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Die
Erfindung betrifft den Bereich der Haustechnik und insbesondere
Systeme zur Regulierung von Heizung, zur Steuerung von Beleuchtung,
Rollläden,
automatischen Steuerungen, Personenerkennung, Alarmanlagen und sonstigem.
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Solche
an sich bekannte Vorrichtungen verwenden einen Leistungsumwandlungsschaltkreis, der
je nach der für
die Anwendung erforderlichen Leistung mehr oder weniger ausgeklügelt ist.
Bei einer Heizung beispielsweise muss, um eine präzise Regulierung
zu realisieren, die Last rasch geschaltet werden. Die Schaltung
erfolgt im allgemeinen mittels eines Relais oder einer Schnittstelle
mit Leistungshalbleitern, wie z.B. einem Triac, MOS- oder IGTB-Transistor
oder sonstige Leistungshalbleiter.
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Die
Wahl der zur Realisierung dieser Schaltung bestimmten Technik ist
mit der Leistung der zu schaltenden Last verbunden.
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Bei
Lasten, die Schaltströme
bis 30 Ampere aufweisen, ermöglicht
ein Relais mit geringer Größe und mit
geringem Verbrauch, diese Lasten mit geringeren Kosten zu schalten,
ohne dass es zu einer zu starken Wärmeabgabe kommt. Diese Art
der Ausführung
weist jedoch drei wesentliche Nachteile auf, denn bei der Schließung und Öffnung der
Relaiskontakte und insbesondere bei der Schaltung von induktiven,
kapazitiven oder starkem Anlaufstrom aufweisenden Lasten werden
elektromagnetische Störungen
erzeugt. Außerdem
weist ein solches Relais eine relativ geringe Lebensdauer (ungefähr 100.000
Vorgänge
bei Nennleistung des Relais und reiner Widerstandslast) auf, was
die Schaltfrequenz beschränkt.
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Der
letzte Nachteil ist das mit der Schaltung der Kontakte verbundene
Geräusch,
das bei einer Nutzung der Schaltvorrichtung in der Haustechnik insbesondere
dann lästig
sein kann, wenn die Vorrichtung im Wohnbereich untergebracht ist,
wie das z.B. bei einem Thermostat der Fall ist.
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Im
Falle von Lasten mit geringerer Leistung werden im allgemeinen ein
oder mehrere Halbleiter verwendet. Bei einer Last von über ca.
500 W verlieren die Halbleiter im leitenden Zustand zuviel Leistung
und erfordern den Einbau eines Kühlers.
Die Hinzufügung
eines Kühlers
ist jedoch bei kompakten Produkten, bei denen der ästhetische
Aspekt wichtig ist, wenig zweckmäßig. Außerdem hat
im Falle von Anwendungen, wie Umgebungsthermostaten, die intrinsische
Wärmeabgabe
des Halbleiters oder der Halbleiter eine Auswirkung auf die Messung
der Umgebungstemperatur, was zur Folge hat, dass eine Regelung erfolgt,
die mit der tatsächlichen
Umgebungstemperatur des Raumes nicht übereinstimmt. Jedoch erzeugen
Halbleiter keine elektromagnetischen Störungen und sind leise.
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Bekannt
sind auch Schaltprinzipien, die die beiden vorstehend erwähnten Technologien
verbinden, d.h. das Relais und den/die Halbleiter. In diesem Fall
hat jedes Element eine präzise
Funktion, die sich chronologisch wie nachstehend beschrieben ergibt:
- 1) Um den Schaltkreis zu schließen, wird
zunächst
die Halbleitervorrichtung aktiviert, die den Schaltkreis schließt und die
Spannung auf einen Wert nahe Null setzt, ohne einen Lichtbogen zu erzeugen,
und anschließend
wird das Relais aktiviert, das seinen Kontakt parallel zur Halbleitervorrichtung,
d.h. also an einer Spannung von nahe Null, schließt.
- 2) Um den Schaltkreis zu öffnen,
wird zunächst die
Halbleitervorrichtung aktiviert, dann die Öffnung des Relaiskontaktes.
Wenn sich der Kontakt öffnet,
hält die
Halbleitervorrichtung ein geringes Spannungsniveau an den Anschlüssen des
Relais, was es letzterem ermöglicht,
sich zu öffnen, ohne
einen Lichtbogen auszulösen.
