betrachten, in der der Energiespeicher 12, derart aufgeladen ist, dass das Steuerelement 9 betrieben werden kann. Dabei kann das Steuerelement 9 eine Anweisung von der Zentrale erhalten oder auf eine Bedienhandlung reagieren, die unmittelbar an der Vorrichtung 2 an dem Bedienelement 20 (Taster) vorgenommen wird. D.h. in Folge der Anweisung und/oder der Bedienhandlung wird die Steuerspannung des Schaltelements 8 (im weitesten Sinne) gewechselt. Gemeint ist das zwischen dem ersten Steuerkontakt 81 und dem zweiten Steuerkontakt 82 eine Spannung angelegt wird und zwar kurzzeitig.
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Dieses kurzzeitig betrifft das Schaltelement 8 bezüglich der konkreten Ausgestaltung. Sofern es darum geht, in der Schaltleitung einen herkömmlichen Schalter zu ersetzen, dessen Schaltzustand damit stabil ist, bietet es sich an, ein bistabiles Schaltelement 8 (z.B. bistabiles Relais) einzusetzen. Es lassen sich auch Um- und Wechselschalter ersetzen, sofern beispielsweise eine Kreuz- und/oder Wechselschaltung vorliegt. Dem bistabile Schaltelement 9 wird derart kurzzeitig eine Schaltspannung bereitgestellt, die für einen Zustandswechsel des bistabilen Schaltelementes 9 ausreichend ist.
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In dem Beispiel sind drei Arbeitskontakte (83,84,85) vorgesehen. Insofern sind ein Schalter und ein Umschalter gezeigt. Bei einem Kreuzschalter wäre ein vierter (nicht gezeigter) Arbeitskontakt eingerichtet und Relais dementsprechend ausgeführt.
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Ein etwas anders geartete Einsatzmöglichkeit ist die, das im Verteilerkasten sog. Umschaltrelais eingerichtet sind, die die Schaltleitung schalten. In der eigentlichen Schalterdose befinden sich dann lediglich ein Taster (ähnlich wie bei einer Zeitschaltung in einem Treppenhaus), der üblicherweise mit einer niedrigen Spannung (12 V, 24 V) betrieben wird. Das Betätigen des Tasters hat zur Folge, dass das Umschaltrelais (bistabil) den Zustand wechselt. Mittels dem Beschriebenen kann auf Kreuz-/Wechselschaltungen verzichtet werden. Worauf es ankommt, ist, dass in der Schalterdose nicht ein Schalter, sondern ein Taster zu ersetzen ist. Dem vorzugsweise zu verwendenden Schaltelement 8 wird derart kurzzeitig eine Schaltspannung bereitgestellt, die für einen Zustandswechsel des Umschaltrelais ausreichend ist.
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Aus Gründen der Sicherheit kann in der Schaltleitung 5 eine Sicherung 19 und/oder ein Dämpfelement 18 vorgesehen sind. Letzteres ist vorgesehen, um Stromspitzen zu kompensieren.
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Ein zweiter Taster 16 kann beispielsweise eingerichtet sein, um ein Aufladen des Speicherelementes 12 bei vollständiger Entladung zu ermöglichen. In dem besagten Zustand ist nämlich jegliche Elektronik wirkungslos. Um kein separates Bedienelement für den zweiten Taster 16 vorzusehen, kann eine mechanische Kopplung 17 eingerichtet sein. Diese mechanische Kopplung 17 kann unterschiedlicher Gestallt sein. Eine erste Möglichkeit ist eine direkte Verbindung. Eine zweite Möglichkeit kann in diversen gestuften Schaltfolgen gehen werden (erst schließt 15 danach 16; oder erst schließt 16, danach öffnet 16 und 15 schließt).
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Die vollständige Entladung des Speicherelementes 12 (insbes. erster Energievorrat 13) ist ein Zustand, der zu beachten ist. Technisch wäre das Steuerelement 9 grundsätzlich dazu in der Lage, bei Erkennen dieses Zustandes (abgesehen von der ersten Inbetriebnahme), das Schaltelement 8 einzuschalten, sodass die Schaltleitung 5 Strom führt usw. Aus Sicherheitsgründen ist es allerdings bedenklich, dass am Verbraucher 21 unkontrolliert Strom/Spannung anliegt. Insofern kann es darauf ankommen, dass zumindest am Einschalten ein Bediener aktiv mitwirkt.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Bediener darüber informiert wird, dass der Zustand des Speicherelementes 12 (insbes. erster Energievorrat 13) kritisch ist. D.h. es kann der Ladezustand (z.B. Spannung) gegenüber einem Schwellwert geprüft werden und ggf. der Bediener die Nachricht erhalten, dass in einem Raum der Lichtschalter zu betätigen ist. Es ist denkbar, dass der Bediener die Nachricht nutzen kann, um ein Betätigen des Lichtschalters mittels der Zentrale 3 simultan zu bewirken. In Folge dessen würde das Steuerelement 9 veranlassen, das die Steuerspannung des Schaltelements wechselt derart, dass für ca. 5 sec ein Strom durch die Schaltleitung fließt. Ferner ist es denkbar, dass eine vom Bediener vorgenommene Einstellung zur Folge hat, dass stets ein Betätigen des Lichtschalters simultan erfolgen soll.
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Es kann vorgesehen sein, dass überwiegend Halbleiterbauelemente zum Einsatz kommen. Mit diesen lassen sich z.B. das Schaltelement 8 sowie das Widerstandselement 6 ausbilden. Ein Schalten vergleichsweiser hoher Leistungen ist mit Feldeffekttransistoren (FET) oder Thyristoren möglich. Bei dem Schaltelement 8 kann ein Relais zum Einsatz kommen, wobei auch sog. Halbleiterrelais bekannt sind.
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Soweit sich das nicht bereits aus dem Zusammenhang ergibt, ist die Vorrichtung 2 vorgesehen zur Montage in einer herkömmlichen (Aufputz/Unterputz) Schalterdose. D.h., dass in einer konkreten Ausgestaltung äußerlich Klemmen für den ersten Anschluss (51) und für den zweiten Anschluss (52) vorgesehen sind sowie ein Bedienelement (20). Ferner wird der Gegenstand Mittel zum Befestigen (in der Dose) aufweisen sowie die erforderlichen Bauteile in einem Gehäuse.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Heimautomation
- 2
- Vorrichtung (Sensor/Aktor)
- 3
- Zentrale
- 4
- drahtlose Kopplung
- 41
- Senden Transportdaten
- 42
- Empfangen Transportdaten
- 5
- Schaltleitung
- 51
- erster Anschluss
- 52
- zweiter Anschluss
- P
- Phasenleiter
- N
- Nullleiter
- 6
- Widerstandselement
- 7
- Spannungsdifferenz
- 8
- Schaltelement
- 81
- erster Steuerkontakt
- 82
- zweiter Steuerkontakt
- 83
- erster Arbeitskontakt
- 84
- zweiter Arbeitskontakt
- 85
- dritter Arbeitskontakt
- 9
- Steuerelement
- 91
- Kommunikationselement
- 10
- Betriebsspannung / Energieversorgung
- 11
- Datenleitung / Messdaten
- 12
- Speicherelement
- 13
- erster Energievorrat
- 14
- zweiter Energievorrat
- 15
- erster Taster
- 16
- zweiter Taster
- 17
- Kopplung
- 18
- Dämpfelement
- 19
- Sicherungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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