DE10125058A1

DE10125058A1 - Thermisch speisbarer Sender und Sensorsystem

Info

Publication number: DE10125058A1
Application number: DE10125058A
Authority: DE
Inventors: Andre Albsmeier; Klaus Pistor; Wolf-Eckhart Bulst; Frank Schmidt; Oliver Sczessny; Claus Seisenberger; Martin Vossiek
Original assignee: Enocean GmbH
Current assignee: Enocean GmbH
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2002-12-12
Anticipated expiration: 2021-05-23
Also published as: DE10125058B4; EP1389332B1; US20080220727A1; US20040242169A1; US8150340B2; WO2002095707A1; EP2261622A3; US7392022B2; EP2261621A2; EP1389332A1; EP2261621A3; EP2261622A2

Abstract

Der thermisch speisbare Sender weist mindestens auf ein Wärmewandlerelement (1) mit nachgeschaltetem Spannungswandler (3) und Logikbaugruppe (4) sowie einer Datenübertragungseinheit (5, 6), und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Logikbaugruppe (4) in ULP-Bauweise ausgeführt ist und die Datenübertragungseinheit (5, 6) ein breitbandiges Signal abstrahlt.

Description

Die Erfindung betrifft einen thermisch gespeisten Sender, dessen Verwendung, ein Verfahren zum thermisch gespeisten Senden eines Signals, insbesondere eines Funksignals, sowie ein System zur Überwachung und/oder Steuerung.

Beispielsweise aus DE 36 43 236 C2 sind Systeme bekannt, bei denen mechanische in elektrische Energie umgewandelt und da nach gleichgerichtet wird. Diese elektrische Energie wird da zu verwendet, einfache Schwingkreise anzusteuern.

In WO 98/36395 wird eine Methode zur Erzeugung kodierter Hochfrequenzsignale beschrieben, bei der Wärmeenergie in e lektrische Energie umgewandelt wird, und die niederfrequente elektrische Energie über ein Element mit nichtlinearer Kenn linie in hochfrequente elektrische Energie umgewandelt wird. Diese hochfrequente Energie wird verwendet, um ein schmalban diges Hochfrequenzsignal auszusenden, welches spezifische In formationen enthält.

Im Datenblatt zur "Funkfernsteuerung Alpha Radio" sind typi sche Betriebsdaten einer tragbaren Funkfernsteuerung aufge führt

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglich keit zur thermisch gespeisten Informationsübermittlung bei geringen Aktivierungsenergien und erhöhter Informationsdichte bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird mittels eines thermisch gespeisten Senders nach Anspruch 1, eines Verfahrens nach Anspruch 17, einer An wendung nach Anspruch 20 und eines Systems nach Anspruch 22 gelöst.

Dazu weist der Sender mindestens ein Wärmewandlerelement mit nachgeschaltetem Spannungswandler auf. Mittels des Spannungs wandlers wird sichergestellt, dass zumindest über einen kur zen Zeitraum eine im wesentlichen konstante Spannung abgreif bar ist. Dadurch werden Spannungsspitzen vermieden und die Betriebssicherheit erhöht.

Mit dem Spannungswandler verbunden ist eine Logikbaugruppe in ULP-("Ultra Low Power" = Geringstverbrauch)-Bauweise, worun ter bevorzugt eine Leistungsaufnahme von weniger als ungefähr 15 mW, insbesondere weniger als 10 mW verstanden wird. Beson ders günstig ist eine Leistungsaufnahme zwischen 3 mW und 8 mW. Die Logikbaugruppe beinhaltet mindestens eine Ablaufsteu erung zur Steuerung der Sendestufe. Mit der Logikbaugruppe ist ein Datenübertragungseinheit verbunden, welche von der Logikbaugruppe gesteuert wird.

Die von der Datenübertragungseinheit erzeugten Signale sind im Gegensatz zu bisherigen Methoden, wie z. B. in WO 98/36395 oder "Funkfernsteuerung Alpha Radio" beschrieben, breitban dig. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass zwar der Energie verbrauch pro Zeiteinheit höher ist als bei schmalbandiger Abstrahlung, aber auch mehr Informationen pro Zeiteinheit ü bertragen werden können, so dass im Ergebnis eine höhere Da tenübertragungsrate und ein geringerer Energieverbrauch mög lich ist. Dies ist insbesondere wichtig bei nur kleinen nutz baren Energiemengen wie z. B. Temperaturgradienten.

