Reichweitenplanung bei KNX-Funk-Systemen

Eine flexible Lösung zur Nachrüstung eines Smart Home-Systems oder zur Erweiterung eines bestehenden KNX-Systems bieten Aktoren auf Basis von KNX-Funk (RF). KNX-RF-Aktoren erfordern durch die Kommunikation per Funk am Installationsort keine Busleitung, sondern benötigen in der Regel nur eine Spannungsversorgung.

So lassen sich in Bestandsbauten flexibel erweiterbare Systeme mit KNX-Technologie ohne großen Baustellenaufwand nachrüsten. Eine Lösung bietet beispielsweise Theben an: Dabei verbindet ein Medienkoppler kabelgebundene mit Funk-Komponenten. Die aktuelle Firmware des Medienkopplers unterstützt die Segmentierung von Linien in der ETS6 und ermöglicht so die einfache Nachrüstung bestehender Systeme mit RF-Komponenten. Die RF-Aktoren für die Unterputz-Dose lassen sich mit jedem bekannten Schaltersystem kombinieren. Mittels KNX Secure bieten alle KNX-Unterputz-Funk-Aktoren zudem eine verschlüsselte, manipulationssichere Kommunikation.

Überschaubarer Montageaufwand

Bild 1: An langen Mauern entlanglaufende Signale sollten vermieden werden

Die Installation eines Funk-RF-Systems ist vom Montageaufwand her überschaubar. Umfangreiche bauliche Maßnahmen sind im Normalfall nicht vonnöten. Man kann jedoch sehr verschiedene Situationen und bauliche Gegebenheiten in den Bestandsbauten vorfinden, die einen Einfluss auf die Gestaltung und die Möglichkeiten des Funk-Systems haben.

Ein erster Blick gilt der Einbautiefe der Unterputzdosen. Die Funkaktoren werden in den UP-Dosen installiert, doch dort ist nicht immer genug Platz. Die normale Einbautiefe von UP-Dosen beträgt 46 mm, ein Aktor benötigt jedoch »tiefe Dosen« mit 66 mm. Daher müssen gegebenenfalls die UP-Dosen vor Installation der Aktoren ausgetauscht werden. Einfach ist der Austausch bei Hohlwanddosen, die im Standard 49 mm tief sind. Hier gibt es eine Variante mit 62 mm. Der Austausch ist aufgrund der Trockenbauweise der Wände unproblematisch machbar. Möglich wäre es auch, Elektronikdosen einzubauen, deren kleiner Installationskasten unterhalb der Dose Platz für die Bauteile bietet. An Platzgründen scheitert der Einbau nicht, nur der Aufwand, wenn neue Dosen installiert werden müssen, ist höher.

Signale ungehindert senden

Bild 2: Metallbauteile können einen Funkschatten erzeugen. Dies muss bei der Planung berücksichtigt werde

Eine häufig gestellte Frage zu RF-Systemen betrifft die Reichweite der Komponenten. Die tatsächliche Reichweite variiert stark und hängt von vielen gebäudespezifischen Faktoren ab. So kann die Reichweite unter optimalen Bedingungen innerhalb von Gebäuden bis zu 30 m betragen, während sie unter ungünstigen Umständen auf nur wenige m reduziert sein kann. Im Freien sind Reichweiten von bis zu 100 m möglich. Bei der Planung sollte man daher die Funk-Reichweite vorsichtig einschätzen, um die Betriebssicherheit sicherzustellen.

Verschiedene Faktoren beeinflussen die Signalreichweite. Besonders hervorzuheben sind die Taster: Massive Rahmen und Wippen schwächen das Signal bereits an seinem Ursprungsort. Beispielsweise können Edelstahltaster das Funksignal erheblich beeinträchtigen. Glas hingegen stellt in der Regel kein großes Problem dar, da meist nur die Rahmen aus Glas bestehen und die Taster selbst aus Kunststoff gefertigt sind.

Erhebliche Auswirkungen auf die Reichweite haben Decken, Wände (Bild 1) und Mobiliar. So ist es entscheidend, wie viele dieser »Hürden« sich zwischen den Geräten befinden, die sich unterhalten sollen. Bei der Funkübertragung entstehen dabei folgende negative Effekte:

• Dämpfung / Absorption: Signal wird »verschluckt«
• Reflexion: Signal wird zurückgeworfen
• Brechung: Signal wird in eine andere Richtung umgelenkt
• Streuung: Signalvervielfältigung

Während Materialien wie Holz, Gips und Glas das Signal nur wenig dämpfen, sind massive Mauern ein größeres Hindernis für die Funkwellen. Auch große Wasserbassins wie Aquarien dämpfen und reflektieren einen Teil der Funkwellen. Schwierig wird es bei massiven Wänden aus Stahlbeton, mit Metall beschichteten Gläsern oder Trockenbauwänden mit Metallgittern (Bild 2). Aufzugsschächte oder Brandschutztüren sind hingegen nahezu ein Garant dafür, dass kein Signal mehr passieren kann. Die Dämpfung ist darüber hinaus maßgeblich beeinflusst von der Materialdicke.

