DE19819127A1 - Heizungssteuerungssystem - Google Patents

Abstract

Ein Heizungssteuerungssystem für eine Wohneinheit weist für die einzelnen Heizkörper batterie- oder akkumulatorbetriebene Ventilsteuereinheiten auf, die über Funk von einer übergeordneten Steuereinrichtung entsprechend dort gespeicherter Heizprogramme einzeln oder gruppenweise angesteuert werden. Von den Ventilsteuereinheiten betätigte, mit einem Stellmotor (6) ausgerüstete Ventilstelleinsätze sind zwischen Heizkörperventil und Thermostatkopf montiert und sperren das Heizkörperventil oder geben es zur Betätigung durch den Thermostatkopf frei. Die übergeordnete Steuereinheit sendet Datentelegramme für die Ventilsteuereinheiten nur innerhalb von schmalen Zeitschlitzen, die mit gleichen Abständen voneinander, in einem Zeitraster angeordnet sind, welches gegenüber der Normalzeit festgelegt und für jede einzelne übergeordnete Steuereinrichtung charakteristisch ist. Zeitschaltungen (7) in den Ventilsteuereinheiten schalten diese nur während der Sendezeitschlitze aktiv. Die Zeitschaltungen werden durch den Empfang der Datentelegramme mit dem Sendezeitraster synchronisiert. Anfangssynchronisation und Eingabe von für die übergeordnete Steuereinheit und die von der Ventilsteuereinheit auszuführenden Funktionen charakteristischen Adressen erfolgen vor der Montage an der übergeordneten Steuereinheit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Einrichtung ist z. B. aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 195 48 186 A1 bekannt. Mit ihr können einzelne Heizkörper oder Heizkörpergruppen unabhängig von einer vorhandenen zentralen Heizungsregelung geregelt oder ein- oder ausgeschaltet werden und damit einzelne Räume eines zentralbeheizten Gebäudes nach unterschiedlichen, voreingestellten Programmen beheizt werden. Dies ermöglicht z. B. Schichtarbeitern, den Temperaturverlauf in den von ihnen benutzten Räumen ihrem individuellen Lebensrhythmus anzupassen oder Urlaubern, die Heizkosten während ihrer Abwesenheit niedrig zu halten, ohne ein Risiko hinsichtlich einer Unterkühlung der Wohnung mit eventuellen Frostschäden in Kauf nehmen zu müssen.

Eine weitere bekannte Einrichtung der o.g. Art ist in "Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau", 18. Auflage (1995), Springer-Verlag, Berlin - Heidelberg, auf Seite M35, im Zusammenhang mit Bild 39 wiedergegeben.

Bei den vorstehend erwähnten, bekannten Einrichtungen muß die Eingabe der verschiedenen Heizprogramme und auch die Umschaltung zwischen diesen an Ventilsteuereinheiten der einzelnen Heizkörper manuell vorgenommen werden. Alle Ventilsteuereinheiten müssen deshalb mit zur Programmspeicherung geeigneten Schaltuhren mit für die Eingabe erforderlichen Bedienelementen und Anzeigeeinrichtungen ausgestattet sein, was einen erheblichen Aufwand bedeutet. Die Bedienelemente und Anzeigeeinrichtungen befinden sich unmittelbar am Heizkörper und damit häufig an Stellen im Raum, an denen die Anzeigeeinrichtungen wegen ungünstigen Blickwinkels und/oder mangelnder Beleuchtung schlecht ablesbar sind. Überdies befinden sich die Bedienelemente im Zugangsbereich von Kindern, was die Gefahr in sich birgt, daß die eingestellten Werte und Programme durch Herumspielen an den Bedienelementen geändert werden, sofern nicht besondere Schutzmaßnahmen wie z. B. verschließbare Abdeckungen vorgesehen werden. Generell erfordert die Programmumschaltung bei den bekannten Einrichtungen Schalthandlungen an allen Heizkörpern, was, verglichen mit der Umschaltung eines Heizprogrammes an zentraler Stelle, ziemlich umständlich ist, insbesondere dann, wenn hierzu Abdeckungen entfernt werden müssen. Die Gefahr, daß, z. B. vor der Abreise in den Urlaub, bei einem Heizkörper die Umstellung vergessen wird und die erwartete Heizkostenersparnis nicht eintritt, ist nicht gering.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb eine Einrichtung der eingangs genannten Art, bei der eine Einzelsteuerung von Heizkörpern entsprechend vorgegebener unterschiedlicher Heizprogramme möglich ist, ohne daß zur Eingabe dieser Programme oder zur Umschaltung zwischen diesen Programmen Bedienhandlungen an den Ventilsteuereinheiten der einzelnen Heizkörper vorgenommen und hierzu erforderliche Bedienelemente und Anzeigeeinrichtungen an den Ventilsteuereinheiten vorgesehen werden müssen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Da die Ventilsteuereinheiten der einzelnen Heizkörper bei der Einrichtung nach der Erfindung durch Datenübertragung von einer übergeordneten Steuereinrichtung aus angesteuert werden, entfällt die Einstellung und Speicherung der Heizprogramme in den einzelnen Ventilsteuereinheiten. Es müssen dort nur Ansteuerungsadressen eingestellt und gespeichert werden, was in der Regel nur einmal, bei Installation der Einrichtung erfolgt und danach nicht mehr verändert wird. Bedienelemente und Anzeigeeinrichtungen werden deshalb nur noch an der übergeordneten Steuereinrichtung benötigt, wo die verschiedenen Heizprogramme eingegeben, gespeichert und umgeschaltet werden können. Diese zentrale Einrichtung kann, vor unbefugtem Zugriff gesichert, z. B. im Kesselraum der Zentralheizungsanlage oder auch an einem für Kinder unzugänglichen Ort in einer Wohnung eines zentralbeheizten Gebäudekomplexes untergebracht sein.