Es wird bevorzugt, wenn mindestens ein Wärmewandlerelement ein thermoelektrischer Wandler ("Thermowandler") ist. Dieser nutzt eine räumliche Temperaturdifferenz zur Erzeugung der Spannung. Dazu wird er typischerweise auf einer Seite mit ei nem wärmetragenden Teil, auf der anderen Seite (eventuell ü ber eine Hilfsvorrichtung wie einen Kühlkörper KK) mit der Umgebung thermisch verbunden. Warm- und Kaltseite können im mer vertauscht werden.

Gibt es in der Messumgebung keine nutzbare räumliche Tempera turdifferenz, ist es günstig, wenn mindestens ein Wärmewand lerelement ein Pyrowandler ist, mittels dessen Wärmeenergie in elektrische Energie nach dem pyroelektrischen Prinzip um wandelbar ist, bei dem eine zeitliche Änderung der Temperatur in eine elektrische Spannung umgesetzt wird.

Die Energieversorgung kann günstigerweise durch den zusätzli chen Einsatz von Solarzellen unterstützt werden. Auf diese Weise ist auch ein Betrieb des Senders möglich, wenn keine ausreichende Temperaturdifferenz zur Verfügung steht, jedoch eine ausreichende Lichtstärke. Aufgrund der besonders leis tungsarmen Konzeption des Senders können besonders kleine und kostengünstige photovoltaische Elemente verwendet werden.

Zur Erhöhung des Wirkungsgrads ist es günstig, wenn der Span nungswandler mit einem weiteren Energiespeicherelement, vor zugsweise einer Induktivität, ausgerüstet ist. Insbesondere ist dies günstig, wenn die Spannungswandlerschaltung getaktet betrieben wird.

Zur Spannungsstabilisierung wird bevorzugt ein Spannungswand ler mit hohem Wirkungsgrad und hoher Eingangsspannungsdynamik nach dem Stand der Technik eingesetzt. Sinkt die Ladespannung am Kondensator im Betrieb dann z. B. von 20 V auf 5 V ab, stellt eine Stabilisierungsschaltung am Ausgang konstant 3 V zur Verfügung.

Zur stromsparenden Betriebsweise ist die Logikbaugruppe vor teilhafterweise so ausgelegt, dass alle Funktionen zeitlich so kurz wie möglich betrieben werden ("Energie-Management"), insbesondere im Bereich von Millisekunden, insbesondere für eine Aktivitätsdauer zwischen 0,3 ms und 5 ms, bevorzugt zwi schen 0,5 ms und 2 ms.

Zur erhöhten Datensicherheit ist es vorteilhaft, wenn die Lo gikbaugruppe mit einem Speicher verbunden ist, in dem ein I dentifikationscode gespeichert ist. Beispielsweise kann die ser Speicher in die Logikbaugruppe integriert sein.

Es ist auch zum zuverlässigen Betrieb der Logikbaugruppe vor teilhaft, wenn dieser mindestens eine Gleichrichterschaltung vorgeschaltet ist. Die Verbindung zwischen Gleichrichter und Spannungswandler kann direkt geschehen oder über ein zusätz lich vorhandenes Stromspeicherelement, z. B. einen Kondensa tor oder Akkumulator mit zugehöriger Schaltung. Da die gene rierten Ströme sehr klein sind, ist eine äußerst stromsparen de Schaltung notwendig. (Vergleiche Erfindungsmeldung Thermi scher Spannungsgenerator). Bei Vorhandensein eines Kondensa tors ist beispielsweise durch einen nachgeschalteten Span nungswandler eine typischerweise exponentiell abfallende La despannung des Kondensators zumindest kurzfristig in eine konstante Spannung umwandelbar.

Das Wärmewandlerelement kann auch selbst die elektrischen Spannungen speichern. Durch das Stromspeicherelement wird ei ne ausreichend lange Energieversorgung zur Sendung der Infor mationen gewährleistet.

Ist ein ausreichendes Spannungssignal zur Energieversorgung der Logikbaugruppe vorhanden, so übermittelt die Logikbau gruppe Daten, z. B. einen Identifikationscode und Sensormess signale, an die Datenübertragungseinheit. Von dieser wird ein Sendetelegramm generiert, das die zu übertragenden Daten ent hält, und breitbandig abgestrahlt.

