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Zeitschaltuhren
Im täglichen Leben ist jeder bestimmt mal mit einer Zeitschaltuhr in Kontakt gekommen. Meistens in Form einer Zwischensteckdose, wo man in einem Kreis die Ein.- und Ausschaltzeiten einstellen kann und somit eine Weinachtsbaumbeleuchtung oder ein paar Lampen im Aussenbereich zu gewissen Zeiten ein und ausschaltet.
Was sich so simpel anhört hat jedoch einen sehr ausgeprägten geschichtlichen Hintergrund. Schon zu der vorchristlichen Zeit im alten Ägypten verstand man sich der Zeitmessung und entwickelte Zeitmessgeräte, die mithilfe von Wasser die verlaufene Zeit bestimmen konnte.
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts entwickelte der schwäbische Uhrmacher Paul Schwenk den ersten Treppenlichtautomat. Die Weiterentwicklung und innovation mündeten dann in den 1970er Jahren in einen Zwischenstecker für eine handelsübliche Steckdose, wo man vordefinierte Zeiten einstellen konnte um Geräte gezielt zu schalten.
Mit Einzug der Schaltschränke in Gebäuden und der daraus folgenden Weiterentwicklung wie wir sie heute kennen, hielten Treppenlichtautomaten und Zeitschaltuhren Einzug in die moderne Hausinstallationstechnik.
So steuern diese im Verborgenen das Licht in Treppenhäusern oder schalten gezielt zu eingestellten Uhrzeiten Licht und sonstige elektrische Verbraucher ein und aus. Dies können zum Beispiel auch Nachtspeicherheizungen, Umwälzpumpen für die Warmwasserbereitung, Straßenbeleuchtungen oder gar Schaltvorgänge für eine Anwesenheitssimulation sein.
In der Hausautomation wurden Zeitschaltuhren in den 1990er Jahren von der Firma Theben entwickelt, die ebenso an der Entwicklung des EIB Standard und einhergehend dem KNX Standard beteiligt waren.
In diesen Artikel stelle ich Euch die Anwendungsfälle anhand verschiedener Beispiele vor. Allerdings gehe ich hier auf Einbaugeräte und insbesondere KNX Geräte ein.
Mit Zeitschaltuhren bin ich eigentlich schon als Kind in Berührung gekommen. Wie auf obigen Bild zu sehen, handelte es sich in meinem Fall um einen Steckdosenzeitschaltuhr, in der mit kleinen Pins die Schaltzeit eingestellt wurde.
Als ich mein Haus 2005 baute, wurde ich mit dem Thema Schaltzeit konfrontiert. Meine Berker B-IQ Tastsensoren hatten so was eingebaut. Jedoch schenkte ich damals dieser Funktion keine Bedeutung, da mir andere Dinge wichtiger waren.
Hier wiederum meine Empfehlung an Euch: Macht Euch immer und grade hier im Besonderen Gedanken darüber, welche Funktionen Ihr umsetzen wollt und welchen Funktionsumfang Eure Geräte haben sollen.
Mithilfe der Zeitschaltuhr in den Tastsensoren ist es möglich, die Heiz.- und Kühlprogramme zu programmieren. Ebenso können vielfältig Lichter, Szenen u.s.w. geschaltet / gedimmt werden. Doch sind die Funktionen hier manchmal eingeschränkt und mitunter kompliziert zu programmieren.
Viele KNX-Wetterstationen zum Beispiel bieten eine Zeitschaltuhrfunktion an, um zu festgelegten Uhrzeiten Beschattungen zu steuern, Licht zu schalten oder Heizprogramme zu aktivieren.
Mit Logikfunktion ist es auch möglich, Abhängigkeiten zu schalten. Nehmen wir zum Beispiel an, das die Aussenbeleuchtung zu einer gewissen Uhrzeit angehen soll, bevor Ihr zur Arbeit fährt. Hier wäre es natürlich schlecht, wenn Ihr um 6 Uhr morgens zur Arbeit fährt, die Sonne aber schon um 5 Uhr im Sommer aufgeht. Dann brennt das Licht umsonst. Ihr seht bei der Fragestellung schon, das man sich über gezieltes Schalten von Funktionen Gedanken machen sollte.
