Wechselstromschalteinrichtung mit einer Vorrichtung zur Steuerung der Spannung
Die Erfindung betrifft eine Wechselstromschalteinrichtung mit einer Vorrichtung zur Steuerung der Spannung, insbesondere für Hausinstallationen, mit einer Wanddose und einer Abdeckblende sowie wenigstens einem Schaltkontakt.
Schalter dieser Art sind in vielen Ausführungsformen zumeist als Kippschalter bekannt und werden in Wanddosen in und über Putz in Hausinstallationen verlegt.
Es ist weiterhin bekannt, die dem Leitungsnetz entnommene effektive Spannung von ca. 200-240 Volt herabzusetzen, um entweder die Geräte mit geringerer Betriebsspannung zu speisen oder um mit Hilfe von elektrischen Glühlampen geeignete Lichtverhältnisse herzustellen. Solche Anlagen mit einstellbarer Spannungsversorgung sind zumeist in grösseren Sälen, wie Lichtspieltheatern, installiert. Die Regelung geschieht hier mit Hilfe von Regeltransformatoren oder grossen Schiebewiderständen, deren Einbau oft schwierig ist und die räumlich aufwendig gebaut sind.
Es bestand das Bedürfnis eine Wechselstromschalteinrichtung zu schaffen, die nicht nur eine reine Schaltfunktion wahrnimmt, sondern mit dem die Spannung den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend eingestellt werden kann. Die eingangs definierte Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke einer Spannungssteuerung in der Wanddose ein regelbarer Widerstand vorgesehen ist, dass das Einstellelement des regelbren Widerstandes durch eine Öffnung in der Abdeckblende betätigbar ist, und dass in der Wanddose eine elektrische Schaltanordnung mit wenigstens einem steuerbaren Gleichrichter sowie mit einem mit der Steuerelektrode des steuerbaren Gleichrichters verbundenen Ladekondensator vorgesehen ist.
Mit einer Ausführungsart der Erfindung kann, ohne dass besonderer Raum benötigt würde, eine Abblendsteuerung vorgesehen sein, die vom Wechselstromschalter aus bedienbar ist und mit deren Hilfe ein kontinuierliches Einstellen der erforderlichen Spannung erfolgen kann. Der Wechselstromschalter kann dazu benutzt werden, in Wohnräumen eine bestimmte Lichtstärke einzustellen, um z. B. ein eingestelltes Fernsehbild kontrastreich und blendfrei erscheinen zu lassen oder um bestimmte Beleuchtungseffekte zu erzielen.
Gemäss einer zweckmässigen Ausführungsart der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einstellelement als ein zylindrischer Drehknopf ausgebildet ist, dessen Achse innerhalb des Schalters parallel zur Abdeckblende verläuft und das mit. jeweils einem Teil seiner Oberfläche aus der Öffnung herausragt. Damit kann das Einstellen der Spannung durch Tasten mit einem Finger erfolgen und es ergibt sich eine besonders einfache Handhabung, die sich nur geringfügig von der zur Bedienung der bekannten Kippschalter erforderlichen Bewegung unterscheidet.
Zweckmässig sind die elektrischen Bauelemente auf einer gedruckten Schaltung angebracht, welche an einem Rahmen oder an einer Buchse befestigt ist. Diese Art der Anbringung eignet sich insbesondere für zylindrische Wanddosen, da die Platine mit der gedruckten Schaltung parallel zu den Stirnseiten angebracht werden kann und kaum zusätzlichen Platz beansprucht. Andererseits sollte der in den zur Zeit in Wanddosen für Wechselstrom-: schalter zur Verfügung stehende Raum hinreichend gross sein, um noch weitere Bauelemente aufnehmen zu können. So kann zweckmässig vorgesehen sein, dass sich an der Innenseite der Abdeckblende eine Halterung für eine Schmelzsicherung befindet, welche mit Kontaktarmen versehen ist, die im montierten Zustand in entsprechende auf der gedruckten Schaltung angebrachte Kontaktklemmen greifen.