Es wird bevorzugt, wenn die Logikbaugruppe mit mindestens ei nem Sensor verbunden ist. Von der Logikbaugruppe können dann auch Messdaten des mindestens einen Sensors erfasst bzw. aus gelesen dem Sendetelegramm aufgeprägt werden. einen oder meh rere Sensoren abfragen. Die Wahl der Sensoren ist nicht be schränkt; z. B. können Temperatursensoren, Kraftsensoren (Druck, Gewicht, Drehmoment usw.), Zählerstandssensoren oder Schalterzustandssensoren angeschlossen werden. In der Logik baugruppe können die Messdaten aber auch in einer anderen Art verarbeitet, z. B. digitalisiert, werden.

Es ist vorteilhaft, wenn die Logikbaugruppe einen Mikro prozessor oder einen ASIC-Baustein enthält.

Typischerweise wird ein Teil der vom Wärmewandlerelement be reitgestellten elektrischen Energie dazu verwendet, die Lo gikbaugruppe in einen Betriebszustand hochzufahren. Dazu ist üblicherweise ein Schwingquarz als Taktgeber vorgesehen. Es ist zur Verkürzung der Zeit zum Hochfahren der Logikbaugruppe günstig, wenn statt eines Schwingquarzes ein LC-Schwingkreis oder ein RC-Schwingkreis als Taktgeber vorhanden ist.

Zur Erreichung einer hohen Datenübertragungsrate ist es vor teilhaft, wenn mittels der Datenübertragungseinrichtung ein Signal mit einer Frequenz f < 1 MHz gesendet wird. Heutzutage technisch realisiert werden z. B. Frequenzen f zwischen 100 MHz und 30 GHz. Vorteilhafte Frequenzbereiche sind Bänder bei 433 MHz, 868 MHz, 2450 MHz (+915) und/oder bei 5,8 GHz bzw. 24 GHz. Es besteht keine prinzipielle obere Grenze für die Frequenz.

Zur Erreichung eines hohen Datendurchsatzes innerhalb einer kurzen Zeit ist es vorteilhaft, wenn die Bandbreite des ge sendeten Signals mindestens 100 kHz, insbesondere zwischen 300 kHz und 600 kHz, beträgt. Die übertragene Bruttodatenmen ge beträgt vorzugsweise 32 bit bis 512 bit.

Ebenfalls günstig ist eine Sendezeit von weniger als 3 ms, insbesondere zwischen 0,5 ms und 2 ms.

Vorzugsweise arbeitet die Datenübertragungseinheit mit einem OFW-Resonator als frequenzbestimmendem Bauteil.

Bevorzugt wird ein fehlertolerantes Übertragungsverfahren, insbesondere unter Verwendung der sog. Forward-Error- Correction oder eines blockorientierten Redundanzverfahrens.

Günstig ist ebenfalls eine Übertragung der Daten in sehr kur zer Zeit zum Kollisionsschutz bei mehreren Senders im Emp fangsbereich einer Auswerteelektronik.

Es ist bei einer ausreichend langzeitigen Spannungsversorgung vorteilhaft, wenn mehrere Sendetelegramme vollständig mehr mals hintereinander abgestrahlt werden, weil so eine erhöhte Übermittlungssicherheit geschaffen wird.

Es ist zur erhöhten Abhörsicherheit vorteilhaft, wenn das Sendetelegramm verschlüsselt wird, typischerweise durch eine in die Logikbaugruppe integrierte Verschlüsselungslogik. Da durch ist es auch möglich, die Übertragungssicherheit durch Eingabe individueller Schlüssel zu erhöhen, beispielsweise zur Zutrittskontrolle. Insbesondere ist es beim Senden mehre rer Sendetelegramme günstig, wenn jedes der Hochfrequenzsig nale unterschiedlich verschlüsselt ist, z. B. mit einem un terschiedlichen Schlüssel.

Auch ist es zur Unterdrückung einer Übertragungsstörung güns tig, wenn beim Senden mehrerer Sendetelegramme ihr zeitlicher Abstand zueinander variabel ist und/oder ihre Frequenz ver schieden ist.

