CH625909A5

CH625909A5 - Electrical AC switch, especially for domestic installations

Info

Publication number: CH625909A5
Application number: CH298778A
Authority: CH
Inventors: Hansruedi Daneffel; Giorgio Citterio
Original assignee: Feller Ag
Priority date: 1978-03-20
Filing date: 1978-03-20
Publication date: 1981-10-15
Also published as: DE2902443A1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Wechselstromschalter, insbesondere für Hausinstallationen, und zwar handelt es sich um einen Schalter mit einem mindestens einen Schaltkontakt und mindestens einen Steuerstrompfad aufweisenden Relais, dessen Schaltkontakt mit Klemmen zum Anschluss eines mittels des Schaltkontaktes ein- und auszuschaltenden Laststromkreises verbunden ist, mit einer elektronischen Schaltungsanordnung zum Schalten des Steuerstrompfades des The invention relates to an electrical AC switch, in particular for domestic installations, namely a switch with a relay having at least one switch contact and at least one control current path, the switch contact of which is connected to terminals for connecting a load circuit to be switched on and off by means of the switch contact an electronic circuit arrangement for switching the control current path of the

Relais und mit einer für die Energieversorgung der elektronischen Schaltungsanordnung und des Relais vorgesehenen gleichrichtenden Schaltungsanordnung. Relay and with a rectifying circuit arrangement provided for the energy supply of the electronic circuit arrangement and the relay.

Bei einem Schalter der genannten Art muss die Energieversorgung der elektronischen Schaltungsanordnung sowohl bei geschlossenem als auch bei geöffnetem Relaiskontakt, also bei eingeschaltetem wie auch bei ausgeschaltetem Laststromkreis gewährleistet sein. Dies bereitet dann keine Schwierigkeiten, wenn für den gleichrichtenden Speisestromkreis besondere Anschlussklemmen zum dauernden Verbinden mit dem den Laststromkreis speisenden Wechselstromnetz vorhanden sind. Solche besonderen Anschlussklemmen verlangen natürlich auch die entsprechenden elektrischen Zuleitungen, die in manchen Fällen, wo der Schalter anstelle eines üblichen von Hand zu betätigenden Schalters verwendet werden soll, nicht vorhanden sind. In the case of a switch of the type mentioned, the energy supply to the electronic circuit arrangement must be ensured both when the relay contact is closed and when it is open, that is to say when the load circuit is switched on and off. This is not a problem if there are special connection terminals for the rectifying supply circuit for permanent connection to the AC network supplying the load circuit. Such special connection terminals naturally also require the corresponding electrical supply lines, which are not available in some cases where the switch is to be used instead of a conventional manually operated switch.

Versucht man jedoch, den gleichrichtenden Speisestromkreis von den Klemmen zum Anschluss des ein- und auszuschaltenden Laststromkreises aus mit Wechselstrom zu versorgen, so ergeben sich Probleme, weil bei geöffnetem Relaiskontakt zwischen den Anschlussklemmen für den Laststromkreis die volle Netzspannung liegt und kein Laststrom fliesst, wogegen bei geschlossenem Relaiskontakt zwischen den Anschlussklemmen für den Laststromkreis die Spannung gleich Null ist und ein Laststrom fliesst, dessen Stärke variabel ist in Abhängigkeit vom Leistungsbedarf der im Laststromkreis liegenden Stromverbraucher. Ein für Hausinstallationen bestimmter Schalter soll z.B. zum Ein- und Ausschalten von Stromverbrauchern mit 40 W bis 600 W Leistung geeignet sein, so dass bei einer Netzspannung von 220 V die Laststromstärke zwischen 0,18 A und 2,75 A variiert. Wenn z.B. mittels eines Stromwandlertransformators eine der Stromstärke entsprechende Spannung gewonnen wird, so variiert diese in annähernd dem gleichen Mass wie die Stromstärke, sofern nicht besondere Massnahmen zur Spannungsstabilisierung vorgesehen werden. However, if you try to supply the rectifying supply circuit with alternating current from the terminals for connecting the load circuit to be switched on and off, problems arise because when the relay contact is open, the full mains voltage is between the terminals for the load circuit and no load current flows, whereas closed relay contact between the terminals for the load circuit, the voltage is zero and a load current flows, the strength of which is variable depending on the power requirements of the current consumers in the load circuit. A switch intended for domestic installations should e.g. be suitable for switching power consumers with a power of 40 W to 600 W on and off, so that with a mains voltage of 220 V the load current varies between 0.18 A and 2.75 A. If e.g. If a voltage corresponding to the current intensity is obtained by means of a current transformer, this varies to approximately the same extent as the current intensity, unless special measures for voltage stabilization are provided.

