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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsbeleuchtungsanlage,
die insbesondere in Gebäuden und Räumen mit öffentlichem
Charakter bei besonderen Ereignissen einen sicherheitsrelevanten
Beleuchtungszustand einnehmen kann.
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Sicherheitsbeleuchtungsanlagen
sind Notlichtanlagen, die in zahlreichen Normen spezifiziert sind.
Beispielhaft sollen einige bedeutende Normen benannt werden, aus
denen grundsätzliche Anforderungen für Sicherheitsbeleuchtungsanlagen
und die dazugehörigen Begriffe zu entnehmen sind:
So
sind in der DIN EN 50171 Vorschriften zur Gestaltung
von Notstromanlagen und unterbrechungsfreie Stromversorgungen zu
entnehmen. Die Sicherheitsbeleuchtungsanlagen sind häufig
nach DIN EN 50172 auszulegen, wobei Leuchten zu
verwenden sind, die nach DIN EN 60598-2-22 spezifiziert
sein sollen. Aus Lesbarkeitsgründen wird zur Bestimmung der
gängigen Begrifflichkeiten und ihre Bedeutungen für
Sicherheitsbeleuchtungsanlagen auf die genannten Normen verwiesen,
um die Begrifflichkeiten nicht erneut vollumfänglich darlegen
zu müssen. Die nachstehende Erfindungsbeschreibung entwickelt
somit die zuvor genannte Normenwelt in dem durch die Normen bestimmten
Rahmen weiter.
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Stand der Technik
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Generell
lässt sich die Gestaltung von Sicherheitsbeleuchtungsanlagen
dahingehend zusammenfassen, dass die elektrische Energie für
die Versorgung der Leuchten der Sicherheitsbeleuchtungsanlage von
einem zentralen Punkt aus oder auch einzeln vor jeder Leuchte zur
Verfügung gestellt werden kann. Werden zentralisierte Einspeisepunkte
für die elektrische Energie gewählt, so wird in
der Regel eine Notstromanlage an diesem Ausgangspunkt aufgestellt.
Die Notstromanlage ist Teil der Notlichtanlage. Weitere Komponenten
der Notlichtanlage sind Kabel, Elektroinstallationsmaterial und
Leuchten unterschiedlicher Kategorie oder unterschiedlichen Typs. Die
Notstromanlage wird aus Sicherheitserwägungen häufig
in einem anderen Brandabschnitt aufgestellt als der mit den Leuchten
auszustattende Bereich. Vor allem bei Feuer soll eine Mindestbeleuchtungszeit – je
nach Norm und Einsatzfall – für den Sicherheitsbeleuchtungsbereich
sichergestellt werden. Um abschnittsweise Schäden der Beleuchtungsanlage
abfangen zu können, werden Sicherungen und Sicherungsautomaten
vorgesehen, ähnlich zu den zum Beispiel in den Beschreibungen
der
JP 54 058 847 A (Anmelderin:
Tokyo Shibaura Electric Co.; Prioritätstag: 20.10.1977);
CN 201 185 345 A (Anmelderin:
Jining Beifang Aoke Electric Co.; Anmeldetag: 28.02.2008) und
UA 29 361 U (Anmelderin:
MNUKHIN Anatolii Hryhorovych; Anmeldetag: 17.09.2007) offenbarten.
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Die
Sicherheitsbeleuchtungsanlagen werden deswegen aufgestellt, weil
sie im Schadens- und Fluchtfall Menschenleben durch eine länger
andauernde Fluchtwegsbeleuchtung retten sollen. Bei den zentral
versorgten Sicherheitsbeleuchtungsanlagen wird seit geraumer Zeit
ein Aufwand dazu getrieben, möglichst zuverlässig
die Schaltsignale von der Notstromanlage zu den Leuchten zu übertragen,
die in Abhängigkeit des Zustands der Notlichtanlage schalten
sollen.