Ebenfalls zur erhöhten Übertragungssicherheit, insbesondere in Umgebungen mit mehreren Sendern, ist es vorteilhaft, wenn die Abstrahlung des Sendetelegramms zeitverzögert wird, bei spielsweise durch variable, z. B. statistische, Einstellung einer Verzögerung. Die Verzögerung ist beispielsweise in der Software der Logikbaugruppe realisierbar.

Es wird bevorzugt, wenn die Logikbaugruppe während eines Sen dezyklus mindestens

- den Identifikationscode ausliest, beispielsweise aus einem Speicher der Logikbaugruppe;
- ein Sendetelegramm generiert, welches mindestens den Iden tifikationscode und gegebenenfalls andere Informationen, beispielsweise Messdaten von Sensoren, enthält;
- die Datenübertragungseinheit aktiviert und darüber das Sendetelegramm, gegebenenfalls verschlüsselt und/oder zeitverzögert, aussendet.

Der thermisch speisbare Sender ist unter anderem vorteilhaft einsetzbar in:

- Temperatursensoren zur Heizkostenverteilung;
- Temperatursensoren im Haushalt, insbesondere in Kochge schirren, Herden, Kühlschränken, Haushaltgeräten;
- Sensoren im Automobil und anderen Verkehrsmitteln;
- Temperatursensoren und andere thermisch betriebene Senso ren in der Industrie an Maschinen, Anlagen, Fahrzeugen usw.

Er ist auch vorteilhaft einsetzbar in der Gebäudetechnik, insbesondere der Installationstechnik, zum Beispiel zur Steu erung elektrischen Anlagen oder zur Zugangskontrolle.

Die Liste der Anwendungen ist nicht vollständig; der Sender ist vielmehr universell einsetzbar.

Im folgenden werden einzelne Gesichtspunkte des Senders näher beschrieben. Selbstverständlich ist der Sender nicht auf die se Beispiele beschränkt.

a) Energiebetrachtung

Die elektrische Energie im Biegewandler sei: E = ½C.U²= ½50.10^-9.50²[V²As/V] = 62,5 µWs, davon bleiben bei 80% Wirkungsgrad des Wandlers ca. 50 µWs übrig. Damit kann ei ne elektronische Schaltung, die z. B. ca. 20 mW (3 V und 6,6 mA) benötigt, für eine Zeitdauer von t = 50 µWs/20 mW = 2,5 ms betrieben werden. Somit ist auch bei geringer Ener gie der kurzzeitige Betrieb der Logikbaugruppe und der Da tenübertragungseinheit möglich

b) Datenübertragung i) Übertragungsrate und Datenmenge

Wird eine Modulationsrate der Datenübertragungseinheit in Form eines Hochfrequenzsenders von 100 Kbit/s vorausge setzt, so können in dieser Zeit Daten mit einem Umfang von ca. 250 Bit ausgesendet werden. Diese Datenmenge reicht für eine Verschlüsselung aus und bietet auch die Möglich keit, die Übertragungssicherheit durch mehrmaliges Aussen den oder die Anwendung von Korrelationsverfahren zu erhö hen.

c) Datenübertragungseinheit

Um innerhalb einer privaten Wohnung Daten sicher zu jedem Punkt zu senden, wird eine Leistung von 1 mW bis 50 mW zu grunde gelegt (bei einem Hochfrequenzsender). Dabei ist es ein typisches Szenario, dass die Sendetelegramme alle Sen der von einem einzigen Empfänger empfangen werden, welcher die entsprechenden Aktionen (z. B. Heizung regeln) einlei tet.

d) Empfangssystem

Das Empfangssystem weist typischerweise einen Empfänger und eine prozessorbasierte Signalverarbeitungseinheit auf. Es empfängt die vom Sender ausgesandten Sendetelegramme, die zwischengespeichert und verarbeitet werden. Das Emp fangssystem kann mit einem oder mehreren Senders zu einem System gekoppelt werden.
Vorzugsweise ist das Empfangssystem an ein "Power Line Communication"-("PLC"-)Modem angeschlossen bzw. in dieses integriert, siehe z. B. Süddeutsche Zeitung vom 29. März 2001, Nr. 74, S. 27. Mittels des PLC-Modems kann ein von den Sendern ausgesandtes Sendetelegramm in ein PLC-Netz eingeleitet werden. Dadurch kann ein Regelsystem aufgebaut werden, welches über die PLC-Technik fernsteuerbar ist, z. B. zur Ferndiagnose, -wartung und -steuerung.