Es sind zwar Schaltungsanordnungen zum Stabilisieren eines gleichgerichteten Spannung bekannt, doch ist es mit einem vernünftigen Schaltungsaufwand kaum möglich, eine um mehr als den Faktor 10 schwankende Spannung in tolerierbare Grenzen zu stabilisieren. Eine andere Möglichkeit würde darin bestehen, den Stromwandlertransformator im Sättigungsbereich der Magnetisierungskurve seines Eisenkernes zu betreiben. Nur diese Betriebsart würde eine im ganzen Lastbereich annähernd konstante Ladezeit des die Energie für die Erregung des Relais speichernden Kondensators ermöglichen und damit eine konstante Schaltfrequenz des Relais zulassen. Um aber schon bei der minimalen Laststromstärke von z.B. 0,18 A die magnetische Sättigung zu erreichen, müsste entweder der Transformator sogar in der Primärwicklung sehr viele Windungen aufweisen oder es müsste ein Transformator-Kern mit sehr hoher magnetischer Permeabilität, zweckmässig ein Ringkern, verwendet werden, damit die Windungszahl entsprechend niedriger sein kann. In beiden Fällen wäre der Wirkungsgrad des Transformators schlecht und müsste der Drahtquerschnitt in der Primärwicklung des Transformators für die maximale Stromstärke des Laststromes bemessen sein. Im ersten Fall würde der Stromwandlertransformator notwendigerweise solche Dimensionen annehmen, dass er zusammen mit den übrigen Bauteilen des Schalters keinen Platz mehr in einer üblichen Unterputzeinlassdose findet. Im zweiten Fall ergäben sich untragbar hohe Herstellungskosten für den Transformator. Although circuit arrangements for stabilizing a rectified voltage are known, it is hardly possible with reasonable circuit complexity to stabilize a voltage fluctuating by a factor of 10 within tolerable limits. Another possibility would be to operate the current transformer in the saturation range of the magnetization curve of its iron core. Only this mode of operation would enable an approximately constant charging time of the capacitor storing the energy for the excitation of the relay in the entire load range and thus allow a constant switching frequency of the relay. But in order to be able to use the minimum load current of e.g. 0.18 A to achieve magnetic saturation, either the transformer would have to have a large number of turns even in the primary winding or a transformer core with very high magnetic permeability, expediently a toroidal core, would have to be used so that the number of turns can be correspondingly lower. In both cases, the efficiency of the transformer would be poor and the wire cross section in the primary winding of the transformer would have to be dimensioned for the maximum current strength of the load current. In the first case, the current transformer would necessarily have dimensions such that it no longer finds space in a conventional flush-mounted inlet box together with the other components of the switch. In the second case, the transformer would be prohibitively expensive to manufacture.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Schalter der eingangs genannten Art so auszubilden, The object of the present invention is to design an electrical switch of the type mentioned at the outset,

dass ausser den Anschlussklemmen für den Laststromkreis keine weiteren Anschlussklemmen und auch keine besonderen Leiter für die Energiezufuhr vom Wechselstromnetz zur gleichrichtenden Schaltungsanordnung (Speisestromkreis) erforderlich sind und dass die Gesamtabmessungen des Schalters so that apart from the connection terminals for the load circuit, no further connection terminals and also no special conductors for the energy supply from the AC network to the rectifying circuit arrangement (supply circuit) are required and that the overall dimensions of the switch are so

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niedrig gehalten werden können, dass sein Einbau in eine übliche Unterputzeinlassdose möglich ist und trotzdem eine Variation der Stromstärke des ein- und auszuschaltenden Laststromes innerhalb eines verhältnismässig weiten Bereiches, z. B. um mehr als den Faktor 10, zulässig ist. can be kept low that its installation in a conventional flush-mounted inlet box is possible and still a variation of the current strength of the load current to be switched on and off within a relatively wide range, e.g. B. by more than a factor of 10 is permissible.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Eingang der gleichrichtenden Schaltungsanordnung sowohl über mindestens einen Widerstand mit den Anschlussklemmen für den Laststromkreis als auch mit der Sekundärwicklung eines Stromwandlertransformators verbunden ist, dessen Primärwicklung zwischen dem Relaiskontakt und einer der Anschlussklemmen für den Laststromkreis liegt, dass die Primärwicklung des Stromwandlertransformators durch zwei parallel geschaltete Dioden mit entgegengesetzten Durchlassrichtungen überbrückt ist, welche Dioden für eine Stromstärke dimensioniert sind, welche der maximalen Stromstärke des ein-und auszuschaltenden Laststromes etwa gleich ist, und dass die Primärwicklung des Stromwandlertransformators eine Impedanz aufweist, die mindestens 5mal höher ist als der elektrische Widerstand jeder Diode in Durchlassrichtung bei der maximalen Stromstärke des Laststromes. This object is achieved according to the invention in that the input of the rectifying circuit arrangement is connected to the connection terminals for the load circuit as well as to the secondary winding of a current transformer, the primary winding of which lies between the relay contact and one of the connection terminals for the load circuit, via at least one resistor The primary winding of the current transformer is bridged by two diodes connected in parallel with opposite directions of passage, which diodes are dimensioned for a current that is approximately equal to the maximum current of the load current to be switched on and off, and that the primary winding of the current transformer has an impedance that is at least 5 times higher is the forward electrical resistance of each diode at the maximum current of the load current.

Durch diese Ausbildung des Schalters wird erreicht, dass die beiden Dioden den grössten Teil des Laststromes übernehmen und demzufolge die Primärwicklung des Stromwandlertransformators aus verhältnismässig dünnem Draht gewickelt sein kann, was geringe Abmessungen des Transformators ermöglicht. Weiter bewirkt die Strom-/Spannungskennlinie jeder Diode, dass die über der Primärwicklung des Transformators liegende Wechselspannung annähernd konstant bleibt, auch wenn die Stromstärke des Laststromes stark variiert. Der Transformator kann im linearen Bereich der Magnetisierungskurve betrieben werden, was einen guten Wirkungsgrad ermöglicht. Ferner kann der Transformatorkern aus einem preisgünstigen Material mit verhältnismässig niedriger magnetischer Permeabilität bestehen, ohne dass hierdurch Nachteile entstehen. This configuration of the switch ensures that the two diodes take on most of the load current and, consequently, the primary winding of the current transformer can be made of relatively thin wire, which enables the transformer to have small dimensions. Furthermore, the current / voltage characteristic of each diode ensures that the AC voltage above the primary winding of the transformer remains approximately constant, even if the current intensity of the load current varies greatly. The transformer can be operated in the linear region of the magnetization curve, which enables good efficiency. Furthermore, the transformer core can consist of an inexpensive material with a comparatively low magnetic permeability, without this having disadvantages.