Die Ventilsteuereinheiten können, da nach ihrer Inbetriebnahme kein manueller Zugriff zu ihnen mehr erforderlich ist, in geschlossenen Gehäusen ohne Bedien- und Anzeigeelemente untergebracht werden. Der geringe Platzbedarf der zur Speicherung der Adresse, zum Empfang und zur Decodierung der Datentelegramme und zum Adressenvergleich dienenden Schaltungen und des anstelle der bisher verwendeten programmierbaren Zeitschaltuhr eingesetzten Zeitschaltkreises erlaubt, die Ventilsteuereinheiten erheblich platzsparender als bisher auszubilden, was die Montage an bereits installierten Heizkörpern mit geringem Wandabstand und in Heizkörpernischen erleichtert und die Weiterverwendung vorhandener Thermostatköpfe zur Temperaturregelung ermöglicht. Die Einrichtung nach der Erfindung eignet sich damit insbesondere für die Nachrüstung bestehender Heizungsanlagen und für den Einsatz in einzelnen Wohnungen, unabhängig von einer für das gesamte Gebäude wirksamen zentralen Heizungsregelung. Bei Wohnungswechsel ist die Demontage der Einrichtung und die Mitnahme in die neue Wohnung ohne größeren Aufwand möglich.

Hierin unterscheidet sich die Einrichtung nach der Erfindung auch von bekannten Installationsbus-Lösungen (siehe z. B. Prospekt der Fa. Siemens AG "instabus EIB", Seite 4), welche neben der zentralen Steuerung vieler anderer in einem Haus installierbarer technischer Anlagen und Geräte auch die Einzelraumsteuerung bei der Heizung vorsehen. Derartige Lösungen steuern Ventile in den Heizungszuleitungen abhängig von Temperatursensoren in den zu heizenden Räumen. Neben einer besonderen Verlegung der Heizungszuleitungen setzen sie ein aufwendiges Netz elektrischer Steuer- Meß- und Versorgungsleitungen im gesamten Gebäude voraus und eignen sich deshalb nur für Neubauten.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Einrichtung nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben:
So sieht eine in Patentanspruch 2 beschriebene Weiterbildung der Einrichtung nach der Erfindung eine Übertragung der Datentelegramme über Funk vor. Eine derartige Übertragung, die eine Installation von Steuerleitungen erspart, kann im Bereich einer Wohnung oder eines Gebäudes problemlos, z. B. im UHF-Bereich, mit einer etwa der Sendeleistung von schnurlosen Telefonen entsprechenden Sendeleistung stattfinden. Die geringe zu übertragende Datenmenge erlaubt bei Übertragung vorzugsweise binär codierter Adressen und Steuerbefehle als Modulation einfachste Amplituden- oder Frequenzumtastung.

Eine in Patentanspruch 3 wiedergegebene Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Datentelegrammübertragung innerhalb vorgegebener Zeitschlitze vor. Durch Anordnung der Zeitschlitze an für jede übergeordnete Steuereinrichtung unterschiedlichen charakteristischen Positionen eines vorgegebenen Zeitrasters ist dabei sichergestellt, daß sich in der Nähe voneinander befindliche übergeordnete Steuereinrichtungen auch bei Benutzung derselben Frequenz nicht stören. Durch Koppelung der Zeitschaltung der übergeordneten Steuereinrichtung mit einem Zeitzeichenempfänger werden Zeitumstellungen (z. B. Winter-/Sommerzeit) automatisch übernommen und selbsttätiges Wiederanfahren der übergeordneten Steuereinrichtung im vorgegebenen Zeitraster nach einem etwaigen Stromausfall ermöglicht.