In den folgenden Ausführungsbeispielen wird schematisch die Arbeitsweise des thermisch gespeisten Senders dargestellt.

Fig. 1 zeigt verschiedene Funktionseinheiten eines thermisch gespeisten Senders,

Fig. 2 zeigt eine Empfangseinheit,

Fig. 3 zeigt einen Temperatursensor unter Verwendung des thermisch speisbaren Senders,

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Überwachung einer Lager temperatur.

In Fig. 1 wird zunächst durch Zufuhr von Wärmeenergie im Wärmewandlerelement 1, vorzugsweise einem thermoelektrischen oder pyroelektrischen Wandler, eine Ladungstrennung und damit eine Spannung erzeugt.

Mit dieser Spannung wird über eine Gleichrichterschaltung 2 ein Stromspeicherelement in Form eines Kondensators 7 oder Akkumulators geladen. Ebenso ist auch eine direkte Speisung des Spannungswandlers 3 möglich, wobei beispielsweise das Wärmewandlerelement 1 selbst die Ladungen speichert. Die nachfolgende Spannungswandlung ist vorteilhaft, um aus der exponentiell abfallenden Ladespannung des Kondensators 7 eine über einen kurzen Zeitraum eine konstante Spannung zu erzeu gen.

Mit der Ausgangsspannung des Spannungswandlers 3 werden die nachfolgenden Logikbaugruppe 4 und die Datenübertragungsein heit (hier: Hochfrequenz-Sendestufe 5) aktiviert und ver sorgt, solange die gespeicherte Energie dies zulässt.

Die Logikbaugruppe 4 enthält eine Mikroprozessor-Ablauf steuerung, einen Speicher, in dem die Identität des Senders abgelegt ist, und (optional) Sensoreingänge, über die Mess werte einer oder mehrerer angeschlossener Sensoren 8 eingele sen werden können.

Die Hochfrequenz-Sendestufe 5 erzeugt eine hochfrequente Schwingung, die über eine Sendeantenne 6 breitbandig abge strahlt wird. Dieser Schwingung ist das von der Logikbaugrup pe 4 erzeugte Sendetelegramm aufmoduliert.

Steht eine ausreichende Energiemenge zur Verfügung, so wird in diesem Ausführungsbeispiel unter anderem folgender prozes sorgesteuerte Ablauf ausgelöst:

a) Auslesen des Identifikationscodes;
b) Auslesen von Messdaten der angeschlossenen Sensoren 8 mit Digitalisierung und/oder Vorverarbeitung der Messwerte;
c) Verschlüsselung der Daten;
d) Generierung eines Sendetelegramms, welches mindestens den Identifikationscode und die Messdaten der Sensoren 8 ent hält;
e) Aktivierung bzw. Steuerung der Hochfrequenz-Sendestufe 5;
f) Modulation der hochfrequenten Schwingung mit dem Sende telegramm (ggf. mehrmals, solange eine Energie ausreichend verfügbar ist oder bis ein anderes Abbruchkriterium er reicht wird).

Selbstverständlich können auch noch weitere Schritte vorgese hen sein. Auch können die Schritte in einer anderen zeitli chen Abfolge durchgeführt werden, z. B. können die Schritte a) und b) und/oder d) und e) vertauscht oder gleichzeitig ausgeführt werden.

Alternativ zur Abstrahlung von Hochfrequenzsignalen können auch andere Arten der Datenübertragung verwendet werden, z. B. optische Überträger, Bluetooth etc.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Überwachung eines Garvor gangs.

Garvorgänge von Speisen in Großküchen, Bäckereien und im pri vaten Haushalt benötigen ein hohes Maß an Beaufsichtigung und das ständige Nachregeln von Heizleistung und anderen Parame tern. Durch eine Überwachung der Temperatur und anderen Para metern kann der Garvorgang überwacht werden. So kann der Gar vorgang bei geringerer Beaufsichtigung optimal und unter Ein sparung an Energie gesteuert werden.