Die elektronische Schaltungsanordnung zum Schalten des Steuerstrompfades des Relais kann zweckmässig einen als Befehlsempfänger dienenden Fühler aufweisen, z.B. eine Sensortaste, die zum Betätigen des Schalters lediglich leicht berührt zu werden braucht. Statt dessen kann der Fühler ebensogut ein Empfänger für Infrarotlichtstrahlen oder für Schalloder Ultraschallwellen sein. The electronic circuit arrangement for switching the control current path of the relay can expediently have a sensor serving as a command receiver, e.g. a sensor button that only needs to be touched lightly to operate the switch. Instead, the sensor can just as well be a receiver for infrared light rays or for sound or ultrasound waves.

Weitere Merkmale und Einzelheiten von Ausführungsarten des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und aus der zugehörigen Zeichnung. Further features and details of embodiments of the subject matter of the invention emerge from the dependent claims, from the following description of an exemplary embodiment and from the associated drawing.

Fig. 1 ist ein elektrisches Schaltschema eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Wechselstromschalters für elektrische Hausinstallationen, wobei auch ein mittels des Schalters ein- und auszuschaltender Laststromkreis gezeichnet ist; Fig. 1 is an electrical circuit diagram of an embodiment of the AC switch according to the invention for electrical house installations, wherein also a load circuit switched on and off by means of the switch is drawn;

Fig. 2 stellt die Strom-/Spannungs-Kennlinie einer der Dioden dar, die erfindungsgemäss der Primärwicklung des Stromwandlertransformators mit entgegengesetzter Polung parallel geschaltet sind; 2 shows the current / voltage characteristic of one of the diodes which, according to the invention, are connected in parallel with the primary winding of the current transformer with opposite polarity;

Fig. 3 zeigt ein gegenüber Fig. 1 etwas ausführlicheres Schaltschema des Schalters. Fig. 3 shows a somewhat more detailed circuit diagram of the switch compared to Fig. 1.

Gemäss Fig. 1 ist an eine Wechselstromquelle 10, die z.B. ein Lichtstromverteilnetz ist, ein Laststromkreis 11 angeschlossen, der durch einen Stromverbraucher 12 führt und mittels eines Schalters 13 schliessbar oder unterbrechbar ist. Der Schalter 13 weist lediglich zwei Anschlussklemmen 14 und 15 zum Anschliessen des äusseren Teiles des Laststromkreises 11 auf und ist daher wie ein üblicher Ein-/Ausschalter auch in bereits bestehenden elektrischen Installationen verwendbar. 1 is connected to an AC power source 10, e.g. a luminous flux distribution network is connected, a load circuit 11 is connected which leads through a power consumer 12 and can be closed or interrupted by means of a switch 13. The switch 13 has only two connection terminals 14 and 15 for connecting the outer part of the load circuit 11 and can therefore, like a conventional on / off switch, also be used in existing electrical installations.

Die Hauptbestandteile des Schalters 13 sind ein Relais 20 mit zwei parallel geschalteten Relaiskontakten 21 zum Schalten des Laststromkreises 11 zwecks Ein- bzw. Ausschaltung des Stromverbrauchers 12, eine elektronische Schaltungsanordnung 22 zum Steuern des Relais 20 sowie eine weitere Schaltungsanordnung 23 mit einem gleichrichtenden Stromkreis zum Speisen des Relais 20 und der elektronischen Schaltungsanordnung 22 mit elektrischer Energie aus der Wechselstromquelle 10. Wesentlich ist, wie die gleichrichtende Schaltungsanordnung 23 sowohl bei geschlossenen als auch bei geöffneten Relaiskontakten 21 mit der nötigen elektrischen Energie versorgt wird. The main components of the switch 13 are a relay 20 with two relay contacts 21 connected in parallel for switching the load circuit 11 for switching the current consumer 12 on and off, an electronic circuit arrangement 22 for controlling the relay 20 and a further circuit arrangement 23 with a rectifying circuit for dining of the relay 20 and the electronic circuit arrangement 22 with electrical energy from the alternating current source 10. It is important how the rectifying circuit arrangement 23 is supplied with the necessary electrical energy both when the relay contacts 21 are closed and when they are open.