Nachdem die Stromversorgung der Ventilsteuereinheiten und Stellmotoren bei Fehlen einer Drahtverbindung aus Batterien oder Akkumulatoren erfolgen muß, ist es wichtig, den Stromverbrauch dieser Schaltungen und Bauelemente zu minimieren, damit ein Ersatz der Batterien oder ein Wiederaufladen der Akkumulatoren möglichst selten erforderlich ist. Eine in Patentanspruch 4 beschriebene Ausgestaltung der Einrichtung nach der Erfindung sieht deshalb die Abschaltung aller entbehrlichen Stromverbraucher der Ventilsteuereinheiten außerhalb von Zeitintervallen vor, die die Zeitschlitze, in denen die Datentelegrammübertragung stattfindet, enthalten und deren Dauer nur wenig größer als die der Zeitschlitze selbst bemessen zu sein braucht. Hierzu in allen Ventilsteuereirheiten erforderliche, mit der Zeitschaltung der übergeordneten Steuereinheit synchron laufende Zeitsteuerungen werden durch Zeitschaltkreise mit extrem niedrigem Stromverbrauch, wie sie etwa in Uhren zum Einsatz kommen, gebildet.

Eine in Patentanspruch 5 wiedergegebene Weiterbildung der Einrichtung nach der Erfindung betrifft die Codierung der Adressen der Ventilsteuereinheiten. Vorzugsweise werden zur Sicherstellung der eindeutigen Zugehörigkeit dieser Adressen zu einer übergeordneten Steuereinheit die fünf letzten Ziffern einer im Bereich der übergeordneten Steuereinrichtung vergebenen Telefonnummer benutzt. Diese sind in jeder Adresse zusammen mit einer internen Kennzahl, die die jeweilige Adresse von anderen Adressen innerhalb der Einrichtung unterscheidet, enthalten.

Patentanspruch 6 sieht zusätzlich eine mehrstellige, frei wählbare Geheimzahl in den verwendeten Adressen vor. Damit kann eine eventuelle böswillige Einflußnahme auf die Heizungssteuerung verhindert werden.

Eine in Patentanspruch 7 wiedergegebene Ausgestaltung der Einrichtung nach der Erfindung sieht für die übergeordnete Steuereinrichtung eine kostengünstige, für sich bekannte speicherprogrammierbare Rechnersteuerung vor, wie sie in gleicher oder ähnlicher Form in vielen technischen Geräten zum Einsatz kommt.

Patentanspruch 8 gibt eine Zusammenstellung von in der übergeordneten Steuereinrichtung vorab gespeicherten Heizprogrammen wieder, deren Vorhandensein sich als sehr zweckmäßig erwiesen hat. Durch das Programm zum automatischen kurzzeitigen Öffnen von Ventilen wird das bekannte Problem des Festsitzens von lange geschlossenen Heizkörperventilen ohne zusätzlichen Aufwand gelöst.

Eine in Patentanspruch 9 beschriebene Ausgestaltung betrifft ein besonders für die Nachrüstung bestehender Heizsysteme geeignetes, zwischen Heizkörperventil und vorhandenen Thermostatkopf zum Schließen und Öffnen des Heizkörperventils einsetzbares Stellglied, dessen Stellmotor über den mit Erreichen der Endstellungen eintretenden Anstieg des von ihm aufgenommenen Stromes ab schaltbar ist. Damit erübrigt sich ein besonderer Abschaltbefehl von der übergeordneten Steuereinrichtung und damit die Aufrechterhaltung der Datenübertragung bis zum Ende einer Ventilbetätigung.

Patentanspruch 10, schließlich, betrifft eine Möglichkeit, die Ventilsteuereinheiten zu programmieren, ohne hierzu Bedienelemente und Anzeigeeinrichtungen an diesen vorsehen oder Eingriffe in die Ventilsteuereinheiten selbst vornehmen zu müssen. Vorzugsweise können zueinander passende Teile einer Steckverbindung an der übergeordneten Steuereinrichtung einerseits und den einzelnen Ventilsteuereinheiten andererseits vorgesehen sein, über die die einzelnen Ventilsteuereinheiten unmittelbar vor ihrer Installation an den Heizkörpern an der übergeordneten Steuereinrichtung programmiert werden können.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung anhand mehrerer Figuren eingehend beschrieben:

Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ventilsteuereinheit,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der übergeordneten Steuereinrichtung,

Fig. 3 den Aufbau eines Datentelegrammes,

Fig. 4 die konstruktive Ausgestaltung eines Ventil - Stelleinsatzes.

In Fig. 1 ist mit 1 ein UHF-Empfänger bezeichnet, der Signale einer übergeordneten Steuereinrichtung (Fig. 2) empfängt, die diese innerhalb von schmalen, in gleichen Abständen aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen aussendet. Die nach HF-Demodulation einem Mikroprozessor 2 zugeführten Signale sind binär codierte Datentelegramme, die von der übergeordneten Steuereinrichtung entsprechend einem dort gespeicherten Heizprogramm, zur individuellen An- und Abschaltung von Heizkörpern einer Wohnung oder eines größeren Gebäudekomplexes ausgegeben werden. Die Funkübertragung erfolgt z. B. mit einer Frequenz von 433 MHZ.

