DE2829302A1

DE2829302A1 - Anordnung zur uebertragung von signalen innerhalb von gebaeuden

Info

Publication number: DE2829302A1
Application number: DE19782829302
Authority: DE
Inventors: Gerhard Krause
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-07-04
Filing date: 1978-07-04
Publication date: 1980-01-17

Description

Anordnung zur Übertragung von Signalen innerhalb von Gebäuden.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Übertragung von Signalen innerhalb von Gebäuden, insbesondere zur Signalübertragung zwischen den Sensorstationen und der Zentralstation von Alarmanlagen. Als Alarmanlage werden hier Einrichtungen bezeichnet, die bei unbefugten Eindringen von Personen oder Gegenständen ingeschützte Bereiche, bei Diebstahl, bei Überfall (z.B. Alarmtaste), bei Feuer, bei Wassereinbruch, bei Auftreten gefährlicher Strahlung oder Giften und bei Erdbeben ein Warnsignal auslösen.
Das Verlegen eines Drahtleitungsnetzes bei der Installation einer Alarmanlage bedeutet besonders in Wohngebäuden einen erheblichen Aufwand, da in der Regel eine Verlegung der Leitung an der Oberfläche der Wand nicht in Frage kommt.
Es ist bekannt, die Signale von Alarmanlagen über das Stromversorgungsnetz des Hauses zu übertragen. Um gegenseitige Störungen anderer Anlagen zu unterbinden, muß aber an der Eintrittsstelle des Stromversorgungskabels in das Haus in jeder Leitung ein Filter angeordnet werden. Da wegen der Störstrahllmgsforderung der Bundespost nur tiefe Frequenzen verwendet werden dürfen, ist der Filteraufwand erheblich. Trotzdem ist eine vollständige Sicherung gegen absichtliche Störungen von außen praktisch nicht zu erreichen, was für Alarmanlagen einen schweren Nachteil bedeutet. Weitere Nachteile dieser bekannten Methode sind, daß der Übertragungsfaktor des Signales von der Anschaltung von Stromverbrauchern abhängig ist, daß innerhalb des Gebäudes große Störpegel - insbesondere durch Thyristorschaltungen - auftreten können, daß alle Geräte, also auch die Sensorstationen die VDE-Bestimmungen erfüllen müssen und daß die Steckdosen, über die die Einkopplung der Signale in das Leitungsnetz erfolgt, in der Regel nicht in der Nähe der zu sichernden Fenster und Türen angeordnet sind.
ähnliche Probleme wie bei der Signalübertragung zwischen den Stationen von Alarmanlagen gibt es auch bei der Übertragung von Signalen in Gebäuden zwischen den Stationen von Haustelefonen, Türsprechanlagen, Türöffnern und anderen Fernwirkanlagen in Gebäuden Nachfolgend wrd eine Anordnung zur Ubertragung von Signalen in Gebäuden beschrieben, Tür die eine zusätzliche Installation eines Drahtleitungsnetzes nicht erforderlich ist. Hierzu wird erfindungsgemiß das signal heim Sender iiber einen Transformator in ein Rohrleitungsnetz eingespeist bzw. beim Empfänger über einen Transformator aus einem Rohrleitungsnetz entnommen, wobei ein kleiner Abschnitt des Rohrleitungsnetzes die Seklmdärwicklung bzw. die Primärwicklung des Transformators ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung wird auch die Energie zur Versorgung der Nebenstationen über das Rohrleitungsnetz übertragen.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.
Es zeigt: Fig. 1 Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Ubertragung von Signalen über ein Rohrleitunesnetz.
Fig. 2 Ein Beispiel für die Ausführung eines Transformators mit ferromagnetischem Kern zur Einspeisung bzw. zur Entnahme der Signale aus dem Xohrleitungsnetz.
Fig. 3 Ein Transformator ohne ferromagnetischen Kern.
Fig. As Eine Anordnung zur Übertragung elektrischer Energie über ein Rohrleitungsnetz.