Die Sicherung kann so bemessen sein, dass sie die in der elektrischen Schaltung enthaltenen elektronischen Bauelemente vor Überstrom schützt. Sie schützt damit gleichzeitig die angeschlossene Last. Das Auswechseln der Sicherung kann durch Abnehmen der Abdeckblende ohne besonderes Werkzeug und ohne Demontage weiterer Bauelemente erfolgen.
Eine besonders zweckmässige Ausführungsart der Erfindung sieht vor, dass der Kontaktschalter im Steuerstrompfad des steuerbaren Gleichrichters liegt. Da der Steuerstrom jeweils nur einen Bruchteil des Laststromes ausmacht, ist es bei Anbringung eines Schalters in der genannten Weise nicht erforderlich, einen Leistungsschalter zu wählen, es kann vielmehr ein Schalter mit kleinen räumlichen Abmessungen benutzt werden, der unter Umständen mit dem regelbaren Widerstand in bekannter Weise kombiniert ist. Die beschriebene Massnahme führt zu räumlich kleinen Abmessungen der mechanischen Schalterteile und zu einer Reduzierung der Bedienungselemente, so dass man, wie noch an einem Ausführungsbeispiel gezeigt werden wird, mit einem einzigen Bedienungsrädchen, das an der Stelle der sonst üblichen Kippschalter angebracht ist, auskommt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Frontansicht der Abdeckblende mit den dahinter befindlichen Schaltkontakten,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1 und
Fig. 4 die wesentlichen Bedienungselemente der Schaltkontakte bei abgenommener Abdeckblende.
Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 7 zeigen die Ausbildung der mechanischen Schalterkontakte in Verbindung mit einer gedruckten Schaltungsplatine und
Fig. 8 zeigt das elektrische Schaltbild der Schalteinrichtung.
Die Fig. 9-14 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei
Fig. 9 eine Frontansicht,
Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie X-X der Fig. 9 und
Fig. 11 einen Schnitt entlang der Linie XI-XI der Fig. 9 der Schalteinrichtung darstellen.
Fig. 12 ist eine Ansicht einer Schalteinrichtung bei abgenommener Abdeckblende,
Fig. 13 zeigt die gedruckte Schaltung und
Fig. 14 ist ein elektrisches Schaltbild der in Fig. 12 gezeichneten Schalteinrichtung.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 8 ist eine Wechselstromschalteinrichtung mit zwei Kippschaltern 2 und einem Einstellrad 1 dargestellt. Das Einstellrad 1 ist unterhalb der beiden Kippschalter angebracht und tritt mit einem Teil seiner geriffelten Oberfläche durch eine entsprechende Öffnung aus der Abdeckblende 3 heraus.
Die Abdeckblende 3 ist in bekannter Weise aus Phenolharz gepresst und hat etwa die Form einer runden Scheibe. An ihrem Rand ist sie abgebogen, so dass der Rand an der entsprechenden Wand zur Anlage kommt.
Der umgebogene Teil ist mit gleichmässig über den Umfang verteilten Ausnehmungen 4, welche der Luftzufuhr für das Innere des Schalters dienen, ausgestattet.
An der Rückseite der Abdeckblende 3 befindet sich weiterhin eine Halterung 5 für eine etwa zylinderförmige Sicherung 18. Die Halterung 5 ist mit in das Innere des Schalters weisenden Kontaktarmen 19 versehen, die im montierten Zustand in entsprechende Kontaktklemmen 6, die auf der gedruckten Schaltung 11 angebracht sind, eingreifen.
Die Schalteinrichtung befindet sich in einer Wanddose 12 herkömmlicher Art, die in eine Wand eingesetzt ist, und Öffnungen 20 zum Einführen der unter Putz verlegten Leitungen aufweist. In der Wanddose 12 wird der die Schalterelemente und die gedruckte Schaltung 11 tragende Rahmen 9 durch die nach aussen gedrückten Krallen 17 festgehalten. Das Anziehen der Krallen 17 erfolgt über die Befestigungsschrauben 16. Diese sind jeweils in ein mit Innengewinde versehenes Rohr 15, das mit dem Rahmen 9 verbunden ist, einschraubbar, wodurch sich die Krallen 17 in der Innenwand der Wanddose 12 festkrallen. Von der Wandseite her sind weitere die Platine 11 haltende Befestigungsschrauben 10 in die Rohre 15 eingeschraubt. Die beiden Kippschalter 2 liegen dem Mittelpunkt der etwa als runde Scheibe ausgebildeten gedruckten Schaltung gegenüber.