Die dem Mikroprozessor seriell zugeführten Datentelegramme (Fig. 3) enthalten jeweils eine dem anzusteuernden Ventilsteuereinheit zugeordnete Adresse und einen Steuerbefehl und sind mit einem vorausgehenden Startbit, einem nachfolgenden Stopbit und bei Bedarf zusätzlich mit Redundanzbits zur Fehlererkennung oder Fehlerkorrektur versehen. Jeder Datensendung, sei es ein einzelnes Datentelegramm oder eine Folge von Datentelegrammen, gehen eine Anzahl von Synchronisationsbits voraus. Der Mikroprozessor führt die aufgenommene Adresse einem Adressenvergleicher 4 zum Vergleich mit einer oder mehreren, in einem Adressenspeicher 3 unverlierbar abgespeicherten Adressen zu und decodiert den Steuerbefehl. Eine Ansteuerschaltung 5 setzt einen das Heizungsventil antreibenden Stellmotor 6 in der vom Steuerbefehl vorgegebenen Richtung jedoch erst in Betrieb, wenn sie neben dem Steuerbefehl ein Signal des Adressenvergleichers erhält, das die Übereinstimmung der im Datentelegramm enthaltenen Adresse mit einer im Adressenspeicher enthaltenen Adresse anzeigt.

Ein Steckverbinder 9 dient der Eingabe von Adressen in den Adressenspeicher.

Eine quarzstabilisierte Zeitschaltung 7 mit sehr geringer Leistungsaufnahme schaltet die gesamte Ventilsteuereinheit jeweils kurz vor Beginn eines Zeitschlitzes, in denen die übergeordnete Steuereinrichtung Datentelegramme sendet, ein und kurz nach dem Ende dieses Zeitschlitzes wieder aus, indem sie eine von einer Batterie oder einem Akkumulator gebildete Stromquelle 8 an- bzw. abschaltet. Lediglich die Zeitschaltung selbst ist dauernd mit der Stromquelle verbunden. Ist jedoch ein Steuerbefehl eingegangen, der einen Stellvorgang verlangt, so bleiben die Ansteuerschaltung 5 und der Stellmotor 6 so lange mit der Stromquelle verbunden bis der Stellvorgang abgeschlossen ist. Die Abschaltung von Ansteuerschaltung und Stellmotor wird in diesem Fall durch eine in der Figur nicht dargestellte Stromfühlerschaltung veranlaßt, die einen durch Blockieren des Stellmotors am Ende des Stellvorganges hervorgerufenen Stromanstieg zur Erzeugung eines Abschaltimpulses für ein die Stromzufuhr zuvor aufrechterhaltendes Selbsthalteschaltglied verwendet.

Eine in Fig. 1 nicht dargestellte Stromquellenüberwachungsschaltung sorgt in Abständen für ein kurzes akustisches Signal (Piepton) wenn die Versorgungsspannung eine vorgegebene Spannungsschwelle für längere Zeit unterschreitet. Bei Unterschreiten einer noch niedrigeren Spannungsschwelle öffnet die Ansteuerschaltung das Heizkörperventil und schaltet sich anschließend dauerhaft ab.

Um den Synchronlauf zwischen der Folge der Zeitschlitze, in denen die übergeordnete Steuereinrichtung sendet, und der Folge der Zeiträume, in denen die Ventilsteuereinheiten empfangsbereit sind, aufrechtzuerhalten, wird die Zeitschaltung von jedem ersten, in einem Zeitschlitz übertragenen Datentelegramm, das eine in der Ventilsteuereinheit gespeicherte Adresse besitzt, neu getriggert. Nach dem erstmaligen Einschalten einer Ventilsteuereinheit, z. B. nach Neuinstallation oder nach einem Batteriewechsel, bleibt diese zunächst eingeschaltet, bis ein zur Synchronisation geeignetes Datentelegramm von der übergeordneten Steuereinrichtung empfangen und die Zeitschaltung dadurch zur Vorgabe der Empfangszeiträume initialisiert wurde.

In Fig. 2 ist schematisch ein Blockschaltbild der übergeordneten Steuereinrichtung wiedergegeben. Ein Mikrorechner 10 mit zugeordneten Eingabeeinrichtungen 15 und Anzeigeelementen 12 und den zur Ausführung von Rechnerfunktionen und zur Aufnahme unterschiedlicher Heizprogramme erforderlichen Speichern 14 ist mit einem UHF-Sender zur Ausgabe von Datentelegrammen an eine oder mehrere Ventilsteuereinrichtungen (Fig. 1) sowie mit einem Zeitsignalempfänger 13, z. B. einer Funkuhr DCF 77 verbunden. Eine Stromversorgung 16 und ein Steckverbinder 17 sind in einem z. B. zur Wandmontage geeigneten, die gesamte Steuereinrichtung aufnehmenden Gehäuse integriert. Die Eingabeeinrichtung weist neben einem Ein/Ausschalter, der z. B. nur mit einem Schlüssel betätigt werden kann, einen BCD-Drehschalter und verschiedene Tasten zur Eingabe von Zahlen und Steuerfunktionen auf. Als Anzeigeelement ist neben Kontrolleuchten zur Anzeige des Betriebszustandes (Ein/Aus/Störung) ein Display zur Wiedergabe alphanumerischer Zeichenfolgen, wie z. B. Datum, Uhrzeit, Adressen und kurzer Mitteilungen zur Bedienerführung bei der Erstellung von Heizprogrammen und bei der Adresseneingabe in über den Steckverbinder 17 mit der übergeordneten Steuereinrichtung gekoppelte Ventilsteuereinheiten vorgesehen.

