DE29712270U1

DE29712270U1 - Installationsschalter

Info

Publication number: DE29712270U1
Application number: DE29712270U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Enocean GmbH
Priority date: 1997-07-11
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2007-07-12

Description

GR 91 G 3464

Beschreibung

Installationsschalter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Installationsschalter, der mit einem von Hand zu betätigenden Bedienkörper arbeitet, der mittels einer Wirkungskette zum Schalten eine Schalteinrichtung betätigt. Die Schalteinrichtung kann zum Betätigen elektrischer Kontakte ausgelegt sein oder zum Erfassen codierter Signale. Unter Erfassen ist je nach Anforderung auch Erfassen, Verarbeiten und Weiterleiten oder eine Teilfunktion hieraus zu verstehen.

Derzeitige Installationsschalter können klassische Installationsschalter sein oder Installationsschalter, die über'ein Bussystem, Teilnehmerstationen und Aktoren, Gerät oder Leuchten schalten. Mitunter ist erwünscht, bis zu einer zu schaltenden Stelle leitungslos den Schaltvorgang auszulösen und durchzuführen. Vielfältige Ausführungen von Installationsschaltern, klassische Installationsschalter, solche mit Fernübertragung oder Bedienung über Bus werden in der Gebäudesystemtechnik eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Installationsschalter zu entwickeln, der Anforderungen der Gebäudesystemtechnik flexibel zu entsprechen ermöglicht.

Die Lösung der geschilderten Aufgabe erfolgt durch einen Installationsschalter nach Anspruch 1. In der Wirkungskette vom Bedienkörper her ist ein Signale, vorzugsweise Druck, in verarbeitbare Signale umformender Wandler eines Sendeelements angeordnet. Besonders vorteilhaft ist als Sendeelement eine Anordnung zur Erzeugung vorzugsweise codierter Hochfrequenzsignale nach einer Anmeldung mit älterem Zeitrang ( GR 97 P

1477) . Sie arbeitet mit einem Prozeßenergie in elektrische

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Energie umsetzenden Wandler, einem an den Wandler angekoppelten Element mit nichtlinearer Kennlinie zur Umwandlung niederfrequenter elektrischer Energie, erzeugt vom Wandler, in hochfrequente elektrische Energie und einem Filter zur Schmalbandsignal-Selektion aus der hochfrequenten elektrischen Energie.

Die Prozeßenergie kann insbesondere als Druck vorliegen und der Wandler ein piezoelektrischer Wandler sein. Das Filter kann insbesondere ein sogenanntes Oberflächenwellenfilter sein, eine OFW-Anordnung, das auf eine Antenne arbeitet. Das Sendeelement soll später noch im einzelnen erläutert werden.

Der Wandler ist derart angeordnet, daß er beim Tätigwerden der Wirkungskette einen Sendevorgang auslösend beaufschlagt ist. Ein vom Sendeelement abgegebenes Sendesignal kann von einem Empfänger empfangen werden, der auf eine Einrichtung einwirkt, sei es eine Schalteinrichtung für elektrische Kontakte oder zum Erfassen codierter Signale. Der Installationsschalter kann an einem Ort konzentriert sein und an diesem Ort elektrische Kontakte betätigen, wobei der Schaltzustand durch das Sendesignal leitungslos einen räumlich hiervon getrennten Empfänger mitgeteilt werden kann. Der Schaltzustand 5 kann dann mit Mitteln der Informationstechnologie und der Gebäudesystemtechnik weiterverarbeitet oder berücksichtigt werden. Der Installationsschalter kann andererseits dafür ausgelegt sein, eine Schalthandlung oder die Information hierzu an einem vom Bedienkörper des Installationsschalters entfernten Ort durchzuführen oder die Information der Schalthandlung zu erfassen, zu verarbeiten und gegebenenfalls weiterzuleiten. Zur Weiterleitung eignet sich insbesondere ein Bussystem. Die Übertragung bis zum Empfänger kann hierbei durch Gebäudewände hindurch erfolgen. Wesentlich ist, daß das Sendeelement gene-5 rell keine zusätzliche Energieversorgung benötigt.

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Bei den derzeit verfügbaren technischen Mitteln ist ein Sendeelement mit einem piezoelektrischen Wandler besonders vorteilhaft. Man kann dann ohne weitere Energiezufuhr unmittelbar Druck vom Bedienkörper oder aus der Wirkungskette abnehmen und in elektrische Signale mittels der weiteren Bauelemente des Sendeelements umsetzen. Dieses Sendeelement läßt sich mit Oberflächenwellenfiltern sehr klein ausführen.