In diesen Fall kann man zum Beispiel den Sonnenauf.- und Untergang einbeziehen, um dann die Beleuchtung zu sperren beziehungsweise freizugeben.
Doch was macht man, wenn zum Beispiel die Wetterstation ausfällt, oder man gar keine Wetterstation besitzt, weil es sich um eine Produktionshalle handelt, die keine Beschattung nötig hat?
Wetterstation
Das hier aufgezeigte Beispiel einer Wetterstation findet sich oft in KNX Gebäuden, da diese kostengünstig und effizient mehrere Funktionen übernehmen können. Nur wie funktioniert das?
KNX Wetterstationen gibt es in unterschiedlichen Ausführungen. Die günstigsten Modelle verfügen "nur" über folgende Sensoren:
- Regen
- Wind
- Sonne gegebenenfalls Dämmerungssensor
- Temperatur
- Beschattungssteuerung
- und manche Funktion mehr...je nach Ausführung
Größere Wetterstationen können über unterschiedliche Wege Zeit und Datum empfangen, um dadurch Schalthandlungen durchzuführen. Die erste Möglichkeit ist der Empfang über DCF. Hierbei wird das Radiosignal von Atomuhren über Radiowelle an die Station geschickt. Hierbei werden allerdings nur Datum und Uhrzeit gesendet.
Die Sensoren für DCF Empfang gab es zur Anfangszeit des KNX BUS auch einzeln ohne Wetterstation zu kaufen. Bei meiner ersten Wetterstation der Marke Berker war dies noch der Fall. Dieser Sensor hatte eine Empfangseinheit, die unter dem Dach montiert wurde und eine Haupteinheit mit KNX Anschluss, die als REG Einbaugerät im Schaltschrank verbaut wurde.
GPS
Eine weitere Möglichkeit die Zeit zu empfangen ist GPS. Vereinfacht erklärt wird hierbei von Satelliten die sich im Erdorbit befinden ein Radiosignal zur Erde gesandt. Dieses Radiosignal enthält mehrere Informationen wie Datum und Uhrzeit, aber auch andere Dinge wie Position und Höhe des Satelliten.
Die GPS Antenne empfängt diese Daten und kann sich hierbei sowohl Datum und Uhrzeit herausnehmen aber auch die eigene Position bestimmen. Hierzu ist allerdings der Empfang von mindestens 3 Satelliten nötig, was heutzutage allerdings kein Problem darstellt. Jetzt stellt man sich natürlich die Frage, warum man so ein System braucht und welche Rolle es bei Schaltzeituhren spielt?
Hat man ja schon wie im vorigen Beispiel ein DCF Signal zur Verfügung muss man ja nicht zwangsläufig GPS einsetzen, oder?
Kommen wir wieder zurück zu dem vorausgegangenen Beispiel, in dem man morgens um 6 Uhr zur Arbeit geht. Im Winter ist es draussen dunkel und man möchte zum Beispiel um 5 Uhr 45 die Aussenbeleuchtung schon eingeschaltet haben um nicht auf dem Weg zum Auto zu stolpern oder ähnliches. Im Sommer hingegen ist die Sonne schon aufgegangen und da wäre es unnötig, die Beleuchtung angeschaltet zu haben.
Hierbei hilft die genaue Positionsangabe des GPS Systems. Denn diese ist in Wetterstationen nicht nur in der Lage die Position zu ermitteln, sondern auch den Sonnenverlauf zu berechnen. Diese Positionsberechnung dient aber nicht nur der Beleuchtung des Gartens oder der Einfahrt; sie dient auch vielen weiteren Szenarien wie zum Beispiel der Verschattung, Klimatisierung und vielen anderen mehr.
Deshalb würde ich heute grundsätzlich IMMER zu einer Wetterstation mit GPS greifen.
Das schließt auch Zeitschaltuhren als Reiheneinbaugeräte ein. Viele dieser Zeitschaltuhren bieten DCF, GPS oder beides an.