Innerhalb des Schalters 13 führt der Laststromkreis zwischen den Anschlussklemmen 14 und 15 über eine Schmelzsicherung Si, über die bereits erwähnten Relaiskontakte 21 und über zwei einander parallel geschaltete Dioden Dl und D2 mit entgegengesetzten Durchlassrichtungen, welche Dioden auch parallel zur Primärwicklung 24 eines Stromwandlertransformators 25 geschaltet sind. Die Sekundärwicklung des Transformators 25 ist einerseits direkt und anderseits über ein elektrisches Einwegventil, z.B. eine Diode D3, mit einem Paar Eingangsklemmen 27 und 28 der gleichrichtenden Schaltungsanordnung 23 verbunden. Der Stromwandlertransformator 25 ist dazu bestimmt, bei geschlossenen Relaiskontakten 21 und fliessen-dem Laststrom im Laststromkreis 11 die nötige elektrische Energie an den Eingang 27,28 der Schaltungsanordnung zu liefern. Die eine Eingangsklemme 27 der Schaltungsanordnung 23 ist zusätzlich über eine Leiter 29 unmittelbar mit der Anschlussklemme 15 für den Laststromkreis 11 verbunden, während die andere Eingangsklemme 28 der Schaltunganordnung 23 über einen elektrischen Widerstand R1 und die Sicherung Si mit der andern Anschlussklemme 14 für den Laststromkreis in Verbindung steht. Über den Leiter 29 und den Widerstand R1 wird bei geöffneten Relaiskontakten 21, also wenn im Laststromkreis 11 kein Laststrom fliesst, dem Eingang 27,28 der Schaltungsanordnung 23 die benötigte elektrische Energie zugeführt. Einzelheiten über die Wirkungsweise der beschriebenen Mittel für die Energieversorgung der gleichrichtenden Schaltungsanordnung 23 werden später dargelegt. Within the switch 13, the load circuit leads between the connection terminals 14 and 15 via a fuse Si, via the already mentioned relay contacts 21 and via two diodes D1 and D2 connected in parallel with opposite pass directions, which diodes are also connected in parallel to the primary winding 24 of a current transformer 25 . The secondary winding of the transformer 25 is on the one hand direct and on the other hand via an electrical one-way valve, e.g. a diode D3, connected to a pair of input terminals 27 and 28 of the rectifying circuit arrangement 23. The current transformer 25 is intended to supply the necessary electrical energy to the input 27, 28 of the circuit arrangement when the relay contacts 21 are closed and the load current flows in the load circuit 11. One input terminal 27 of the circuit arrangement 23 is additionally connected via a conductor 29 directly to the connection terminal 15 for the load circuit 11, while the other input terminal 28 of the circuit arrangement 23 via an electrical resistor R1 and the fuse Si to the other connection terminal 14 for the load circuit in Connection is established. When the relay contacts 21 are open, that is to say when there is no load current flowing in the load circuit 11, the required electrical energy is supplied to the input 27, 28 of the circuit arrangement 23 via the conductor 29 and the resistor R1. Details of the mode of operation of the means described for the energy supply of the rectifying circuit arrangement 23 will be presented later.

Die gleichrichtende Schaltungsanordnung 23 weist zwei Gleichstrom-Ausgangsklemmen 31 und 32 auf, von denen die eine negative und die andere positive Polarität hat. Diese Ausgangsklemmen 31 und 32 sind je über einen Leiter 33 bzw. 34 mit Speisestromklemmen 35 und 36 der elektronischen Schaltungsanordnung 22 verbunden. Letztere enthält im wesentlichen einen Signalverstärker und Signalumformer, der imstande ist, ein einem Signaleingang 38 zugeführtes schwaches Steuersignal derart zu verstärken und umzuformen, dass am Ausgang 39 ein Signal zur Verfügung steht, das zur Betätigung des Relais 20 ausreicht. Der Ausgang 39 ist durch einen in Fig. 1 nur schematisch angedeuteten Steuerstromkreis 40 mit der Erregerwicklung des Relais 20 verbunden. An den Eingang 38 der elektronischen Schaltungsanordnung 22 ist ein als Befehlsempfänger dienender Fühler 42 angeschlossen, der z. B. ein Schall- oder Ultraschallmikrofon, ein lichtelektrischer Wandler oder eine Sensortaste sein kann. The rectifying circuit arrangement 23 has two DC output terminals 31 and 32, one of which has negative and the other positive polarity. These output terminals 31 and 32 are each connected via a conductor 33 and 34 to supply current terminals 35 and 36 of the electronic circuit arrangement 22. The latter essentially contains a signal amplifier and signal converter, which is capable of amplifying and converting a weak control signal fed to a signal input 38 in such a way that a signal is available at the output 39 that is sufficient to actuate the relay 20. The output 39 is connected to the excitation winding of the relay 20 by a control circuit 40, which is only indicated schematically in FIG. 1. A sensor 42 serving as a command receiver is connected to the input 38 of the electronic circuit arrangement 22. B. can be a sound or ultrasound microphone, a photoelectric transducer or a sensor button.

Für das Verständnis der Wirkungsweise des beschriebenen Schalters 13 ist die Strom-/Spannungs-Kennlinie einer jeden der zwei Dioden Dl und D2 zu beachten, die der Primärwicklung 24 des Stromwandlertransformators 25 mit entgegengesetzten Durchlassrichtungen parallel geschaltet sind. Ein Beispiel für eine solche Kennlinie 45 ist in Fig. 2 veranschaulicht. Man erkennt, dass bei einer Stromstärke I von 2,75 A der Spannungsabfall UD über der Diode 1,1 V beträgt und dass bei einer Stromstärke von 0,18 A über der Diode immer noch eine Spannung von 0,65 V liegt. Wenn somit die Stromstärke I um den Faktor 15 ändert, erfährt die Spannung UD über der Diode nur eine Änderung um den Faktor 1,7. Betrachtet man den elektrischen Ersatzwiderstand der Dioden Dl und D2 in ihren Durchlassrichtungen, so sieht man, dass der Widerstand bei der To understand the mode of operation of the switch 13 described, the current / voltage characteristic of each of the two diodes D1 and D2 must be observed, which are connected in parallel to the primary winding 24 of the current transformer 25 with opposite forward directions. An example of such a characteristic 45 is illustrated in FIG. 2. It can be seen that at a current I of 2.75 A the voltage drop UD across the diode is 1.1 V and that at a current of 0.18 A across the diode there is still a voltage of 0.65 V. Thus, if the current intensity I changes by a factor of 15, the voltage UD across the diode only changes by a factor of 1.7. If you look at the equivalent electrical resistance of the diodes D1 and D2 in their forward directions, you can see that the resistance at