Bei einem Bedienkörper in der Ausführung als Wippe oder Taster ist ein Wandler, der als Biegewandler ausgeführt ist,

günstig, da er in der Lagerung der Wippe bzw. der Tasterfläche so angeordnet werden kann, daß er beim Betätigen des Bedienkörpers gebogen wird. Man ist dann vom ausgeübten Druck einer Bedienperson unabhängig.
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Andererseits kann der Bedienkörper bei einer Ausführung als Wippe oder Taster auch einfach mit einem Wandler als Druckwandler ausgeführt sein. Dieser läßt sich unter dem Anschlag der Wippe oder des Tasters derart anordnen, daß er beim Betätigen des Bedienkörpers druckbeaufschlagt ist. Diese Ausführung ist hinsichtlich der auf dem Markt verfügbaren Wandler besonders einfach.

Der Installationsschalter kann auch einfach so ausgeführt sein, daß ein Druckwandler in der Wirkungskette vom Bedienkörper her beim Betätigen des Bedienkörpers druckbeaufschlagt wird.

Der Bedienkörper und ein Empfänger für die vom Sendeelement abgegebenen Sendesignale können in vielen Anwendungsfällen vorteilhaft räumlich getrennt angeordnet werden. Hierbei kann die Wirkungskette vom Bedienkörper zur Schalteinrichtung räumlich zwischen dem Ort des Bedienkörpers und dem Ort des Empfängers derart aufgeteilt sein, daß die Betätigung der 5 Schalteinrichtung am Ort des Empfängers erfolgt. Am Ort des

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Empfängers wird dann nicht nur das Ereignis wahrgenommen, sondern die Schalthandlung selbst durchgeführt.

Diese Möglichkeiten gehen weit über das hinaus, was übliche Fernübertragung auf diesem Gebiet ermöglicht.

Der Anordnung zur Erzeugung vorzugsweise codierter Hochfrequenzsignale nach älterem Zeitrang liegt folgende Überlegung zugrunde:

Es ist bekannt, Hochfrequenzenergie und -signale unter Aufwand niedrigfrequenter elektrischer Energie, z. B. (Batterie-) Gleichstrom-, Netzfrequenzstrom- und dgl. Energie zu erzeugen. Weit verbreitet sind netzgespeiste Hochfrequenzsender und batteriegetriebene Hf-Sendegeräte als Funkgeräte. Mit solchen Geräten können nicht codierte, vorzugsweise jedoch codierte/modulierte Hochfrequenzsignale für vielfältige Funk-Informationsübertragungen ausgesendet werden. Für die Fälle des Batteriebetriebs kann auch Solarenergie als primäre Energiequelle dienen, mit der eine wiederaufladbare Batterie solange das solar-elektrische Prinzip funktioniert geladen gehalten werden kann.

Bei der Anordnung zur Erzeugung isolierter Hochfrequenzsigna-Ie mit älterem Zeitrang erfolgt die Erzeugung der für einen solchen Sender notwendigen elektrischen Energie auf spezielle Weise: Dieser speziellere Betrieb besteht darin, nur in lediglich relativ kurzen interessierenden Zeitintervallen eine Funk-Informationsübertragung durchzuführen, wobei die Länge 0 eines jeweiligen solchen Zeitintervalles klein (z. B. nur 1 Promille und kleiner) ist gegenüber den Pausen zwischen solchen aufeinanderfolgenden Zeitintervallen.

Es liegt der Gedanke zugrunde, vorzugsweise aus dem Blickwinkel der Einsparung technischen Aufwandes und auch minimierter

Wartung ein Prinzip zu finden, das eine für den jeweiligen Fall völlig ausreichende Funk-Informationsübertragung unter Aufwand anderer als elektrischer verfügbarer Prozeß-Primärenergie ermöglicht.
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Allgemein bekannt ist die solar-elektrische Umwandlung, die jedoch nur eingeschränkt nutzbar zu machen ist.

Bei der Anordnung mit älterem Zeitrang wird in großer Menge verfügbare Energie, dort als Prozeßenergie bezeichnet, genutzt um elektrische Energie für den Sendebetrieb bereitzustellen. Unter anderem wird mechanische Verformungsenergie, (Niedrigtemperatur-) Wärmeenergie, Energiebeschleuniger schwingender Massen und dergleichen genutzt. Beispiele sind die für die Betätigung eines elektrischen Schalters prinzipiell erforderliche Druck/Verformungsenergie, mit räumlichen oder zeitlichen Temperaturgradienten verfügbare Wärme, z. B. eines Heizkörpers, und Beschleunigungsenergie einer schwingenden seismischen Masse, z. B. in einem Fahrzeug. Diese Aufzählung ist nicht erschöpfend.