Fig. 5 Eine Anordnung zur Signalübertragung zwischen zwei elektrisch getrennten Leitungsnetzen.
In Fig. 1 istldas heißwasserführende Rohr und 2 das kaltwasserführende Rohr einer Warmwasserheizung die vom Kessel 3 gespeist wird. Die Rohrleitungen 1, 2 versorgen die Heizkörper 4. Die Sensorstationen6einer Alarmanlage speisen bei Alarm ein niederfrequentes Signal von ungefähr 1o KHz in die Transformatoren 9, 10, 11. Die Frequenz des Signales wird so gewählt, daß sie außerhalb der von den Funkdiensten verwendeten Frequenzen liegt. Die Sekundärwicklung der Transformatoren ist ein kleiner Abschnitt der Rohrleitung. Die in die Rohrleitung induzierte Spannung gelangt über die Rohre 1, 2 zum Transformator 7. Die Primarwicklung dieses Transformators ist ein kleiner Abschnitt der Rohrleitung.
Die Seltundärwickllmg des Transformators 7 liefert die in sie induzierte Spannung an die Zentralstation 5 der Alarmanlage.
In Fig. 1 werden als Beispiel verschiedenartige Transformatoren gezeigt. Die Transformatoren 7, 9, 11 haben einen ferromagnetischen Kern. Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel solch eines Transformators als Querschnittszeichnung.
Dabei ist 1 das Heizungsrohr. Der ferromagnetische Kern 20 ist aus dünnen Blechen aus Transformatoreisen zusammengesetzt oder er besteht aus Ferrit. An den Orten 22 ist der ferromagnetische Kern unterbrochen, damit während der Montage das Rohr 7 in das Innere des Kernes eingeführt werden kann. Ein Luftspalt ist in der Regel nicht erforderlich. Die Sekundärwicklung 21 ist hier einlagig gezeichnet. Sie wird aber in den meisten Anwendungsfällen eine viel größere Anzahl Windungen besitzen und deswegen mehrlagig ausgeführt sein. Grundsätzlich kann aber die Sekundärwicklung auch auf eine Windung reduziert werden, besonders wenn in den Stationen 5, 6 jeweils ein weiterer Anpassungstransformator in den Signalweg eingefügt wird.
In Fig. 1 ist 1o ein Transformator ohne ferromagnetischen Kern. In Fig. 3 ist dieser Transformator detailliert gezeichnet. Eine Drahtschleife - in der Regel aus mehreren Windungen - ist zwischen Rohr 1, Heizkörper 4 und Wand 30 montiert.
Die Anschlüsse 31, 32 werden mit den Geräten verbunden. Wesentlich ist, daß die eine Seite der Schleife möglichst dicht an einem Rohr angeordnet ist, die Gegenseite jedoch einen möglichst großen Abstand von diesem Rohr hat. Noch günstiger ist es, wenn die Gegenseite der Schleife möglichst dicht am anderen Rohr angeordnet ist; dh. wenn die Schleife die Fläche zwischen den Rohren 1, 2, dem Heizkörper 4 und der Wand 3o füllt.
Es ist zweckmäßig, wenn die Transformatoren mit den Kondensatoren 8, 12 auf Resonanz abgestimmt sind. Hierdurch wird die Impedanz der Transformatoren erhöht und es wird der Störabstand verbessert.