Repeater verstärken das Signal

Bild 3: Jeder Aktor kann auch als Repeater verwendet werden, um weiter entfernte Elemente zu erreichen

Sind zwei Geräte viel zu weit voneinander entfernt positioniert, um direkte Kommunikation zu führen, gibt es einen Ausweg: Wenn es notwendig ist, kann man jedes Funk-Gerät auch als Repeater verwenden (Bild 3). Diese Repeater-Funktion lässt sich in der ETS in den Eigenschaften des Gerätes unter Einstellungen aktivieren. Das Einrichten der Repeater erfordert manchmal ein wenig Ausprobieren, doch die Erfahrung hilft bei der richtigen Einschätzung, da die Erreichbarkeit untereinander von so vielen Faktoren im Gebäude abhängt.

So spielen die Lage zueinander und der Winkel, in dem die Funksignale durch die Wand gehen, eine wichtige Rolle: rechtwinkliger Durchgang bedeutet den kürzesten Weg und somit auch den geringsten Signalverlust. Flache diagonale Winkel verlängern den Weg durch das Hindernis und verringern auf diesem längeren Weg die Signalstärke. In den meisten Fällen hilft hier nur eines: die Gegebenheiten vor Ort ansehen und einzeln austesten, für welche Verbindungen Repeater notwendig sind. Auf keinen Fall jedoch sollte man alle Aktoren zu Repeatern machen, um ein besonders starkes Netzwerk zu bauen. Mit diesem Vorgehen erreicht man genau das Gegenteil, da sich zu viel Funkverkehr untereinander stört.

RF-System nicht zu groß planen

Bei der Planung eines RF-Systems sind der Funktionalität des Netzes Grenzen gesetzt. Die ETS gibt zwar kein spezielles Limit vor, aber Funk ist typischerweise zur Nachrüstung konzipiert. Im EFH-Bereich kann in diesem Fall z. B. das Smart-Home-System »Luxorliving« mit RF-Komponenten zum Einsatz kommen.

In Gewerbeimmobilien kann ein Einsatzfall beispielsweise eine Nutzungsänderung in einem Büro sein. Wird ein Einzelbüro zum Besprechungsraum, braucht der Raum eine andere technische Ausstattung, etwa dimmbare Wandleuchten oder verschiedene Lichtszenen. Das lässt sich mit einem RF-basierten KNX-System realisieren.

An ihre Grenzen kommen RF-Systeme jedoch, wenn es um die Nachrüstung großer Gebäude komplett auf Funkbasis geht, wie zum Beispiel bei der Nachrüstung größerer Gebäude mit deutlich über 100 Funkaktoren. Systeme dieser Größenordnung funktionieren nicht (zuverlässig), da sie auf diese Masse von Funk-Aktoren nicht ausgelegt sind. Ein funkbasiertes System sollte also immer eine Lösung für kleinere Immobilien(teile) oder eine Ergänzung bleiben.

Vermeidung von Telegrammkollisionen

Bild 4: Links: Ist der TP-RF-Medienkoppler schlecht platziert, erreicht er einen Teil der Empfänger nicht; rechts: Die sinnvolle Aktivierung der Repeater-Funktion bei einer Funk-Komponente macht auch weiter entfernte Empfänger erreichbar

Könnte es theoretisch passieren, dass zwei Funksignale genau gleichzeitig gesendet werden und sich gegenseitig stören? Nein, denn für diesen seltenen Fall ist vorgesorgt: Die Komponenten arbeiten nach dem Prinzip LBT (Listen Before Talk). Bevor sie ein Signal senden, »hören« sie erst, ob der Funkkanal frei ist, und verzögern das Signal gegebenenfalls, falls der Kanal bereits belegt sein sollte. Da diese Verzögerung nur wenige ms dauert, bemerkt der Nutzer davon nichts.

Wenn mehrere Aktoren gleichzeitig angesteuert werden sollen, beispielsweise um alle Jalousien gleichzeitig zu schließen, erfolgt dies über die Gruppenkommunikation. Dabei wird eine bestimmte Adresse verwendet, die bestimmt, welche Geräte miteinander kommunizieren sollen. Erhält diese Adresse ein Signal, wird es an alle zugehörigen Geräte weitergeleitet, die dann entsprechend reagieren. Diese Einstellungen werden in der ETS konfiguriert.

Autor

Tino Schlaich, Produktmanager, Theben AG

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net