Das integrale Prinzip der Anordnung mit älteren Zeitrang besteht im wesentlichen darin, aus solcher Prozeßenergie einen Energieanteil abzuzweigen und diesen zunächst in definiert 5 niederfrequente elektrische Energie umzuwandeln. Zu einem nächsten Schritt wird diese sogenannte niederfrequente elektrische Energie in hochfrequente, relativ breitbandige elektrische Form transformiert. In einem weiteren Schritt wird aus diesem breiten Frequenzband die Energie eines schmalen Frequenzbandes herausgefiltert und diese gegebenenfalls mit Information codiert und als Schmalband-Hochfrequenzsignal ausgesandt. Ausgesendet wird hierbei ein Hochfrequenzimpuls, dessen Energieinhalt entsprechend der Schmalbandselektion zwangsläufig relativ gering ist, jedoch im Anwendungsrahmen der Erfindung selbstverständlich ausreichend groß ist.

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Eine in angemessen begrenzter Entfernung positionierte Funk-Empfangsstation kann in an sich bekannter Weise so ausgebildet und ausgestaltet sein, daß sie die Information des zu empfangenen insbesondere codierten schmalbandigen Hochfrequenzsignals erfassen kann. Auf der Funkempfangsseite ist dies kein Problem, da die Versorgungsenergie des Empfängers, z. B. aus dem Netz geliefert werden kann. Die geschilderte Anordnung soll nachfolgend Sendeelement genannt werden. Zusammenfassend ist hiermit eine Anordnung zur Erzeugung vorzugsweise codierter Hochfrequenzsignale mit einem Prozeßenergie in elektrische Energie umsetzenden Wandler zu verstehen, weiter mit einem an den Wandler angekoppelten Element mit nicht linearer Kennlinie zur Umwandlung niederfrequenter elektrischer Energie, erzeugt vom Wandler, in hochfrequente elektrische Energie und mit einem Filter zur Schmalbandsignal-Selektion aus der hochfrequenten elektrischen Energie.

Die Erfindung soll nun anhand von in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert 0 werden:

In Figur 1 ist ein Installationsschalter an sich beliebiger Art veranschaulicht, der durch Einsatz des Sendeelements neue Funktionen ermöglicht. 25

Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild des Energieflusses

im Sendeelement.

Figur 3 zeigt das Prinzip eines Aufbaus des Sende-

0 elements

Figur 4 ist ein Installationsschalter veranschaulicht, bei dem die Befehlsgabe durch einen Bedienkörper räumlich getrennt von der Durchführung der Schalthandlung ist, wobei für die Befehls-

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gäbe keine weitere äußere Energie als die der Betätigung erforderlich ist und zum Ort der Schalthandlung keinerlei Leitungen benötigt werden.
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Der Installationsschalter nach Figur 1 arbeitet mit einem wippenartigen Bedienkörper 31, der eine Lagerung 32 des Bedienkörpers aufweist. Der Bedienkörper greift im Ausführungsbeispiel mittels VerbindungsStegen 33 in einen Schaltersockel 34 ein, wobei der Schaltersockel an einem Steg 35 durch ein Langloch 3 6 selbständig kippbeweglich geführt ist, wobei die Verbindungsstege 33 die Bewegung des Bedienkörpers aufzwingen. Derartige Installationsschalter sind auf dem Markt. Ein Schaltnocken 37 überträgt die Schalthandlung auf eine Schaltwippe 38 und öffnet oder schließt Schaltkontakte 3 9 und 40 in einem Schaltersockel 45.

An der bewegten Masse des Bedienkörpers 31 ist ein Wandler in der Ausführung als Biegewandler fixiert der an seinem anderen Ende ortsfest eingespannt ist. Im Ausführungsbeispiel ist die ortsfeste Einspannung an der Achse 35 ausgeführt. Der Wandler 41 in der Ausführung als Biegewandler nach Figur 1 kann nach dem piezoelektrischen Prinzip arbeiten . Derartige Wandler sind auf dem Markt verfügbar. Im Wandler 41 wird die durch Druck, hier infolge der Biegung, erzeugte elektrische Spannung über Leitungen 42 und 43 den weiteren Elementen 42 des Sendeelements 46 zugeleitet. Abgegebene Sendesignale können von einem Empfänger 43 empfangen werden.