Wichtigfür die Signaläbertragung ist, daß eine galvanisch verbundene Leiterschleife besteht von der Sekundärwicklung des Sendetransformators über die Hin-bzw. Rückleitung des Rohrleitungsnetzes zur Primärwicklung des Empfangstransformators und zurück über die Rück- bzw. Hinleitung des Rohrleitungsnetzes zur Sekundärwicklung des Sendetransformators. Die Transformatoren können also auch in der Rohrleitung 2 angeordnet werden. Der Ubertragungsfaktor des Signales ist um so größer, je größer die Impedanz der Transformatoren im Vergleich zur Impedanz des Rohrleitungsnetzes ist, vorausgesetzt es ist kein Nebenschluß mit geringer Impedanz vorhanden. Solche Nebenschlüsse sind z.B. Heizkörper ohne Transformator in der Zuleitung und der Heizkessel 3. Indem in Fig. 1 ein mit dem Kondensator 14 auf Resonanz abgestimmter Transformator 13, möglichst mit ferromagnetischen Kern, in eine der Leitungen zu dem Heizkessel 3 eingefügt wird, kann der Nebenschluß weitgehend beseitigt werden. Es soll aber betont werden1 daß das Einfügen des Transformators 13 den Ubertragungsfaktor erheblich verbessert, daß er aber nicht unbedingt erforderlich ist.
In Fig. 1 wird weiterhin das Wasserleitungsrohr 15 in das Signalübertragungs system einbezogen. Hierzu wird über eine Drahtleitung 16 das Wasserleitungsrohr 15 mit dem Heizungsrohr 1 verbunden. Die andere Verbindung zwischen Wasserleitung und Heizung die zum Schließen der Schleife erforderlich ist, ist häufig bei Warmwasserheizungen am Kessel ohnehin schon vorhanden. In Fig. 1 ist an das Wasserleitungsrohr die Sensorstation 6 über den Transformator 17 angeschlossen.
Gelegentlich kann es vorteilhaft sein das Signal nicht direkt in die Rohrleitung einzukoppeln, sondern eine die Rohre verbindende Drahtleitung (z.B. 16 in Fig. 1) als zweite Wicklung des Transformators zu verwenden.
Werden alle Transformatoren optimiert und alle Nebenschlüsse durch Transformatoren oder wenigstens ferromagnetische Kerne oder durch Einfügen von isolierenden Rohrleitungsabsohnitten weitgehend unwirksam gemacht, dann liegen die energetischen Ubertragungswirkungsgrade über wo96. Damit wird es möglich Energie von der Zentralstation zu den Sensorstationen über das Rohrleitungsnetz zu übertrageii. Die Fig. 4 zeigt solch eine Anordnung. Ein Sender 40 in der Zentralstation erzeugt ein Niederfrequenzsignal einer Frequenz, die von der Signalfrequenz abweicht. Über den Transformator 11, die Rohre 1, 2 und den Transformator 41 gelangt niederfrequente Energie an den als gesteuerten Gleichrichter arbeitenden Transistor 43. Der gesteuerte Gleichrichter 43 hat bei kleinen Spannungen einen besseren Gleichrichtungswirkungsgrad als eine Diode. Die gleichgerichtete Energie wird im Kondensator (oder Akkumulator oder Induktivität) 44 gespeichert. Der Ruhestromverbrauch der elektronischen Schaltung 45 der Sensorstation ist gering, so daß die im Kondensator gespeicherte Energie vor allem zum Aussenden eines oder weniger kurzer Alarmimpulse zur Verfügung steht. Der Wirkungsgrad der Energieübertragung ist besser, wenn die Energie nicht kontinuierlich, sondern in Form niederfrequenter (oder hochfrequenter) Impulspakete übertragen wird.
Bei guten tlbertragungswirkungsgraden können die Sensorstationen auch vollkommen passiv ausgeführt werden. Die Zentralstation sendet dann ein Signal aus, das von den Sensorstationen empfangen und umgeformt wird. Das umgeformte Signal wird zur Zentralstation zurückgesendet. Für passive Signalumformungen sind geeignet: Phasenmodulatoren, Frequenzmodulatoren und Amplitudenmodulatoren.