Die Kippschalter 2 wirken auf je einen Kontaktarm 23, 43 ein, der durch eine Feder 21 mit seiner Mittelachse gegen die gedruckte Schaltung gedrückt wird, und der bei Betätigen des Kippschalters 2 jeweils in eine stabile Stellung, mit einem Ende an der gedruckten Schaltung anliegend, gebracht wird. Der Kipp-Punkt der beiden Schaltarme 23, 43 ist über eine Leiterbahn mit der Eingangsklemme 27 verbunden. Die unteren Enden der Kontaktarme, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind, sind in jedem Schaltzustand kontaktfrei, während das obere Ende des einen Kontaktarmes 23 in einem Schaltzustand mit einer Hilfsklemme 25 und das obere Ende des anderen Kontaktarmes 43 mit einer (nicht gezeichneten) Leiterbahn der gedruckten Schaltung 11 verbunden ist.
In Fig. 5 ist noch die Anbringung des noch näher zu erläuternden Triac 29 auf der gedruckten Schaltung 11 gezeichnet.
Nach Fig. 8 ist die Eingangsklemme 27 über einen Kontaktarm 23 und eine Drossel 36 mit einer Haupt stromelektrode des Triac 29 verbunden. Die andere Hauptstromelektrode liegt über die Sicherung 18 an Ausgangsklemme 26. Die Steuerung des Triac geschieht über den RC-Verzögerungskreis 30. 1, 32, wobei der jeweilige Schaltzeitpunkt des Triac durch die Verzögerung anhand des regelbaren Widerstandes 1 einstellbar ist. Der Triac ist ein in der letzten Zeit immer häufiger verwendetes Halbleiterelement, das aus einem Paar gesteuerter Siliziumgleichrichter besteht, die antiparallel geschaltet in einer einzigen Einheit vereinigt sind. Der Triac ist normalerweise stromlos, bis er vom Umladestrom des Kondensators 32 in den leitenden Zustand versetzt wird.
Er kann je nach Richtung des Steuerstromes Hauptstrom in beiden Richtungen durchlassen und ist daher für die vorliegenden Aufgaibenstel- lung besonders geeignet. An seiner Stelle könnten auch zwei voneinander unabhängige gesteuerte Siliziumgleichrichter, z. B. Thyristoren, verwendet werden, doch bietet der Triac den Vorteil, lediglich ein einzelnes Bauelement dieser Art zu benötigen. Durch die verzögerte Durschaltung des Triac während jeder Halbwellen- periode entsteht ausgangsseitig eine sehr oberwellenhaltige Spannung, die störend auf in der Nähe befindliche Rundfunkempfänger einwirken könnte.
Aus diesem Grunde ist eine parallel zur Steuereinrichtung liegende Entstörschaltung aus den Kondensatoren 33 und 35 und dem Widerstand 34 vorgesehen, der die bei der Umladung des Kondensators 32 entstehenden Spannungsspitzen durch Kurzschluss der Oberwellen vom Leitungsnetz fern hält und damit verhindert, dass auch über das Leitungsnetz hochfrequente Störspannungen auf andere Geräte verteilt werden. Diese Art der Entstörung ist billig und entspricht den behördlichen Vorschriften.
Die Drossel 36 dient ebenfalls dazu, das Eindringen hochfrequenter Störspannungen in das Leitungsnetz zu verhindern.
Durch Betätigen des oberen Schalters 43 nach Fig. 8 wird der elektrische Steuerkreis geschlossen, und die Spannungsregelung für die angeschlossenen Verbraucher kann nunmehr durch Betätigen des Drehknopfes des regelbaren Widerstandes 1 erfolgen. Darüber hinaus ist an der Steckdose die über einen weiteren Schalter 23 am Spannungspotential 27 liegende Klemme 25 vorgesehen.