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Diese
Art System weist den Vorteil auf, in signifikanter Weise die Lebensdauer
des Relais verlängern
zu können
und die Probleme der elektromagnetischen Störung ganz einfach deshalb zu
vermeiden, weil die Öffnung
und die Schließung
des Schaltkreises über
die Halbleitervorrichtung ausgeführt
werden. Es bleibt jedoch ein wesentlicher Nachteil, nämlich das
Schaltgeräusch.
Letzteres ist mit dem Konstruktionsprinzip der Relais verbunden,
die dafür
entwickelt wurden, einen Niederspannungsschaltkreis direkt (ohne
Unterstützung)
zu schalten. Dieser Zwang zwingt den Hersteller zu einem raschen
Kippen der beweglichen Kontaktzunge bei Öffnung und Schließung, was
ein Geräusch
erzeugt.
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Aus
dem Dokument FR-A-2 831 986 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Minderung des Schaltgeräusches
eines elektromagnetischen Schaltgerätes bekannt. Bei der in diesem
Dokument beschriebenen Vorrichtung bewegt eine durch eine reduzierte,
aber ausreichende Versorgungsspannung gesteuerte Wicklung einen
Anker, auf dem bewegliche Schaltkontakte positioniert sind, um letztere mit
den festen Schaltkontakten in Kontakt zu bringen. Die beschriebene
Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, dass zwar wohl das Kontaktgeräusch gedämpft wird,
es aber das Risiko eines Lichtbogens zwischen den festen und beweglichen
Schaltkontakten gibt, was zu einer raschen Beschädigung der Vorrichtung führt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, diese
Nachteile zu überwinden
und eine Lastschaltvorrichtung vorzuschlagen, welche geeignet ist,
Lasten unabhängig
von ihrer Leistung zu schalten und dabei gleichzeitig leise ist, d.h.
bei dem Kippen der Kontakte keinerlei Geräusch erzeugt. Außerdem soll
die Vorrichtung einen geringen Platzbedarf haben, wenig Wärme abgeben,
keine elektromagnetische Störungen
erzeugen und einen geringen Verbrauch und eine lange Lebensdauer haben.
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Die
Lösung
ist eine Lastschaltvorrichtung, die aus einem Relais besteht, welches
ein festes Kontaktelement, ein bewegliches Kontaktelement, eine
Relaisspule und zwei Anschlusskontakte zum Eingang des Leistungskreises
aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, dass sie außerdem eine
Steuerschnittstelle mit Halbleiter(n), die die Schaltung bei Öffnung und
Schließung
durch Aktivieren oder Steuerung der Last einleitet, eine elektronische
Vorrichtung zur Steuerung der Steuerschnittstelle mit Halbleiter(n)
und der Relaisspule und ein Mittel zur Verlangsamung und Dämpfung der
Bewegung des beweglichen Kontaktelements, womit das Schaltgeräusch unterdrückt wird,
aufweist.
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Die
Erfindung wird der folgenden Beschreibung näher erläutert, die sich auf eine bevorzugte Ausführungsform
bezieht, die als nicht einschränkendes
Beispiel angegeben wird, und sie wird unter Bezugnahme auf den beigefügten Zeichnungssatz
erläutert,
dessen einzige Figur ein elektrisches Blockschema der Lastschaltvorrichtung
nach einer Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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Die
beigefügte
Figur des Zeichnungssatzes stellt eine Lastschaltvorrichtung 1 dar,
welche durch ein Relais 2 gebildet wird, das einen festen
Kontakt 3, einen beweglichen Kontakt 3', eine Relaisspule 4 und zwei
Anschlusskontakte 5 des Leistungsschaltkreises aufweist.
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Erfindungsgemäß weist
die Lastschaltvorrichtung 1 außerdem eine Halbleiter-Steuerschnittstelle 6,
die bei Öffnung
und Schließung
das Schalten durch Aktivieren oder Steuerung der Last beginnt, eine
elektronische Vorrichtung 7 zur Steuerung der Halbleiter-Steuerschnittstelle 6 und
der Relaisspule 4 und ein Mittel 8 zur Verlangsamung
und Dämpfung der
Bewegung des beweglichen Kontakts 3', das das Schaltgeräusch unterdrückt, auf.