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Stromstärke von 2,75 A etwa 0,4 Ohm und bei der Stromstärke von 0,18 A etwa 3,5 Ohm beträgt. Current of 2.75 A is about 0.4 ohms and at the current of 0.18 A is about 3.5 ohms.

Die Impedanz der Primärwicklung 24 des Transformators 25 weist einen verhältnismässig hohen induktiven Anteil auf. Der Transformator 25 ist so ausgebildet, dass die Impedanz der Primärwicklung mindestens 4 Ohm beträgt und somit mindestens so hoch ist wie der Durchlasswiderstand jeder Diode Dl bzw. D2 bei der vorgesehenen minimalen Laststromstärke von 0,18 A und etwa lOmal höher ist als der Durchlasswiderstand jeder Diode Dl bzw. D2 bei der vorgesehenen maximalen Laststromstärke von 2,75 A. Hierdurch ist gewährleistet, dass der im Laststromkreis 11 fliessende Strom bei der vorgesehenen maximalen Laststromstärke praktisch ausschliesslich und bei der vorgesehenen minimalen Laststromstärke immer noch zu einem erheblichen Teil von den Dioden Dl und D2 übernommen wird. Die Dioden Dl und D2 müssen daher für den maximalen Laststrom dimensioniert sein. Man erkennt, dass bei jeder Stärke des Laststromes im Bereich von 0,18 A bis 2,75 A nur ein Stromanteil von geringer Stärke durch die Wicklung 24 des Transformators 25 fliesst. Daher ist es möglich, die Primärwicklung 24 aus einem Draht mit verhältnismässig kleinem Querschnitt, z.B. mit nur 0,3 mm Durchmesser, zu bilden. Wenn die Dioden Dl und D2 fortgelassen wären, würde hingegen der gesamte Laststrom durch die Primärwicklung 24 des Transformators fliessen, weshalb in diesem Fall die Wicklung 24 aus einem Draht mit 1,4 mm Durchmesser hergestellt sein müsste, damit bei einer Stromstärke von 3 A noch keine unzulässige Erwärmung auftritt. Da zudem die über der Primärwicklung 24 des Transformators 25 liegende Wechselspannung selbst bei der maximalen Stromstärke von 2,75 A nicht über 1,1 V steigt, kann auch die Windungszahl der Wicklung 24 relativ niedrig sein, trotz Verwendung eines Transformatorkerns mit verhältnismässig niedriger magnetischer Permeabilität. 70 Windungen haben sich als ausreichend erwiesen. Die Sekundärwicklung 26 des Transformators 25 weist z.B. 6500 Windungen aus einem Draht mit 0,05 mm Durchmesser auf. Das Übersetzungsverhältnis des Transformators 25 beträgt somit etwa 1:93. The impedance of the primary winding 24 of the transformer 25 has a relatively high inductive component. The transformer 25 is designed such that the impedance of the primary winding is at least 4 ohms and is therefore at least as high as the forward resistance of each diode D1 or D2 at the intended minimum load current of 0.18 A and about 10 times higher than the forward resistance of each Diode Dl or D2 at the intended maximum load current of 2.75 A. This ensures that the current flowing in the load circuit 11 at the intended maximum load current practically exclusively and at the intended minimum load current is still largely from the diodes Dl and D2 is taken over. The diodes Dl and D2 must therefore be dimensioned for the maximum load current. It can be seen that with any strength of the load current in the range from 0.18 A to 2.75 A, only a small amount of current flows through the winding 24 of the transformer 25. It is therefore possible to make the primary winding 24 from a wire with a relatively small cross-section, e.g. with a diameter of only 0.3 mm. On the other hand, if the diodes D1 and D2 were omitted, the entire load current would flow through the primary winding 24 of the transformer, which is why in this case the winding 24 would have to be made of a wire with a diameter of 1.4 mm, so that at a current of 3 A still no excessive heating occurs. In addition, since the AC voltage above the primary winding 24 of the transformer 25 does not rise above 1.1 V even at the maximum current of 2.75 A, the number of turns of the winding 24 can also be relatively low, despite the use of a transformer core with a relatively low magnetic permeability . 70 turns have proven to be sufficient. The secondary winding 26 of the transformer 25 has e.g. 6500 turns from a wire with a 0.05 mm diameter. The transformation ratio of the transformer 25 is thus about 1:93.