Diese kann dem jeweiligen Bedarf bzw. den individuellen Wünschen entsprechend angeschaltet sein. So ist es möglich, sie mit der Klemme 26 zu verbinden, wodurch erreicht wird, dass der Verbraucher, z. B. die Lichtquelle, über den unteren Schalter 23 voll einschaltbar ist, wobei die jeweilige Stellung des oberen Schalters 43 gleichgültig ist. Bei Abschalten des Schalters 23 würde in dem angeführten Fall der Dämmerungsschalter 43 wirksam, wobei dann die Regelung über den Widerstand 1 vorgenommen werden kann. Die Anbringung der Abdeckblende 3 durch eine Schnappverbindung mittels der Vorsprünge 13 hat sich insbesondere in Verbindung mit der ebenfalls in der Abdeckblende untergebrachten Sicherung 18 als zweckmässig erwiesen.
Zum Auswechseln der Sicherung 18 wird lediglich die Abdeckblende 3 abgezogen, wodurch sich die Kontakte 19 der Sicherungshalterung 5 von den Klemmen 6 auf der gedruckten Schaltung 11 trennen. Die Sicherung kann danach ungefährdet von der Abdeckblende 3 gelöst werden. Mit dem Abziehen der Abdeckblende wird also zugleich der elektrische Stromkreis unterbrochen, so dass die Sicherung ohne Gefährdung berührt werden kann. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel liegt die Sicherung 18 im Schaltbild (Fig. 8) direkt an der Ausgangsklemme 26, es kann jedoch auch zweckmässig sein, sie stattdessen mit der Klemme 27, an der stets das volle Potential liegt, zu verbinden.
Beim Abnehmen der Abdeckblende zusammen mit der Sicherung würde dabei das elektrische Potential von der gesamten Schaltung entfernt, so dass eine Gefährdung nur noch bei Berühren der Klemme 27 oder der entsprechenden Klemme an der Halterung 5 gegeben wäre.
In den Figuren 9 bis 14 ist ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem der Schalter in geeigneter Weise mit dem Regelwiderstand kombiniert ist. Dabei sind Bauteile, die in beiden Ausführungsformen gleichermassen vorkommen, mit demselben Bezugszeichen versehen.
Der gezeigte Schalter ist ebenfalls in einer unter Putz verlegten Wanddose 12 untergebracht und mit Hilfe von Krallen 17, welche mittels Schrauben 16 verstellbar sind, an der Wanddose 12 befestigt. Die eigentlichen Schaltelemente sind innerhalb eines in die Wanddose versenkbaren Gehäuses 42 auf einer gedruckten Schaltung 11 angebracht. Die gedruckte Schaltung 11 ist in Fig. 13 detailliert, jedoch unter Fortlassung der Leitbahnen und der Bohrlöcher gezeichnet. Sie ist im wesentlichen rund und besftzt eine Aussparung für die Drosselspule 39 und eine rechteckige Öffnung für den Durchtritt des Rades, mit dem der regelbare Widerstand 36 verändert werden kann.
Das Rad ist auch bei dieser Ausführungsform des Schalters so angebracht, dass seine Achse innerhalb des Schalters parallel zur Abdeckblende verläuft, es liegt jedoch zentral im Schalter, so dass jeweils ein Teil seiner Oberfläche aus der Abdeckblende 3 herausragt. Diese ist zweckmässig mit einer Mulde 38 versehen, in deren Mitte sich der herausragende Teil der Oberfläche des Rades befindet, so dass das Rad 36 nicht unnötig weit nach vorn aus der Abdeckblende hinaussteht.
An der Innenseite der Abdeckblende 3 befindet sich, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, eine mit Kontaktarmen 19 versehene Halterung 5 für die Sicherung 18.
Das Gehäuse 42 ist an seiner Frontseite mit Durchtritts öffnungen für das Rad 36 und die Kontaktarme 19 versehen. Auf seinem Zylindermantel enthält es eine weitere Durchtrittsöffnung mit Schraubklemmen 47 zur Kontaktgabe und zur Befestigung der von aussen her durch die Wand zugeführten Kabel. Die Abdeckblende 3 ist mittels in entsprechende Öffnungen auf der Stirnseite des Gehäuses 42 eingreifender Schnappstegen 13 abnehmbar am Gehäuse befestigt. Fig. 12 zeigt die Frontansicht des Gehäuses 42, wie sie sich bei abgenommener Abdeckplatte dem Betrachter zeigt.