Im einfachsten Fall ist der Alarmkontakt selbst, zusammen mit passiven BauelementeA der Modulator. Weiterhin können Signalumformungen durch nichtlineare Schaltungen durch Oberwellenbildung oder, wenn von der Zentralstation mindestens zwei Frequenzen ausgesendet werden, auch durch Bildung von Mischprodukten vorgenommen werden. Es ist vorteilhaft, wenn bei der passiven Signalumformng ein zweites Referenzsignal, mit einer von der Frequenz des ersten Signales abweichenden Frequenz , ausgesendet wird. Das Referenzsignal wird nicht oder anders moduliert. Die Zentralstation wertet das Verhältnis bzw. die Differenz der beiden Signale aus.
Die Fig. 5 zeigt eine Anordnung bei der zwei Rohrleitungsnetze 50, 51 mittels der Transformatoren 52, 53 für den Signalfluß gekoppelt werden. An die einzelnen Rohrleitungen können jetzt nach Bedarf die Stationen angeschlossen werden.
Besonders große Impedanzen der Sende- und Empfangstransformatoren ergeben sich, wenn die Resonanz von elektromechanischen Schwingern ausgenutzt wird. In Fig. 6 ist 60 ein Schwingquarz. Es wird die Parallelresonanz ausgenutzt. Wegen der großen Güte des Schwingquarzes und seiner kleinen Parallelkapazität sind die Impedanzen um mehr als einen Faktor tausend größer als bei Sc-schwingkreisen.
Wegen der kleinen Serienkapazität des Schwingquarzes haben die Verluste und die Kapazitäten des Transformators nur geringen Einfluß auf die Güte und die Frequenz des Resonanzkreises. Es ergibt sich somit der weitere Vorteil, daß in der Regel kein Frequenzabgleich erforderlich ist.
Die Anordnung mit elektromechanischem Schwinger hat auch beim Sendetransformator Vorteile und sie kann auch in Schaltungen zur Energieübertragung eingesetzt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Anordnungen beschränkt. Insbesondere können auch andere Rohrleitungsnetze ausgenutzt werden und kompliziertere Signalcodierungen angewendet werden. Die Verwendung von niederfrequenten Signalen ist wegen der St-örstrahlung vorteilhaft; es können aber auch hochfrequente Signale angewendet werden.

Claims

Patentansnräche: 1. Anordnung zur Ubertragung von Signalen in Gebäuden, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal beim Sender über einen Transformator in ein Rohrleitungsnetz eingespeist bzw. beim Empfänger über einen Transformator aus einem Rohrleitungsnetz entnommen wird und daß ein kleiner Abschnitt des Rohrleitungsnetzes die Sekundärwicklung bzw. die Primärwicklung des Transformators ist.
2. Anordnung zur Ubertragung von Signalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung kleiner als 3ocm ist.
3. Anordnung zur Ubertragung von Signalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Primärwicklung und der Sekundärwicklung kleiner als 3cm ist.
4. Anordnung zur Ubertragung von Signalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung und die Sekundärwicklung durch einen Kern aus ferromagnetischem Material gekoppelt sind.
5. Anordnung zur Ubertragung von Signalen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeic'nnet, daß das Rohr des Rohrleitungsnetzes durch den Innenraum eines zu einer Schleife geschlossenen ferromagnetischen Kernes geführt ist.
6. Anordnung zur Ubertragung von Signalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung relativ zur Sekundärwicklung in einem festen Abstand zueinander montiert sind.
7. Anordnung zur Ubertragung von Signalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leiterschleife mit einer oder mehreren Windungen zwischen der Hin- und Rückleitung des Rohrleitungsnetzes angeordnet ist und daß der Abstand mindestens eines Teiles der Leiterschleife zum Rohrleitungsnetz kleiner als 3cm ist.
8. Anordnung zur Ubertragung von Signalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrleitungsnetz einer Heizung zur Signalübertragung verwendet wird.
9. Anordnung zur Übertragung von Signalen nach Anspruch 1, dadur zeichnet, daß das Wasserleitungsnetz durch zusätzliche elekf-rlscthe YeYSEndungen elektrisch zu ei:er Schleife geschlossen wird.