Bei KNX Zeitschaltuhren lässt sich die Uhrzeit und Datum auch auf den KNX Bus senden. Somit erhalten viele Geräte im Haus dann die exakte Uhrzeit, die sehr wichtig für einen ausfallsicheren Betrieb ist.
Allerdings gibt es auch Zeitschaltuhren ohne KNX, die im Funktionsumfang fast genauso umfangreich sind. Eine davon ist die Theben TR 644 top2 RC für die Hutschiene. Mit so einer Zeitschaltuhr kann man auch Taster anschließen, die Zeitprogramme gezielt ablaufen lassen, aber auch am Computer ein Zeitprogramm bearbeiten, das man dann auf einer Speicherkarte einschiebt und somit komfortabel ohne KNX gewisse Schaltungen ausführen kann.
Sinn macht es, solche Geräte sowohl in Produktionshallen als auch in Privathäusern einzusetzen. In Produktionshallen zum Beispiel kann man diese Geräte zur Beleuchtungssteuerung einsetzen, aber auch um die angrenzenden Büro's die Heizungssteuerung zu ergänzen.
Ebenso können Brauchwasserpumpen gezielt geschaltet werden um Legionellen vorzubeugen oder Temperaturabsenkungen in Wasserspeichern entgegen zu wirken.
Zeitschaltuhren dieser Art haben auch einen Webserver meist eingebaut und lassen sich über Netzwerk oder Internetverbindung programmieren. Das ist schon smart ohne KNX.
Wozu braucht man dann aber KNX Zeitschaltuhren und generell KNX, wenn diese Zeitschaltuhren ja so gut ausgestattet sind?
KNX Zeitschaltuhren
KNX Zeitschaltuhren bieten einen viel größeren Funktionsumfange und Bedienkomfort. Zumal sich hier ein Faktor in den Vordergrund schiebt: Ordnung !
Hab ich ein großes Gebäude um muss viele Dinge wie Wasserpumpen, Licht etc. gezielt schalten, ergeben sich lange Leitungswege (was auch mit Installationskosten einhergeht) die allerdings von den Kosten auch eines verursachen können: Fehler
Bei den KNX Zeitschaltuhren kann ich dem Aktor, der direkt bei einer Pumpe sitzt sagen, wann er den Kanal ein und ausschalten soll...oder auch eine Lampe gezielt oder zufällig dimmen. Das ist zum Beispiel der Fall, wenn ich eine Anwesenheitssimulation laufen lasse, um Einbrüchen entgegen zu wirken.
Aber auch die Ansteuerung der KNX Zeitschaltuhr selbst ist hier flexibler. Zeitprogramme lassen sich hier mit Szenen kombinieren und jeder Taster oder auch Ereignisse wie Erfassung von Bewegungsmeldern lassen die Steuerung der Zeitschaltuhr zu.
Ebenso kann man mit Logik das Verhalten der Zeitschaltuhr steuern, indem man zum Beispiel einen KNX Dämmerungsschalter als Komponente hinzu nimmt, und Licht zur Dämmerungszeit anders schaltet / Dimmt als zur Tages und Nachtzeit....oder gar an Feiertagen.
Auch sind hier die Zeitschaltuhren kaskadierbar, was wiederum Platz im Verteilerschrank schafft. Man muss nicht alle Zeitschaltuhren am gleichen Platz einbauen, was allerdings Sinn bei sehr großen Gebäuden macht.
Ich persönlich bin mittlerweile ein sehr großer Freund von Zeitschaltuhren, insbesondere intelligenten KNX Zeitschaltuhren. Allerdings setze ich im persönlichen Umfeld andere Zeitschaltuhren ein. Jedoch empfehle ich jedem, sich eine Zeitschaltuhr in sein Smart Home einzubauen.
Zeitschaltuhren mit Server
Im "normalen" Betrieb von KNX Zeitschaltuhren kann man mit einem oder zwei Geräten, die man eventuell noch erweitert im Smart Home auskommen. Sollte man allerdings umfangreich Logik einsetzen um noch komfortabler zu schalten, sollte man sich überlegen, einen Server hierfür einzusetzen.