0 Zunächst soll das Sendeelement mit Wandler 41 und den weiteren Elementen 42 des Sendeelements 46 näher beschrieben werden:

Gemäß dem Blockschaltbild des Energieflusses nach Figur 2 ist ein Wandler 10 vorgesehen, der die jeweils in einem energie-

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reichen Signal zur Verfügung stehende ProzeSenergie in elektrische Energie umwandelt. Beispiele für einen solchen Wandler 10 sind ein piezoelektrisches Element zur Umwandlung von Druck-/Verformungsenergie.
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Mit 11 ist ein nichtlineares Element bezeichnet. Es dient der Transformation dieser sogenannten niederfrequenten Energie in hochfrequenter Energie unter Einbezug eines inneren Schaltvorganges zur Auslösung eines in Zeitabständen erfolgenden Überganges aufgespeicherter Niederfrequenzenergie in Energie, die dann hochfrequente Eigenschaft annimmt/angenommen hat. Beispiele für ein solches nichtlineares Element sind insbesondere eine Funkenstrecke, oder eine Gasentladungsröhre oder eine Diode mit beispielsweise Varaktor- oder Avalanche-Effekt (als Halbleiterelement).

Als Filter 12 mit gegebenenfalls Codierungseigenschaft kommt eine Vielzahl von Anordnungen in Betracht. Insbesondere eignet sich hierfür eine Oberflächenwellen- (OFW/SAW)-Anordnung auch als Oberflächenwellenfilter bezeichnet. Dies kann eine Resonator-Anordnung, eine ggf. dispersive Verzögerungsleitung, ein dielektrisches Filter, aber auch ein mechanisches Filter, ein Koaxial-Keramikfilter, ein Volumenschwinger oder ein LC-Schwingkreis-Filter oder dgl. sein.

Zu Figur 3 ist eine Ausführungsform für das Sendeelement wiedergegeben. Das Sendeelement in einem Schalter bedarf überhaupt keiner Zuleitung.

0 Die Figur 3 zeigt schematisch den Aufbau des Sendeelements 46. Der Wandler 10 kann auch unmittelbar wie ein konventioneller Druckschalter mit Fingerdruck beaufschlagt werden und dieser Druck P erzeugt in einem beispielsweise piezoelektrischen Element des Wandlers 10 einen Piezo-Hochspannungs-

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impuls. Zur Erzeugung hoher Piezospannung eignet sich insbesondere eine mechanische Betätigungsvorrichtung mit Über-Totpunkt-Feder. Der Wandler 10 umfaßt integral oder ergänzend eine elektrische Aufladekapazität.
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In dem dargestellten Stromkreis ist als nichtlineares Element 11 &zgr;. B. eine Funkenstrecke vorgesehen, in der im Augenblick, in dem die piezoelektrisch erzeugte Spannung genügend hoch angestiegen ist, ein Funkenüberschlag erfolgt.

Eine solche Funkenstrecke erfüllt die für das Funktionieren des Sendeelements zu erfüllende Bedingung eines z. B. im Nanosekunden-Bereich erfolgenden elektrischen Strom-Durchbruchs zur Umsetzung in Hochfrequenzenergie. Alternativ können auch andere Elemente mit entsprechend schnellem Durchbruchverhalten verwendet werden.

Der Strom dieses Funkenüberschlags geht durch eine Induktivität, z. B. ein breitbandiges Filter 20, um den Stromkreis zu schließen. Der in dieser Induktivität 2 0 auftretende Spannungsabfall speist die Interdigitalstruktur 22 eines Oberflächenwellenfilters 21. In diesem wird bekanntermaßen eine mechanische/akustische Welle erzeugt, die· insbesondere auch eine zur Codierung vorgesehene Streifenstruktur 23 durchläuft.

Das Zusammenwirken der Kammstruktür und der Streifenstruktur führt bekanntermaßen dazu, daß an den Dipolen einer Antenne 24 das voranstehend beschriebene, mit dem Code der Struktur 23 codierte Hochfrequenz-Funksignal auftritt, das an den oben erwähnten Empfänger ausgesendet werden kann, als reflektierende Verzögerungsleitung arbeitende Oberflächenwellenanordnung liefert eine Codierung im Zeitbereich und eine als Resonator arbeitende Anordnung liefert eine Codierung im Frequenzbereich .

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Zu einem System, das mit einem beschriebenen Sendeelement arbeitet, gehört die schon genannte Funk-Empfangsstation mit Signalauswertung. Innerhalb dieses Systems bedarf es keiner Drahtverbindung zwischen der Anordnung und der Empfangsstation und die Anordnung selbst bedarf keiner elektrischen Energiezufuhr von außen.