In Fig. 14 ist das Schaltbild der auf der gedruckten Platine 11 befindlichen elektrischen Schaltung gezeichnet. Zwischen Eingangsklemme 27 und Ausgangsklemme 26 liegt in Reihe mit der Sicherung 18 und der Drosselspule 39 der Triac 29. Der Verbindungspunkt von Sicherung 18 mit Drosselspule 39 ist über die Entstörschaltung 33, 34, 35 mit der Ausgangsklemme 26 verbunden. Parallel zum Triac 29 liegt die Reihenschaltung aus dem Widerstand 30, dem regelbaren Widerstand 36 und dem Ladekondensator 32. Der Verbindungspunkt der Schaltelemente 36 und 32 liegt über einen Schalter 37 und das aus zwei antiparallel geschalteten Dioden bestehende Halbleiterelement 31 an der Steuerelektrode des Triac 29.
Dabei sind der regelbare Widerstand 36 und der Schalter 37 in bekannter Weise derart miteinander verbunden, dass durch Drehen des Rades 36 über den Endausschlag hinaus der Schalter 37 betätigt wird. Derartige Bauelemente, in denen Potentiometer und Schalter miteinander kombiniert sind, sind seit langem bekannt und kommen vielfach zur Anwendung.
Die Einheit aus Kontaktschalter 37 und regelbarem Widerstand 36 ist im vorliegenden Fall so ausgebildet, dass beim Einschalten, d. h. bei Betätigung des Rades zunächst der volle Laststrom fliesst, und dass nach weiterem Drehen des Rades der Laststrom herabgesetzt wird. Es ist wichtig, die Widerstände 30, 36 und den Kondensator 32 so zu bemessen, dass bei der grössten durch diese Verzögerungsschaltung einstellbaren Verzögerung eine ausgangsseitig liegende normale Glühlampe noch sichtbar leuchtet, da anderenfalls die Gefahr besteht, dass bei voll eingeschaltetem Widerstand 36 der Laststrom nicht ausreicht, um die Glühbirne zum Ansprechen zu bringen, aber trotzdem ein optisch nicht wahrnehmbarer Stromverbrauch stattfindet.
Die in den Fig. 9 bis 14 gezeichnete Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass lediglich ein Bedienungselement, nämlich das Rad 36 erforderlich ist, mit dem sowohl das Schalten wie auch die Regelung des Laststromes vorgenommen werden kann. Dabei ist es nicht erforderlich, einen Leistungsschalter vorzusehen, da der eigentliche Schaltvorgang durch Betätigen des an der Steuerelektrode des Triac 29 liegenden Schalters 37 vorgenommen wird. Dieser Schalter braucht lediglich zum Durchschalten der Steuerleistung bemessen zu sein, im Gegensatz zu den bekannten Schaltern, welche den Laststrom unmittelbar schalten.
Dabei wird der neue Schalter durch Betätigen des Rades 36 in ähnlicher Weise bedient, wie die bekannten Kippschalter, und es sind somit keine Umstellungen bei der Gewöhnung an den neuen Schalter erforderlich, denn auch Kippschalter werden ja durch Entlangfahren mit der Hand an dem Betätigungselement bedient. Es sind ferner keine nach aussenhin vorstehenden Steuerknöpfe vorhanden.
Es hat sich in der Praxis als zweckmässig erwiesen, das Verzögerungsnetzwerk aus den Widerständen 30, 1 bzw. 36 und dem Kondensator 32 wie folgt auszulegen: Widerstand 30 100 kOhm, Widerstand 1 bzw. 36 1,6 MOhm, Kondensator 32 0,1,ezF. Die Entstörschaltung aus den Elementen 33, 34, 35 sowie die Drosselspule 39 können in bekannter Weise ausgelegt sein.