Betrachtet man die Investitionskosten und rechnet diese gegenüber einen Server, kann man hier etwas kosteneffizienter arbeiten. Allerdings wirft das Ganze auch ein paar Fragen auf, die ich näher erörtere.
Bei meinem Hausbau integrierte ich ein paar Jahre später den Gira Homeserver in meine KNX Installation. Dieser hat von Werk aus Zeitschaltuhren, ganze 500 an der Zahl an Board. Zusätzlich zu den schon vorhandenen Zeitschaltuhren gibt es für die Logik des Homeservers auch andere Zeitschaltuhren, die man sich als Logikbausteine im KNX User Forum laden kann.
Jede Funktion des Homeservers in der Visu lässt sich auch mit einer Zeitschaltuhr versehen, so das zum Beispiel bei Sonnenuntergang eine Verschattung runterfährt und morgends wieder auffährt. Diese Zeitschaltuhren lassen sich auch bequem sperren / deaktivieren. Auch mit Logik ist das möglich.
Auf auf den Logikblättern machen Zeitschaltuhren als Logikbausteine keine Probleme. Ich nutze sie hier sehr oft. In den Jahren hatte ich auch keine Ausfälle, da mein Homeserver auch an einer USV angeschlossen ist. Ebenso die restliche Elektronik wie Sicherheitsmodul S1 und IP Router / Switch etc.
Darauf sollte man schon achten und das ist auch kostenintensiv. Das ist leider das "kleinere" Manko. Wie gesagt ist die Anschaffung einer REG KNX Zeitschaltuhr nicht mit den Kosten verbunden, die ein Server kostet.
Abbildung zeigt Zeitschaltuhr im Quad Client des Homeservers. Hier für die Funktion Decke im Wohnbereich.
Abbildung zeigt Logikblatt Bewässerung mit einer Zeitschaltuhr, die die Bewässerungseinschaltzeit regelt, so das der Rasenroboter nicht die Bewässerung zerstört.
Alternativen Home Assistant / Node Red
Als Alternative kann ich Home Assistant empfehlen. Hier werden mit Node-Red auch Zeitschaltuhren angeboten und man kann ebenso die KNX Installation mittlerweile hier betreiben.
Betrachtet man die Kosten für Hard.- und Software, ist man hier sehr günstig unterwegs. Allerdings kann die Übersichtlichkeit darunter leiden. Grade in größeren Objekten verliert man dann die Übersicht und sucht die Zeitschaltuhren.
In Sachen Home Assistant überlasse ich meinem Kollegen Torben Ledermann das Wort, da er viel tiefer in der Home-Assistant Materie drin ist. Schaut auch bei seinen anderen Videos auf seinem Kanal!
Fazit und Empfehlung
Zeitschaltuhren sind für mich jedenfalls essentiell und sollten in keiner Elektroinstallation, sei es eine konventionelle oder KNX Installation, fehlen. Man kann zwar die ganze Geschichte mit einem Server betreiben, sollte man allerdings kleinere Installationen haben ist das ziemlich groß berechnet.
Für Industrielle Anlagen muss man halt seine Entscheidung treffen. Ich bevorzuge hier klar einen Server, allerdings ist die Ausfallsicherheit hier ein Gedankenspiel. Da würde ich trotz aller Serververspieltheit eher auf ein REG Einbaugerät zurückgreifen.
Ebenso sollte man den menschlichen Faktor einbeziehen. Nicht jeder Elektriker kennt sich mit Servern aus. Wenn mal was zu überprüfen ist oder eine Änderung der Schaltzeiten ansteht, muss das auch einstellbar sein. Hier ist man mit Servern manchmal schlechter aufgestellt. Zumal man auch Passwörter vergeben, Systeme warten muss und auch die Sicherheit im Auge behalten muss.
Meine Wahl sind hier wirklich die REG Zeitschaltuhren. Ich empfehle grundsätzlich welche von THEBEN, da diese die Entwickler der Zeitschaltuhren sind und ein sehr großes Know-How hier aufzeigen.
Den Link zu den Zeitschaltuhren von Theben findet Ihr weiter unten im Text.