10. Anordnung zur Ubertragung von Signalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Signales im Tonfrequenzbereich liegt.
11. Anordnung zur Übertragung von Signalen nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz kleiner oder gleich 10KHz ist.
12. Anordnung zur Ubertragung von Signalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß binär codierte Signale übertragen werden.
13. Anordnung zur Ubertragung von Signalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Station die Energie zur Versorgung ihrer elektrischen Schaltungen iiber einen Transformator erhält und daß die Primärwicklung dieses Transformators ein Abschnitt des Rohrleitungsnetzes ist.
140Anordnung zur Übertragung von Signalen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie von einen Wechselspannungsgenerator über einen Transformator in das Rohrleitungsnetz eingespeist wird und daß die Sekundärwicklung dieses Transformators ein Abschnitt des Rohrleitungsnetzes ist.
15 Anordnung zur Übertragung von Signalen nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Wechselspannung im Tonfrequenzbereich liegt und vorzugsweise gleich oder kleiner als 1oKHz ist.
16. Anordnung zur tbertragung von Signalen nach den Ansprüchen 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator auf Resonanz abgestimmt ist.
17. Anordnung zur Übertragung von Signalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsleitungen zwischen der zuführenden Rohrleitung und der abführenden Rohrleitung durch einen die Rohrleitung umfassenden ferromagnetischen Kern geführt werden.
18. Anordnung zur Übertragung von Signalen nach Anspruch 17, dadurchgekennzeichnet, daß der ferromagnetische Kern eine weitere Wicklung besitzt und daß diese Wicklung auf Resonanz mit der Signalfrequenz, bzw. der Frequenz der Wechselspannung die zur Energieversorgung verwendet wird, abgestimmt ist.
19. Anordnung zur Übertragung von Signalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zentralstation ein oder mehrere Signale aussendet, und daß dieses Signal von mindestens einer Nebenstation empfangen wird und daß in der Nebenstation das Signal verändert wird und daß das veränderte Signal von der Nebenstation wieder ausgesendet wird und daß das wiederausgesendete Signal von der Zentralstation empfangen wird.
20. Anordnung zur Übertragung von Signalen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Phasenmodulator oder ein Frequenzmodulator oder ein Amplitudenmodulator das Signal verändert.
21. Anordnung zur Ubertragung von Signalen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß in den Nebenstationen eine Mischstufe oder eine Verzerrerstufe (Oberwellenbildner) das Signal verändert.
22. Anordnung zur Übertragung von Signalen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß von der Zentralstation mindestens zwei Signale mit unterschiedlichen Frequenzen ausgesendet werden und daß die unterschiedlichen Signale in der Nebenstation unterschiedlich verändert werden.
23. Anordnung zur Übertragung von Signalen nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale mit den unterschiedlichen Frequenzen zeitlich nacheinander ausgesendet werden.
24. Anordnung zur Übertragung von Signalen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenstationen nur passiv arbeitende Bauelemente enthalten.
5. Alarmanlage zur Ubertragung von Signalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Alarm nur ein kurzes oder wenige kurze Signalpakete von der Sensorstation ausgesendet werden.
26. Anordnung zur Ubertragung von Signalen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung diskontinuierlich ausgesendet wird und daß die Wechselspannung nach der Transformation gleichgerichtet wird und daß die gleichgerichtete Energie in einem Kondensator oder Akkumulator oder einer Induktivität gespeichert wird.
27. Anordnung zur Übertragung von Signalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Stelle des Rohrleitungsnetzes ein isolierter Rohrleitungsabschnitt eingefügt ist.
28. Anordnung zur Ubertragung von Signalen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfängertransformator bzw. der Sendetransformator mit einem elektromechanischen Schwinger auf Resonanz abgestimmt ist.
29. Anordnung zur Übertragung von Signalen nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromechanische Schwinger ein Schwingquarz ist.

3c. Geräte und Bauteile zum Aufbau von Anordnungen nach den Ansprüchen 1-29.