Dazu wurden bisher Programme verwendet, die nach dem Start automatisch ablaufen. Diese haben jedoch die Schwäche, dass Gewicht und Beschaffenheit aller Zutaten und der Garbehälter vorher ermittelt und berücksichtigt werden müssen. Es ist keine Regelung möglich. Ebenfalls sind Lösungen bekannt, bei welchen die Temperatur des Garguts durch einsteckbare draht gebundene Sensoren (Nachteil des Verbindungskabels) oder durch die Außentemperatur von Garbehältern durch Messung der Wärmestrahlung (Nachteil der indirekten Messung der Gargut temperatur, nur mit speziell beschichteten Töpfen usw. mög lich) ermittelt wird. Diese können trotz der genannten Nachteile bereits eine Regelung des Garvorgangs leisten.

Die in diesem Ausführungsbeispiel gezeigte Überwachungsvor richtung umfasst den oben beschriebenen thermisch speisbaren Sender und kann die relevanten Daten im Gargut oder im Garbe hälter ermitteln und dann, z. B. per Funk, aussenden. Die Da ten können dann an eine Steuereinrichtung weitergeleitet wer den, die den Heizvorgang damit regelt. Ein solches automati sches System zur Regelung von Garvorgängen kann selbstver ständlich auch mehrere Garvorgänge gleichzeitig steuern.

Die Überwachungsvorrichtung ist so gestaltet, dass sie unter den beim Garvorgang auftretenden Temperaturen arbeitet. Zum Betrieb der Überwachungsvorrichtung wird die im Garbehälter oder im Gargut verfügbare thermische Energie verwendet.

Die Überwachungsvorrichtung ist sehr flexibel und insbesonde re ohne die Verwendung spezieller Garbehälter einsetzbar, da sie direkt in vorhandene Töpfe usw. oder in das Gargut einge bracht werden kann. Die Sendeantenne 6 ist als dünner Draht ausgebildet, der bei Metalltöpfen ein kleines Stück aus dem geschlossenen Deckel herausschaut. Die Überwachungsvorrich tung ist spülmaschinenfest gekapselt und kann wie normales Kochbesteck gehandhabt werden.

Neben dieser universell einsetzbaren Variante ist auch die feste Einbringung der Überwachungsvorrichtung in einem Garbe hälter möglich. Dies geschieht vorzugsweise an Positionen, an denen die thermische Belastung der Elektronik sich in Grenzen hält und die gleichzeitig einen ausreichenden thermischen Gradienten zur Verfügung stellen. Neben einer reinen Tempera tursensorik können, insbesondere bei festem Einbau, auch Sen soren 8 zur Feststellung von Feuchtigkeit, Füllstand und Leitwert vorhanden sein.

Das Empfangssystem empfängt die vom Gargutsensor ausgesandten Sendetelegramme, steuert den Garvorgang (z. B. durch Einstel lung der Temperatur der Kochplatte) und/oder zeigt ihn an (z. B. die verbleibende Kochzeit).

Fig. 4 zeigt in Seitenansicht eine Vorrichtung zur Überwa chung einer Lagertemperatur.

Eine Temperaturüberwachung ist in vielerlei Anwendungsgebie ten erforderlich, um eine Betriebsfähigkeit zu überwachen und im Falle einer zu hohen oder zu tiefen Temperatur eine ent sprechende Reaktion auszulösen, um zum Beispiel eine vorbeu gende Anlagenwartung oder Diagnose von Verschleißverlauf u. ä. zu ermöglichen.

Bei einer Ausstattung des zu überwachenden Teils mit einem Temperatursensor, der über ein Kabel mit einer zentralen Sig nalverarbeitung verbunden ist, ergibt sich ein erheblicher Aufwand für die Kabelverlegung und deren Konzipierung. Zudem wären dann viele Anlagenteile nicht (oder nur mit großem Auf wand) überwachbar, da aufgrund ihrer Bewegung ein Kabelan schluss nicht möglich oder erschwert ist.