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Nach
einer ersten Ausführungsvariante
der Erfindung kann das Verlangsamungs- und Dämpfungsmittel 8 mit
einem beweglichen Kontakt 3' verbunden
sein. Das genannte Verlangsamungs- und Dämpfungsmittel 8 kann
dann vorteilhafterweise vom mechanischen Typ mit Feder sein.
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In
diesem Fall beginnt die Schaltung bei Schließung durch Aktivierung oder
Steuerung des Leistungskreises über
die Halbleiter-Steuerschnittstelle 6 und anschließendes Kippen
des beweglichen Kontakts 3' zum
festen Kontakt 3, was aufgrund der Wirkung des Verlangsamungs-
und Dämpfungsmittels 8 in
gebremster und gedämpfter
Weise erfolgt. Letzteres kann eingeschaltet werden, wenn die Relaisspule 4,
die durch die elektronische Steuervorrichtung 7 unter Spannung
gesetzt wird, ein Magnetfeld aufbaut. Sobald schließlich der
Kontakt des Relais geschlossen ist, wird die Halbleiter-Steuerschnittstelle 6 deaktiviert.
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Die
Steuerung beim Öffnen
beginnt durch Aktivieren der Halbleiter-Steuerschnittstelle 6 und anschließendes Kippen
des beweglichen Kontakts 3',
damit dieser sich von dem festen Kontakt 3 entfernt, was
aufgrund der Wirkung des Verlangsamungs- und Dämpfungsmittels 8 in
gebremster und gedämpfter
Weise erfolgt.
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Dank
der Halbleiter-Steuerschnittstelle 6 tritt beim Kippen
des beweglichen Kontakts 3' gegen
den Kontakt 3 oder bei der Abtrennung desselben keinerlei
Lichtbogen auf. Damit wird die Lastschaltvorrichtung 1 nach
der Erfindung nicht bei jeder Schaltung abgenutzt, und ihre Lebensdauer
wird entsprechend verlängert.
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Nach
einer zweiten Ausführungsvariante
der Erfindung kann das Verlangsamungs- und Dämpfungsmittel 8 durch
die elektronische Steuervorrichtung 7 gebildet werden,
welche eine Schnittstelle umfasst, die eine progressive Versorgung
der Relaisspule 4 in der Weise ermöglicht, dass das Magnetfeld verändert wird
und dass damit auf die Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen
Kontakts 3' eingewirkt
wird. In diesem Fall erfolgen die Schaltungen bei Eingang und Ausgang
in der gleichen Weise wie oben beschrieben, jedoch wird der bewegliche
Kontakt 3' durch
die Modulierung der Spannung der Relaisspule 4 verlangsamt.
Es ist auch möglich,
die Wirkung des Verlangsamungs- und Dämpfungsmittels 8 mit
derjenigen einer elektronischen Steuervorrichtung 7 zu
verbinden, die eine Schnittstelle mit progressiver Versorgung aufweist,
um das Dämpfen
der Lastschaltung zu realisieren und die Schaltgeräusche zu
unterdrücken.
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Nach
einer dritten Ausführungsvariante
der Erfindung kann das Verlangsamungs- und Dämpfungsmittel 8 eine
nichtleitende Flüssigkeit
sein, in die der feste Kontakt 3 und der bewegliche Kontakt 3' eintauchen.
Diese Flüssigkeit
kann Parafin, Öl
oder jedes andere Fluid mit dielektrischen Eigenschaften sein. In
einem solchen Fall verlangsamt die Viskosität der Flüssigkeit die Bewegung des beweglichen
Kontakts 3' und
absorbiert gleichzeitig das Schaltgeräusch.
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Natürlich ist
die Erfindung nicht auf die beschriebene und in den beigefügten Zeichnungen
dargestellte Ausführungsform
beschränkt.
Modifikationen bleiben möglich,
insbesondere vom Standpunkt der Ausgestaltung der verschiedenen
Elemente oder durch Substitution mit technischen Äquivalenten, ohne
dass damit der Schutzrahmen der Erfindung verlassen würde.