Die Datentelegrammausgabe über den UHF-Sender 11 erfolgt in einem Zeitraster, das in einem besonderen Bereich des Speichers 14 in Form einer Folge von absoluten Zeitangaben abgelegt ist. Bei Übereinstimmung einer dieser Zeitangaben mit der Zeit eines quarzstabilisierten, mit dem Zeittakt des Zeitsignalempfängers synchronisierten Zeitgebers wird die Datentelegrammausgabe gestartet und nach Ausgabe einer zur Übertragung der anstehenden Steuerbefehle erforderlichen Anzahl von Datentelegrammen wieder beendet. Die zu übertragenden Steuerbefehle werden dabei durch den Ablauf des gewählten Heizprogrammes vorgegeben. Eventuelle Abweichungen des Zeitgebers von der aktuellen, vom Zeitzeichensender vorgegebenen Zeit, die z. B. nach längerem Stromausfall auftreten können, werden bei Wiederkehr der Netzspannung durch Übernahme der vom Zeitzeichensender gelieferten aktuellen Werte automatisch korrigiert. Ebenso werden Zeitumstellungen und das Tagesdatum, die bei Auswahl und Ausführung von geeigneten Heizprogrammen erforderlich sind, nach Vorgabe des Zeitzeichensenders automatisch berücksichtigt.

Steuerbefehl enthalten. Bei Abarbeitung eines Heizprogrammes wird die Zeitangabe des jeweils nächsten Programmschrittes vom Rechner regelmäßig mit der aktuellen Zeit verglichen. Bei Erreichen oder Überschreiten der Zeitangabe durch die aktuelle Zeit werden die zugehörige Adresse und der Steuerbefehl ausgelesen und zur Ausgabe innerhalb des nächstfolgenden Zeitschlitzes aufbereitet. Die einzelnen Heizprogramme können auch zeitlich festgelegte Sprungbefehle enthalten, die z. B. zu einem vorgegebenen Zeitpunkt einen Übergang zwischen verschiedenen Standard- Heizprogrammen ermöglichen. So kann z. B. am Wochenendbeginn von einem für Arbeitstage erstellten Standardprogramm auf ein Feiertags-Standardprogramm übergegangen werden, nach dem die Heizkörper verschiedener Räume zu einer späteren Tageszeit eingeschaltet werden. Ein Übergang auf ein Urlaubs-Heizprogramm mit reduzierter Heizleistung wird zweckmäßig am Tag der Abreise, manuell eingegeben, während jedoch das Zurückschalten auf ein Standardprogramm vorprogrammiert, rechtzeitig vor der Rückkehr aus dem Urlaub stattfinden sollte, um nicht z. B. bei der Rückkehr eine unterkühlte Wohnung anzutreffen.

Die Eingabe von Standard-Heizprogrammen erfolgt benutzergeführt, durch Eingabe der Schaltzeitpunkte, der Adressen der anzusteuernden Ventilsteuereinheiten oder Gruppen von Ventilsteuereinheiten und der jeweiligen Steuerbefehle (Ein- oder Ausschaltbefehle). Ein Langzeitprogramm, das beispielsweise über ein Jahr hinweg vorprogrammiert ist, kann durch Eingabe einer Folge von Zeitpunkten und Zielprogrammen, auf die zu diesen Zeitpunkten jeweils übergegangen werden soll, erstellt werden und führt zur Aneinanderreihung von Standard-Heizphasen mit vom Benutzer jeweils gewünschter, im allgemeinen unterschiedlicher Dauer. Die Eingabe von Zeitpunkten erfolgt in einem 5- oder 10-Minuten-Raster. Die diesen Zeitpunkten in den Heizprogrammen zugeordneten Steuerbefehle werden im jeweils nächstfolgenden Zeitschlitz an die Ventilsteuereinheiten ausgegeben. Das Zeitraster für die Sendezeitschlitze wird möglichst so festgelegt, daß die Zeitpunkte, zu denen eingegebene Steuerbefehle letztlich ausgeführt werden, nur geringen zeitlichen Abstand zu den eingegebenen Zeitpunkten haben.

Ein übergeordnetes Programm, das parallel zu anderen Programmen vom Rechner abgearbeitet wird, sieht in etwa zweiwöchigem Abstand die Ausgabe von Steuerbefehlen zum Öffnen und Schließen aller Ventile im Verlauf zweier aufeinanderfolgender Zeitschlitze vor. Die Ausgabe dieser Steuerbefehle kann davon abhängig gemacht werden, daß das betreffende Ventil innerhalb eines längeren Zeitraumes zuvor nicht betätigt wurde.