Wenn die Relaiskontakte 21 geschlossen sind und der Stromverbraucher 12 eine elektrische Leistung im Bereich von 40 W bis 600 W aufnimmt, fliesst im Laststromkreis 11 ein Laststrom, dessen Stärke 0,18 bis 2,75 A beträgt. Über den Dioden Dl und D2 wie auch über der Primärwicklung 24 des Transformators 25 liegt dann eine Wechselspannung im Bereich von 0,65 bis 1,1 V, je nach der jeweiligen Laststromstärke. Die Leerlaufspannung der Sekundärwicklung 26 des Transformators liegt dabei etwa zwischen 60 V und 100 V oder anders ausgedrückt bei 80 V ± 25%. Die Spannungsvariation von ±25% lässt sich in der gleichrichtenden Schaltungsanordnung 23 durch verhältnismässig einfache Mittel, wie z.B. eine Zenerdiode, eliminieren, so dass am Ausgang 31,32 der Schaltungsanordnung 23 eine konstante Gleichspannung von z. B. 12 V zur Verfügung steht. When the relay contacts 21 are closed and the power consumer 12 consumes an electrical power in the range from 40 W to 600 W, a load current flows in the load circuit 11, the strength of which is 0.18 to 2.75 A. An alternating voltage is then in the range from 0.65 to 1.1 V across the diodes D1 and D2 and also above the primary winding 24 of the transformer 25, depending on the respective load current. The open circuit voltage of the secondary winding 26 of the transformer is approximately between 60 V and 100 V or, in other words, 80 V ± 25%. The voltage variation of ± 25% can be achieved in the rectifying circuit arrangement 23 by relatively simple means, such as e.g. a Zener diode, so that at the output 31,32 of the circuit arrangement 23 a constant DC voltage of z. B. 12 V is available.

Wenn die Relaiskontakte 21 geöffnet sind, ist der Laststromkreis 11 unterbrochen, weshalb kein Laststrom fliesst und die elektrische Spannung über der Primärwicklung 24 des Transformators 25 gleich Null ist. In diesem Fall liegt aber zwischen den Anschlussklemmen 14 und 15 praktisch die volle Spannung des Lichtstromverteilnetzes 10, beispielsweise 220 V. Die Energieversorgung des Einganges 27,28 der gleichrichtenden Schaltungsanordnung 23 erfolgt nun einerseits über den Leiter 29 und anderseits über die Sicherung Si und den Widerstand Rl, wobei im Widerstand R1 ein Spannungsabfall erzeugt wird, so dass zwischen den Eingangsklemmen 27 und 28 der Schaltungsanordnung 23 nur eine gegenüber der Netzspannung reduzierte Spannung liegt. Das elektrische Ventil D3 im Sekundärstromkreis des Transformators 25 verhindert einen Nebenschluss über die Sekundärwicklung 26. Der Widerstand Rl ist derart bemessen, dass sich am Eingang 27,28 der gleichrichtenden Schaltungsanordnung 23 eine Spannung einstellt, deren Höhe etwa gleich ist wie jene der vom Transformator 25 bei geschlossenen Relaiskontakten 21 gelieferten Spannung. When the relay contacts 21 are open, the load circuit 11 is interrupted, which is why no load current flows and the electrical voltage across the primary winding 24 of the transformer 25 is zero. In this case, however, practically the full voltage of the luminous flux distribution network 10, for example 220 V, lies between the connection terminals 14 and 15. The energy supply of the input 27, 28 of the rectifying circuit arrangement 23 now takes place on the one hand via the conductor 29 and on the other hand via the fuse Si and the resistor R1, a voltage drop being generated in the resistor R1, so that there is only a voltage which is reduced in relation to the mains voltage between the input terminals 27 and 28 of the circuit arrangement 23. The electrical valve D3 in the secondary circuit of the transformer 25 prevents a shunt across the secondary winding 26. The resistor R1 is dimensioned such that a voltage is set at the input 27, 28 of the rectifying circuit arrangement 23, the level of which is approximately the same as that of the transformer 25 with the relay contacts 21 supplied voltage.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass die Energiezufuhr zu der gleichrichtenden Schaltungsanordnung 23 und somit auch zu der elektronischen Schaltungsanordnung It can be seen from the above description that the energy supply to the rectifying circuit arrangement 23 and thus also to the electronic circuit arrangement

22 sowohl bei geschlossenen als auch bei geöffneten Relaiskontakten 21 sichergestellt ist, sofern der Schalter 13 mittels seiner Anschlussklemmen 14 und 15 an das Wechselstromnetz 10 und den Stromverbraucher 12 angeschlossen ist. 22 is ensured both with closed and with open relay contacts 21, provided that the switch 13 is connected by means of its connecting terminals 14 and 15 to the AC network 10 and the power consumer 12.

Ein etwas ausführlicheres elektrisches Schaltschema des beschriebenen Schalters 13 ist in Fig. 3 gezeigt, in welcher die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 zu finden sind, soweit es sich um die gleichen Teile handelt. Gemäss Fig. 3 weist die gleichrichtende Schaltungsanordnung 23 eine erste Zenerdiode D4, eine Rücklaufsperrdiode D5, einen ersten Glättungs-kondensator Cl, einen Widerstand R2, eine zweite Zenerdiode D6 und einen zweiten Glättungskondensator C2 auf. Die erste Zenerdiode D4 bewirkt eine Begrenzung der Amplitude der positiven Wechselstromhalbwellen, die dem Eingang 27,28 der Schaltungsanordnung 23 zugeführt werden, die zweite Zenerdiode D6 dient der Stabilisierung der dem Glättungskondensator C2 zugeleiteten Gleichspannung auf einen Wert von z.B. 12 V. A somewhat more detailed electrical circuit diagram of the switch 13 described is shown in FIG. 3, in which the same reference numerals as in FIG. 1 can be found, insofar as the parts are the same. 3, the rectifying circuit arrangement 23 has a first zener diode D4, a flyback blocking diode D5, a first smoothing capacitor C1, a resistor R2, a second zener diode D6 and a second smoothing capacitor C2. The first Zener diode D4 limits the amplitude of the positive alternating current half-waves which are fed to the input 27, 28 of the circuit arrangement 23, the second Zener diode D6 serves to stabilize the DC voltage supplied to the smoothing capacitor C2 to a value of e.g. 12 V.