In diesem Ausführungsbeispiel zur Überwachung der Lagertempe ratur ist die Vorrichtung an einer Welle W über ein Wellenla ger WL angebracht, bei dem ein thermisch speisbarer Sender S mit mindestens einem Sensor 8 in Form eines Temperatursensors vorhanden ist. Der Temperatursensor kann am oder im Wellenla ger WL angebracht sein. Die Datenübertragung erfolgt über Funk. Die vorgestellte Lösung lässt sich sehr kompakt aufbau en, benötigt keinerlei Anschlusskabel und keine Wartung. Da keine Verschleißteile (z. B. Batterien) gewartet werden müs sen, kann das Gehäuse der gesamten Anordnung hermetisch dicht verschlossen werden, wodurch auch die Zuverlässigkeit steigt. Schließlich ist bei der Installation keine Kabelverlegung er forderlich, sondern es ist lediglich der Anlagensteuerung mitzuteilen, das ein neuer Temperaturüberwachungspunkt einge baut wurde.

In diesem Ausführungsbeispiel ist das Wärmewandlerelement 1 ein Thermowandler, bei dem bevorzugt seine eine Seite mit dem zu überwachenden Anlagenteil verbunden ist, während seine an dere Seite mit einer Stelle verbunden ist, die (z. B. im Falle einer Übertemperatur des zu überwachenden Anlagenteils) ver gleichsweise kühler ist. Dies ist typischerweise ein Kühlkör per oder das Gehäuse. Da die erzeugten Spannungen relativ klein sind, setzt sich der Thermowandler günstigerweise Weise aus einer Reihenschaltung und/oder einer Parallelschaltung vieler thermoelektrischer Generatorelemente zusammen.

Die Logikbaugruppe 4 überwacht den Messwert des Temperatur sensors 81 auf Überschreitung eines (evtl. voreingestellten) Grenzwertes TGRENZ. Wird TGRENZ über- und/oder unterschrit ten, so wird von der Logikbaugruppe 4 ein Sendetelegramm ge neriert und über die Datenübertragungseinheit 5, 6 an eine An lagensteuerung gesendet, die dazu mit einem entsprechenden Funkempfänger 9, 10 ausgestattet ist. Dieses Sendetelegramm kann die Temperatur T an der Messstelle, aber auch z. B. einen Identifikationscode und/oder zusätzliche Informationen ent halten. Unabhängig davon kann der Verlauf der Temperatur T in der Logikbaugruppe 4 optional dauerhaft gespeichert werden, um z. B. für Diagnosezwecke nach einer Anlagenstörung zur Ver fügung zu stehen.

Dies kann ein einmaliger Vorgang sein, oder die Aussendung erfolgt zyklisch solange, wie auch die Temperaturüberschrei tung vorliegt. Zusätzlich kann auch eine Meldung bei Errei chen bzw. Unterschreiten des Grenzwertes ausgesandt werden, oder es kann z. B. die Zeit seit dem Überschreiten des Grenz wertes im Sendetelegramm enthalten sein. Schließlich ist auch die Verwendung mehrerer Grenzwerte möglich, z. B. für Vorwar nung, Alarm und Anlagenabschaltung.

Insbesondere ist es vorteilhaft, mindestens einen Sensor 8 zu verwenden, bei dem schon geringe Energiemengen einen Messwert ändern können. Dadurch ist es möglich, eine Zustandsänderung zu detektieren, deren Energieübertrag für den Betrieb des Senders zu gering ist. Günstigerweise ist der Sensor 8 ein akkumulierender Sensor, bei dem durch den Energieübertrag ein über die Zeit integrierender Messwert detektiert wird.

Beispielsweise kann ein Temperaturverlauf in einem nicht flüchtigen Speicher als Sensor 8 festgehalten werden, der Speicher ist bevorzugt in Form eines extrem energiearmen EEPROM-Speicher ausgebildet. Auch analoge Speichermethoden wie z. B.: ein Entladen mindestens eines Kondensators oder ein Verdampfen durch Temperatureinfluss, das Entladen von E lektretwerkstoffen durch radioaktive Strahlung (akkumulierte Strahlenbelastung), elektrochemische Reaktionen wie Hydroly se, magnetische Speichermethoden etc. können zur (meist in tegrierenden) Speicherung von Temperatureinflüssen und ande ren Messgrößen Verwendung finden.

Sobald dann eine größere Energiemenge, z. B. durch ein hin reichend starkes Temperaturgefälle oder durch externe Ener giezuführung (z. B. über ein Hochfrequenzfeld), zur Verfügung steht, wird die gesamte Temperaturhistorie oder ein Teil da von oder der akkumulierte Messwert per Funk abgesendet.