In Figur 4 ist ein Installationsschalter veranschaulicht, der unter einem Bedienkörper 31 in den Aufschlagbereichen Wandler 41 in der Ausführung aus Druckwandler aufweist. Derartige Druckwandler stehen als kleine und wirtschaftliche piezoelektrische Wandler auf dem Markt zur Verfügung. Die weiteren Elemente 42 des Sendeelements ermöglichen ein Abstrahlen von Sendesignalen an einen Empfänger 43, der mit einem Aktor 44 elektrisch in Verbindung steht. Der Aktor 44 arbeitet auf einem Schaltnocken 37, der eine Schaltwippe 38 betätigen kann. Schaltkontakte 39 und 40 können in gewohnter Weise geöffnet und geschlossen werden. Der Installationsschalter nach Figur 4 besteht also im wesentlichen aus einem Bedienkörper mit Sendeelement 46 aus Wandler 41 und den weiteren Elementen 42 an einem Ort und aus einem Aktor 44, Schaltkontakt 3 9 und 40 an einem anderen Ort. Hierbei kann zwischen Empfänger 43 und Aktor 44 auch eine Busleitung bestehen. Andererseits kann vom Empfänger 43 auch eine Busleitung zu weiteren Teilnehmerstationen eines Bussystems geführt sein. Empfänger 43 und Aktor 44 verfügen über eine Netz- oder Bordnet&zgr;Versorgung, wobei der Rumpfschalter im Bereich des Bedienkörpers 31 keine ständige bzw. externe Energieversorgung benötigt.

Claims

GR 97 G 3464 11 Schut zansprüche

1. Installationsschalter, der mit einem von Hand zu betätigenden Bedienkörper (31) arbeitet, der mittels einer Wirkungskette zum Schalten eine Schalteinrichtung für Schaltkontakte (39, 40) betätigt, oder auch eine Einrichtung zum Erfassen codierter Signale einwirkt,

dadurch gekennzeichnet, daß in der Wirkungskette vom Bedienkörper (31) ein in verarbeitbare, vorzugsweise elektrische, Signale umformender Wandler (10, 41) eines Sendeelements (46) derart angeordnet ist, daß er beim Tätigwerden der Wirkungskette einen Sendevorgang auslösend beaufschlagt ist, wobei ein vom Sendeelement (46) abgegebenes Sendesignal von einem Empfänger (43) zu empfangen ist, der auf eine Schalteinrichtung für Schaltkontakte (39, 40) oder auf eine Einrichtung zum Erfassen codierter Signale einwirkt.

2. Installationsschalter nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß am Wandler (10) ein Element (11) mit nichtlinearer Kennlinie zur Umwandlung niederfrequenter elektrischer Energie, erzeugt vom Wandler (10), in hochfrequente elektrische Energie angekoppelt ist und ein Filter (12) zur Schmalbandsignal-Selektion aus der hochfrequenten elektrischen Energie.

3. Installationsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendeelement (46) mit einem Wandler (41) aus piezoelektrischem 0 Material arbeitet.

4. Installationsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Bedienkörper (31) in der Ausführung als Wippe oder Taster der Wandler (41) als Biegewandler ausgeführt ist, der in der La-

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gerung der Wippe bzw. der Tasterfläche derart angeordnet ist, daß er beim Betätigen des Bedienkörpers (31) gebogen wird.

5. Installationsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Bedienkörper (31) in der Ausführung als Wippe oder Taster der Wandler (41) als Druckwandler ausgeführt ist, der unter dem Anschlag der Wippe oder des Tasters derart angeordnet ist, daß er beim Betätigen des Bedienkörpers (31) druckbeaufschlagt ist.

6. Installationsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Bedienkörper (31) in der Ausführung als Wippe oder Taster der Wandler (41) in der Wirkungskette vom Bedienkörper (31) her derart angeordnet ist, daß er beim Tätigwerden der Wirkungskette beaufschlagt ist.

7 . Installationsschalter nach Anspruch 1 oder einem der vor-0 hergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Bedienkörper (31) und ein Empfänger (43) räumlich getrennt angeordnet sind.

8. Installationsschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkungskette vom Bedienkörper (31) zur Schalteinrichtung räumlich zwischen dem Ort des Bedienkörpers (31) und dem Ort des Empfängers (43) derart aufgeteilt ist, daß die Betätigung der 0 Schaltkontakte (39, 40) am Ort des Empfängers (43) erfolgt.