Die elektronische Schaltungsanordnung 22 weist einen Verstärker 47 auf, dessen Eingang 48 über einen Widerstand R3 mit der Eingangsklemme 38 und folglich mit dem Fühler 42 verbunden ist, der z.B. eine Sensortaste ist. Aus sicherheitstechnischen Gründen besteht der Widerstand R3 vorzugsweise aus zwei in Serie geschalteten hochohmigen Teil widerständen. Der Ausgang 49 des Verstärkers 47 ist an einen ersten Eingang 51 eines Flipflop FF1 angeschlossen. Ein zweiter Eingang 52 des Flipflop FF1 steht über einen Widerstand R4 mit einer Klemme 53 in Verbindung, die ihrerseits mittels eines Leiters 54 mit der Eingangsklemme 28 der gleichrichtenden Schaltungsanordnung 23 verbunden ist. Über den Leiter 54 und den Widerstand R4 wird dem Eingang 52 des Flipflop FF1 ein Taktsignal zugeführt, dessen Frequenz mit jener des Wechselstromnetzes 10 übereinstimmt. Das Flipflop FF1 ist mit einem zweiten Flipflop FF2 verbunden, das zwei im Gegentakt arbeitende Ausgänge 56 und 57 aufweist. Jeder der Flipflop-Ausgänge 56 und 57 steht mit der Basis eines Schalttransistors 58 bzw. 59 in Verbindung. Die Emitter von beiden Transistoren 58 und 59 sind an die negative Speisespannungsklemme 35 angeschlossen, während der Kollektor des einen Transistors 58 mit einer ersten Ausgangsklemme 39a und der Kollektor des anderen Transistors mit einer zweiten Ausgangsklemme 39b der elektronischen Schaltungsanordnung 22 verbunden ist. The electronic circuit arrangement 22 has an amplifier 47, the input 48 of which is connected via a resistor R3 to the input terminal 38 and consequently to the sensor 42, which e.g. is a sensor button. For safety reasons, the resistor R3 preferably consists of two high-resistance part resistors connected in series. The output 49 of the amplifier 47 is connected to a first input 51 of a flip-flop FF1. A second input 52 of the flip-flop FF1 is connected via a resistor R4 to a terminal 53, which in turn is connected to the input terminal 28 of the rectifying circuit arrangement 23 by means of a conductor 54. A clock signal, the frequency of which corresponds to that of the AC network 10, is fed to the input 52 of the flip-flop FF1 via the conductor 54 and the resistor R4. The flip-flop FF1 is connected to a second flip-flop FF2, which has two push-pull outputs 56 and 57. Each of the flip-flop outputs 56 and 57 is connected to the base of a switching transistor 58 and 59, respectively. The emitters of both transistors 58 and 59 are connected to the negative supply voltage terminal 35, while the collector of one transistor 58 is connected to a first output terminal 39a and the collector of the other transistor is connected to a second output terminal 39b of the electronic circuit arrangement 22.

Aus Fig. 3 ist weiter zu entnehmen, dass das Relais 20 zwei Wicklungen 40a und 40b aufweist. Diese wirken entgegengesetzt, so dass beim Erregen der einen Wicklung die Relaiskontakte 21 geschlossen und beim Erregen der andern Wicklung die Relaiskontakte geöffnet werden. Jede der beiden Wicklungen 40a bzw. 40b ist einerseits an eine der Ausgangsklemmen 39a bzw. 39b der elektronischen Schaltungsanordnung 22 angeschlossen und steht anderseits über einen für beide Wicklungen gemeinsamen Speisestromleiter 60 mit einer zusätzlichen Ausgangsklemme 61 der gleichrichtenden Schaltungsanordnung 3 that the relay 20 has two windings 40a and 40b. These act in opposite directions, so that when one winding is excited, the relay contacts 21 are closed and when the other winding is excited, the relay contacts are opened. Each of the two windings 40a and 40b is connected on the one hand to one of the output terminals 39a and 39b of the electronic circuit arrangement 22 and, on the other hand, is connected to an additional output terminal 61 of the rectifying circuit arrangement via a feed current conductor 60 common to both windings

23 in Verbindung. An der zusätzlichen Ausgangsklemme 61 liegt eine höhere Gleichspannung in bezug auf die negative Ausgangsklemme 31 als an der Klemme 32, z. B. etwa 30 V. 23 in connection. At the additional output terminal 61 is a higher DC voltage with respect to the negative output terminal 31 than at terminal 32, z. B. about 30 V.