Ein weiteres übergeordnetes Programm veranlaßt, abhängig vom Signal eines in Fig. 2 nicht dargestellten, mit der übergeordneten Steuereinrichtung verbundenen Temperaturwächters, bei extrem niedrigen Temperaturen, die Frostschäden in der Wohnung befürchten lassen, die Ausgabe eines Öffnungsbefehls für alle oder einige ausgesuchte Ventile und, nach einer vorgegebenen Zeit, die Rückkehr zum zuvor eingestellten Programmbetrieb.

Neben den eingespeicherten Programmen gibt es manuell einstellbare, übergeordnete Befehle, die mit Vorrang ausgeführt werden und die zur Inspektion und Wartung der Heizungsanlage erforderlich sind. Diese bewirken beispielsweise, daß alle Ventile dauerhaft geöffnet oder geschlossen bleiben. Derartige Befehle unterbrechen andere laufende Programme, halten jedoch während ihrer Wirksamkeit in einem Langzeitprogramm vorgesehene Programmwechsel fest, damit nach Rückkehr zum Programmbetrieb das Langzeitprogramm an der richtigen Stelle fortgesetzt werden kann.

Fig. 3 zeigt Datentelegramme T1, T2, T3 innerhalb eines Sendezeitschlitzes der übergeordneten Steuereinrichtung. Der Sendezeitschlitz ist t = 2 ms breit und sein Beginn ist gegenüber dem DCF Zeitnormal auf 1 µs genau festgelegt. Der Abstand vom Beginn eines Sendezeitschlitzes zum Beginn des jeweils darauffolgenden Sendezeitschlitzes ist ebenfalls genau festgelegt, vorzugsweise auf 5 oder 10 min oder auch einen anderen ganzzahligen Bruchteil einer Stunde. Damit entsteht ein Zeitraster, innerhalb dessen die Sendezeitschlitze angeordnet sind und das für die übergeordnete Steuereinrichtung innerhalb eines über die doppelte maximale Reichweite ihres Senders hinausgehenden Ortsbereiches charakteristisch ist und sicherstellt, daß die Sendung der übergeordneten Steuereinrichtung nicht durch Signale einer anderen übergeordneten Steuereinrichtung gestört wird.

Innerhalb eines Sendezeitschlitzes können maximal 10 Datentelegramme ausgesendet werden, jedoch richtet sich die Zahl der im konkreten Fall gesendeten Telegramme nach dem Steuerungsbedarf. Für viele Zeitschlitze wird überhaupt kein Steuerungsbedarf vorliegen. Es wird dann nur ein Datentelegramm ohne konkreten Steuerbefehl, zur Aufrechterhaltung der Synchronisation zwischen der übergeordneten Steuereinrichtung und den zugeordneten Ventilsteuereinheiten ausgesendet.

Ein Datentelegramm enthält eine Systemadresse, die z. B. aus den letzten 5 Ziffern einer innerhalb des beheizten Gebäudes oder der beheizten Wohneinheit verwendeten Telefonnummer abgeleitet sein kann und sicherstellt, daß die einer übergeordneten Steuereinrichtung zugeordneten Ventilsteuereinheiten von keiner anderen übergeordneten Steuereinheit angesteuert werden. Weiterhin enthält das Datentelegramm, binär codiert, eine zweistellige Geheimzahl GZ, die vom Benutzer einer übergeordneten Steuereinrichtung frei gewählt werden kann, und eine Gruppenadresse VE. Die Gruppenadresse bestimmt, für welche Ventilsteuereinheit oder welche Gruppe von Ventilsteuereinheiten ein im Datentelegramm enthaltener Steuerbefehl wirksam werden soll. Alle Ventilsteuereirheiten, die zu irgendeinem Zeitpunkt gemeinsam als Gruppe angesteuert werden sollen, müssen eine die spezielle Gruppenadresse enthaltende Datentelegrammadresse in ihrem Adressenspeicher einprogrammiert haben. Eine Gruppenadresse kann z. B. den Ventilsteuereinheiten aller Heizkörper eines Raumes aber auch nur der eines einzigen Heizkörpers zugeordnet sein. Auch Datentelegramme, die nur der Synchronisation dienen, tragen eine Gruppenadresse (z. B. VE= 000), ebenso wie Datentelegramme, die übergeordnete Befehle übertragen und alle Ventilsteuereinheiten betreffen. In diesem Falle existiert eine Gruppenadresse, die in allen Ventilsteuereinheiten gespeichert ist.

Der aus Systemadresse, Geheimzahl (in Hexadezimalcodierung) und Gruppenadresse VE bestehenden Datentelegrammadresse folgen im Datentelegramm ein Steuerbefehl B (2 Bit) und eine Anzahl von Redundanzbits RB, die in bekannter Weise zur Übertragungssicherung und ggf. zur Korrektur des übertragenen Datentelegrammes verwendet werden können.