Allgemein ist es vorteilhaft, wenn der Sender als eigenes Bauteil oder z. B. in die Logikbaugruppe integriert eine Ü berwachungseinheit, z. B. einen Schwellwertschalter, auf weist, der mit Überschreiten einer bestimmten ausreichenden Energiemenge den Sendevorgang auslöst.

Claims

1. Thermisch speisbarer Sender, aufweisend
mindestens ein Wärmewandlerelement (1) mit einem nachge schalteten Spannungswandler (3),
eine mit dem Spannungswandler (3) verbundene Logikbaugrup pe (4) mit einer Ablaufsteuerung,
eine Datenübertragungseinheit (5, 6), die mit der Logikbau gruppe (4) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Logikbaugruppe (4) in ULP-Bauweise ausgeführt ist und die Datenübertragungseinheit (5, 6) ein breitbandiges Signal ab strahlt.

2. Sender nach Anspruch 1, bei dem die Logikbaugruppe (4) in ULP-Bauweise eine Leistungsaufnahme von weniger als 10 mW aufweist.

3. Sender nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Bandbreite des breitbandigen Signals mehr als 100 kHz be trägt, insbesondere zwischen 300 kHz und 600 kHz.

4. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Logikbaugruppe (4) einen LC-Schwingkreis oder einen RC- Schwingkreis als Taktgeber aufweist.

5. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Wärmewandlerelement (1) ein Thermowandler ist, mittels dessen Wärmeenergie in elektrische Energie nach den thermoelektrischen Prinzip umwandelbar ist.

6. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Wärmewandlerelement (1) ein Pyrowandler ist, mittels dessen Wärmeenergie in elektrische Energie nach den pyroelektrischen Prinzip umwandelbar ist.

7. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dem Wärmewandlerelement (1) eine Gleichrichterschaltung (2) nachgeschaltet ist.

8. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur zusätzlichen Stromversorgung eine Solarzelle vorhanden ist.

9. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vom Wärmewandlerelement (1) ausgegebene elektrische Ener gie in mindestens einem Stromspeicherelement, insbesondere einem Kondensator (7) oder Akkumulator, speicherbar ist.

10. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Spannungswandlerschaltung (3) getaktet betreibbar ist.

11. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Datenübertragungseinheit (5, 6) als frequenzbestimmendem Bauteil einen OFW-Resonator aufweist.

12. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Logikbaugruppe (4) mit mindestens einem Sensor (8) ver bunden ist.

13 Sender nach Anspruch 12, bei dem der mindestens eine Sen sor (8) ein akkumulierender Sensor ist.

14. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Sendestufe (5) eine Hochfrequenzsendestufe ist, mittels der ein Hochfrequenzsignal mit einer Frequenz (f) größer als 1 MHz, insbesondere mit einer Frequenz (f) zwischen 100 MHz und 30 GHz, sendbar ist.

15. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen der Logikbaugruppe (4) und einer Sendeantenne (6) der Datenübertragungseinheit (5, 6) eine Verzögerungsvorrich tung vorhanden ist.

16. Sender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Logikbaugruppe (4) mit einem Speicher verbunden ist, in dem ein Identifikationscode gespeichert ist.

17. Verfahren zum Betrieb eines Senders nach einem der vor hergehenden Ansprüche, bei dem ein Sendetelegramm innerhalb eines Zeitraums von 0,3 ms bis 5 ms, insbesondere zwischen 0,5 ms und 2 ms, abgestrahlt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem mehrere Sendetelegramme hintereinander abgestrahlt werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem ein zeitlicher Abstand und/oder die Frequenz (f) der Sendete legramme zueinander variabel einstellbar ist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem die Information des Sendetelegramms verschlüsselt wird, ins besondere falls mehrere Sendetelegramme unterschiedlich ver schlüsselt werden.

21. Verwendung eines Senders nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in der Heizungstechnik, der Kochtechnik oder der Anlagen technik.

22. System zur Überwachung und/oder Steuerung, aufweisend
mindestens einen Sender nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
mindestens eine Einheit zur Anzeige der von dem mindes tens einen Sender ausgesandten Daten und/oder zur Steue rung mindestens einer der von dem Sender überwachten Vor richtungen aufgrund der empfangenen Daten.

23. System nach Anspruch 22 zur Temperaturüberwachung, insbe sondere zur Garraumüberwachung oder Anlagenüberwachung.