Die Wirkungsweise der elektronischen Schaltungsanordnung 22 und des Relais 20 ist kurz wie folgt: Solange die Sensortaste 42 nicht von einer menschlichen Hand berührt wird, herrscht am Ausgang 49 des Verstärkers 47 ein solcher Spannungszustand, dass das dem Eingang 52 des Flipflop FF1 zugeführte Taktsignal ohne Einfluss auf die beiden Flipflop FF1 und FF2 bleibt. Wenn jedoch die Sensortaste 42 mit mindestens The mode of operation of the electronic circuit arrangement 22 and of the relay 20 is brief as follows: As long as the sensor key 42 is not touched by a human hand, there is a voltage state at the output 49 of the amplifier 47 such that the clock signal supplied to the input 52 of the flip-flop FF1 has no influence remains on the two flip-flops FF1 and FF2. However, if the sensor button 42 with at least

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

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einem Finger einer menschlichen Hand berührt wird, ändert das Ausgangssignal des Verstärkers 47 seinen Zustand in der Weise, dass der nächste positive Taktimpuls über das Flipflop FF1 das zweite Flipflop FF2 zum Kippen bringt. Hierdurch wechseln die Spannungszustände an den beiden Ausgängen 56 und 57 des Flipflop FF2, wodurch die Schaltstellung der Relaiskontakte 21 gewechselt wird. Somit wird jedesmal, wenn die Sensortaste 42 berührt wird, ein Wechsel der Schaltstellung der Relaiskontakte 21 herbeigeführt, so dass z.B. bei der ersten Berührung der Sensortaste der Stromverbraucher 12 (Fig. 1) eingeschaltet und bei der zweiten Berührung der Sensortaste ausgeschaltet wird. is touched a finger of a human hand, the output signal of the amplifier 47 changes its state such that the next positive clock pulse via the flip-flop FF1 causes the second flip-flop FF2 to flip. As a result, the voltage states at the two outputs 56 and 57 of the flip-flop FF2 change, as a result of which the switching position of the relay contacts 21 is changed. Thus, each time the sensor key 42 is touched, the switching position of the relay contacts 21 is changed, so that e.g. the first time the sensor button is touched, the power consumer 12 (FIG. 1) is switched on and the second touch of the sensor button is switched off.

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Selbstverständlich können die Einzelheiten der Schaltungsanordnung 22 und 23 von dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel abweichen, da zahlreiche andere, dem Fachmann bekannte Ausführungsvarianten ebensogut brauchbar sind. 5 Durch die Erfindung ist ermöglicht, den Stromwandlertransformator 25 so klein auszubilden, dass seine Abmessungen z.B. 20x20x 14 mm nicht übersteigen. Hierdurch ist auch ermöglicht, den ganzen Schalter 13 in einem etwa zylindrischen Gehäuse mit 54 mm Aussendurchmesser und 35 mm io Tiefe unterzubringen, so dass seinem Einbau in gebräuchliche Unterputzeinlassdosen von elektrischen Hausinstallationen nichts im Wege steht. Of course, the details of the circuit arrangement 22 and 23 can deviate from the exemplary embodiment shown in FIG. 3, since numerous other design variants known to the person skilled in the art can equally well be used. 5 The invention makes it possible to design the current transformer 25 so small that its dimensions e.g. Do not exceed 20x20x 14 mm. This also makes it possible to accommodate the entire switch 13 in an approximately cylindrical housing with an outside diameter of 54 mm and a depth of 35 mm, so that nothing stands in the way of its installation in common flush-mounted inlet boxes of electrical house installations.

G G

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

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2nd

PATENT CLAIMS

1. Electrical AC switch, especially for domestic installations, with at least one switch contact

(21) and at least one control current path relay (20), the switch contact (21) of which is connected to terminals (14, 15) for connecting a load circuit (11) to be switched on and off by means of the switch contact (21), with an electronic circuit arrangement ( 22) for switching the control current path of the relay (20) and with a rectifying circuit arrangement (23) provided for the energy supply of the electronic circuit arrangement (22) and the relay (20), characterized in that the input (27, 28) of the rectifying circuit arrangement (23) is connected via at least one resistor (R1) to the connection terminals (14, 15) for the load circuit (11) and to the secondary winding (26) of a current transformer (25), the primary winding (24) of which is between the relay contact ( 21) and one (15) of the connection terminals (14, 15) for the load circuit (11) that the primary winding (24) of the current transformer (25) by two p parallel connected diodes (Dl, D2) are bridged with opposite pass directions, which diodes (Dl, D2) are dimensioned for a current which is approximately equal to the maximum current of the load current to be switched on and off, and that the primary winding (24) of the current transformer (25) has an impedance that is at least 5 times higher than the electrical resistance of each diode (Dl, D2) in the forward direction at the maximum current strength of the load current.

2. Switch according to claim 1, characterized in that the impedance of the primary winding (24) of the transformer (25) is approximately 10 times higher than the electrical resistance of each diode (Dl, D2) in the forward direction at the maximum current of the load current to be switched on and off .

3. Switch according to claim 1 or 2, characterized in that the impedance of the primary winding (24) of the transformer (25) is at least as high as the electrical resistance of each diode (Dl, D2) in the forward direction at a minimum current of the one and load current to be switched off.

4. Switch according to one of claims 1 to 3, characterized in that the secondary winding (26) of the transformer (25) via an electrical one-way valve (D3) is connected to the input (27, 28) of the rectifying circuit arrangement (23).

5. Switch according to one of claims 1 to 4, characterized in that a clock signal circuit (54) branches off from the input (27, 28) of the rectifying circuit arrangement (23) and is guided to the electronic circuit arrangement (22) in order to have a clock signal with it to supply the frequency of the alternating current source (10) feeding the load circuit (11).

6. Switch according to one of claims 1 to 5, characterized in that the electronic circuit arrangement

(22) for actuating the switching contact (21) is connected to a sensor key (42) which only needs to be touched to control the relay (20).