Jedem Sendezyklus geht, wie bei asynchroner serieller Datenübertragung üblich, eine Anzahl von Synchronisationsbits SY voraus. Beginn und Ende der einzelnen Datentelegramme sind durch je ein Startbit A bzw. ein Stopbit E gekennzeichnet.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ventil-Stelleinsatzes. Links ist ein Schnittbild und rechts eine Draufsicht in Richtung zum Heizkörper hin, bei abgenommenem Thermostatventil, wiedergegeben. Im Schnittbild ist mit 21 ein Systemträger bezeichnet, mit dem alle weiteren Teile des Stelleinsatzes verbunden sind. Dies sind insbesondere ein Adapter 22 für den Heizkörperthermostatkopf, ein Steuerbolzen 23 mit Verriegelungsschieber 24 zur Kraftübertragung auf das Heizkörperventil, ein Adapter 25 zum Ventilunterteil und ein Stellring 26. In der Draufsicht ist ein Getriebe 28 zu sehen, über das eine auch im Schnittbild erkennbare Welle 31, welche in eine Verzahnung des Verriegelungsschiebers eingreift, angetrieben wird. Der auch im Blockschaltbild der Fig. 1 wiedergegebene Stellmotor 6 ist an einem Motor und Stelleinsatz verbindenden Motorträger 29 befestigt und wirkt über ein Antriebsritzel 27 auf das Getriebe 28 ein.

Der Ventil-Stelleinsatz ist einfach und ohne besondere Fachkenntnisse zwischen Heizkörper und Thermostatventil einzusetzen. Hierzu benötigte Adapter lassen sich für alle gängigen Heizkörpertypen und Thermostatköpfe herstellen und vorrätig halten. Die Ventilsteuereinheit zur Motoransteuerung einschließlich integriertem Batteriefach wird vorzugsweise steckbar ausgestaltet, so daß sie zum Batteriewechsel oder einer eventuellen Neuprogrammierung an der übergeordneten Steuereinrichtung vom Heizkörper getrennt werden kann.

Bezugszeichenliste

1

UHF-Empfänger

2

Mikroprozessor

3

Adressenspeicher

4

Adressenvergleicher

5

Ansteuerschaltung

6

Stellmotor

7

Zeitschaltung

8

Stromquelle

9

Steckverbinder

10

Mikrorechner

11

UHF-Sender

12

Anzeigeelemente

13

Zeitsignalempfänger

14

Speicher

15

Eingabeeinrichtungen

16

Stromversorgung

17

Steckverbinder

21

Systemträger

22

Adapter f. Thermostatkopf

23

Steuerbolzen

24

Verriegelungsschieber

25

Adapter z. Ventilunterteil

26

Stellring

27

Antriebsritzel

28

Getriebe

29

Motorträger

31

Welle
A Startbit
E Stopbit
t Sendezeitschlitz
SY Synchronisationsbits
GZ Geheimzahl
VE Gruppenadresse
B Steuerbefehl
RB Redundanzbits
T1 . . . T3 Datentelegramme

Claims (10)

1. Einrichtung zur Einzelsteuerung von an einer Zentralheizungsanlage betriebenen Heizkörpern, welche mit Ventilsteuereinheiten ausgestattet sind, die über Stellmotoren (6) die Ventile der einzelnen Heizkörper abhängig von gespeicherten Heizprogrammen zu vorgegebenen Zeiten öffnen oder schließen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ventilsteuereinheit neben einer Ansteuerschaltung (5) für den mit ihr verbundenen Stellmotor (6) einen Speicher (3) zur Aufnahme einer oder mehrerer Adressen, eine Empfangsschaltung (1) für Datentelegramme (T1, T2, T3) einer übergeordneten Steuereinrichtung, in der die Heizprogramme gespeichert sind, eine Schaltung zur Decodierung von in diesen Datentelegrammen enthaltenen Adressen und Steuerbefehlen (B) und eine Adressenvergleichsschaltung (4) enthält, die im Falle der Übereinstimmung einer Datentelegrammadresse mit einer in der Ventilsteuereinheit gespeicherten Adresse den im Datentelegramm enthaltenen Steuerbefehl auf die Ansteuerschaltung durchschaltet.

2. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Datentelegramme über Funk erfolgt und daß die übergeordnete Steuereinrichtung zu diesem Zweck mit einem mit Daten modulierbaren HF-Sender (11) vorgegebener Frequenz und die Empfangsschaltungen der Ventilsteuereinheiten mit auf die vorgegebene Frequenz eingestellten HF-Empfängern ausgestattet sind, wobei die Reichweite des HF-Senders so bemessen ist, daß die von ihm ausgesendeten Signale von allen Empfangsschaltungen mit zur Auswertung der Datentelegramme ausreichender Feldstärke empfangen werden.

3. Einrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die übergeordnete Steuereinrichtung nur innerhalb von Zeitschlitzen (t) sendet, deren Lage und Dauer von einer mit einem Zeitzeichenempfänger (13) gekoppelten Zeitschaltung bestimmt wird, und daß die Lage der Zeitschlitze innerhalb eines vorgegebenen, von der Zeitschaltung zu berücksichtigenden Zeitrasters für die jeweilige übergeordnete Steuereinrichtung charakteristisch ist und von keiner anderen, innerhalb der doppelten Reichweite eines für die übergeordneten Steuereinheiten verwendeten HF-Senders liegenden übergeordneten Steuereinheit benutzt wird.

4. Einrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung der Stellmotoren und Ventilsteuereinheiten aus Batterien oder Akkumulatoren erfolgt, die den einzelnen Heizkörpern zugeordnet sind, daß zur Minimierung des Energieverbrauchs in den Ventilsteuereinheiten in jeder Ventilsteuereinheit ein permanent mit Strom versorgter, durch Datentelegramme der übergeordneten Steuereinrichtung mit deren Zeitschaltung synchronisierter Zeitschaltkreis (7) vorgesehen ist, der, nach erfolgter Synchronisation, die Empfangsschaltung nur noch während vorgegebener Zeitintervalle aktiviert, die die zur Ausgabe von Datentelegrammen benutzten Zeitschlitze enthalten.

5. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressen aller von einer gemeinsamen übergeordneten Steuereinrichtung Datentelegramme empfangenden Ventilsteuereinheiten eine innerhalb der Reichweite des Senders der übergeordneten Steuereinrichtung einmalig vergebene Nummer enthalten, die insbesondere aus den letzten fünf Ziffern einer in der der übergeordneten Steuereinheit zugeordneten Wohneinheit benutzten Telefonnummer bestehen kann, sowie eine Kennzahl (VE), über die die individuelle Ventilsteuereinheit einzeln oder zusammen mit anderen Ventilsteuereinheiten zur Ausführung von Steuerbefehlen auswählbar ist.

6. Einrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Adressen der von einer gemeinsamen übergeordneten Steuereinrichtung Datentelegramme empfangenden Ventilsteuereinheiten zusätzlich eine frei wählbare, mehrstellige Geheimzahl enthalten.

7. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die übergeordnete Steuereinrichtung neben dem HF-Sender und der mit dem Zeitzeichenempfänger (13) gekoppelten Zeitschaltung einen Speicher zur Aufnahme von Adressen der Ventilsteuereinheiten, einen Speicher (14) für unterschiedliche, aus Folgen zeitlich festgelegter Steuerbefehle für Ventilsteuereinheiten bestehende Heizprogramme, Bedienelemente (15) und Anzeigeelemente (12) zur Eingabe und Auswahl dieser Adressen und Programme sowie einen Rechner (10) zum automatischen Abarbeiten ausgewählter Heizprogramme in Abhängigkeit von Datum, Wochentag und Uhrzeit, und zur Erstellung und Ausgabe von Datentelegrammen an den HF-Sender unter Berücksichtigung des Zeitrasters besitzt.

8. Einrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der übergeordneten Steuereinrichtung neben vom Benutzer den einzelnen Wochentagen zuordenbaren, variierbaren Standard-Heizprogrammen für Arbeits- und Ruhetage ein Heizprogramm für die Einhaltung einer Mindesttemperatur, ein manuell einschaltbares Steuerprogramm für das Öffnen und Schließen der Heizkörperventile sowie ein permanent wirksam geschaltetes Programm zum automatischen kurzzeitigen Öffnen von über längere Zeit hinweg geschlossenen Ventilen gespeichert sind.

9. Einrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von Ventilsteuereinheiten angesteuerten Stellmotoren (6) jeweils über ein zwischen Ventil und Thermostatkopf eines Heizkörpers einsetzbares, an gängige Heizkörpertypen adaptierbares Stellglied mit selbsthemmendem Getriebe (28) derart auf das Ventil eines Heizkörpers einwirken, daß dieses am Ende eines Stellvorganges entweder ganz geschlossen oder zum Öffnen nach Maßgabe des Thermostatkopfes freigegeben ist, und daß in der Ventilsteuereinheit eine Stromfühlerschaltung vorgesehen ist, die einen Anstieg des vom Stellmotor aufgenommenen Stromes am Ende einer Stellbewegung erkennt und, davon abhängig, dessen Abschaltung bewirkt.

10. Einrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der übergeordneten Steuereinrichtung und in den einzelnen Ventilsteuereinheiten Vorkehrungen zur Herstellung einer leitungsgebundenen Datenverbindung zwischen übergeordneter Steuereinrichtung und jeweils einer Ventilsteuereinheit getroffen sind, daß zur Eingabe der von den Ventilsteuereinheiten jeweils benötigten Adressen in den hierfür vorgesehenen Speicher (3) zunächst, unter Verwendung der Bedienelemente (15) und Anzeigeeinrichtungen (12) der übergeordneten Steuereinrichtung, eine Eingabe dieser Adressen in einen Speicher der übergeordneten Steuereinrichtung erfolgt, und daß diese Adressen anschließend mit Hilfe des in der übergeordneten Steuereinrichtung befindlichen Rechners (10) über die zuvor hergestellte leitungsgebundene Datenverbindung in den Speicher der jeweils mit der übergeordneten Steuereinheit verbundenen Ventilsteuereinheit übertragen werden.