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Beispielhaft
seien die folgenden Druckschriften angeführt, die in den
klassischen Netztopologien für Sicherheitsbeleuchtungsanlagen
Schaltsignalübertragungen beschreiben:
DE 10 2007 062 999 A1 (Anmelder:
RP-Technik e. K.; Anmeldetag: 21.12.2007),
DE 10 2007 062 957 A1 (Anmelder:
RP-Technik e. K.; Anmeldetag: 21.12.2007),
EP 1 066 690 B1 (Anmelderin:
CEAG Sicherheitstechnik GmbH; Prioritätstag: 31.03.1998),
EP 0 939 476 B2 (Anmelderin:
Inotec Sicherheitstechnik GmbH; Prioritätstag: 25.02.1998)
und
US 2006
202 640 A1 (Erfinder: Alexandrov; Anmeldetag: 05.06.2006).
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Weitergehende
Darlegungen zu den Topologien lassen sich in zahlreichen Firmenprospekten,
z. B. in den graphischen Darstellungen, von einschlägigen
Anbietern von Notlichtbeleuchtungsanlagen und in der
DE 103 16 008 A1 (Anmelderin:
DB Netz AG; Anmeldetag: 07.04.2003) entnehmen. Eine weitere Topologie
für Notlichtanlagen mit Endstromkreisen lässt
sich der
DE 102 41
563 B3 (Anmelderin: Dr.-Ing. Willing GmbH; Anmeldetag:
07.09.2002) entnehmen, die vorschlägt, einen Abzweigkasten
in den Endstromkreis zu setzen, sodass ein erster und ein zweiter
Stromkreis gebildet werden.
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Erfindungsbeschreibung
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Einige
der zuvor dargelegten Übertragungsverfahren lassen sich
in unterschiedlichen Sicherheitsbeleuchtungstopologien einsetzen,
während manche der offenbarten Übertragungsverfahren
ausschließlich auf eine bestimmte Topologie angewiesen sind.
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Die
in den zitierten Druckschriften offenbarten Übertragungsverfahren
gelten mit ihrer Aufnahme an dieser Stelle in die vorliegende Beschreibung als
aufgenommene Darlegung von Übertragungsverfahren.
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Hierbei
vernachlässigen viele Entwickler den Aspekt, das Sicherheitsbeleuchtungsnetz
selbst in seiner Zuverlässigkeit durch topologische Betrachtungen
zu steigern, denn vorrangig wird die leitungsgebundene Informationsübertragung
für die gängigen Netze beschrieben, die in der
Regel als TN-C-S-Netze in Gebäuden mit Sicherheitsbeleuchtungsanlagen
realisiert werden. Das Sicherheitsbeleuchtungsnetz an sich wird
nach bekannter Art von den Elektroplanern ausgelegt und auf die
Form, Ausstattung und Gestaltung des Gebäudes angepasst.
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Eigentlich
wünschen sich Architekten und Betreiber von Gebäuden,
Beleuchtungsanlagen, insbesondere Sicherheitsbeleuchtungsanlagen,
in ihrer Funktions- und Betriebssicherheit zu steigern. Schäden
und Ausfälle von Teilen der Beleuchtungsanlage sollen möglichst
gut abgefangen werden, insbesondere soll eine Notlichtversorgung
so lange wie möglich, z. B. auch im Brandfall, sichergestellt
werden. Hierzu müssen natürlich auch geeignete,
einzelne Komponenten einer Notlichtanlage geschaffen werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch
1 gelöst. Eine Sicherheitsleuchte, die in einer erfindungsgemäßen
Notlichtanlage verwendet werden kann, lässt sich Anspruch
1 entnehmen. Eine Schalteinheit, die zum Beispiel in eine Sicherheitsleuchte
nach Anspruch 12 eingebaut werden kann, lässt sich Anspruch
15 entnehmen. Ein geeignetes Steuerungsverfahren wird in Anspruch
17 beschrieben. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen
Ansprüchen entnehmen.
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Notlichtanlagen
umfassen Leuchten unterschiedlichen Typs. Einige Leuchten werden
als Dauerlichtleuchten ausgelegt. Andere Leuchten werden als Bereitschaftslichtleuchten
ausgelegt. Weitere Leuchten werden als Fluchtwegsleuchten ausgelegt. Die
Fluchtwegsleuchten können eine steuerbare Richtungsanzeige
haben. Manche Notlichtanlagen haben noch weitere Leuchten, z. B.
geschaltete Dauerlichtleuchten. Es gibt auch Notlichtanlagen, die
besitzen Leuchten mit einer steuerbaren Helligkeit. Es werden unterschiedliche
Betriebsphasen unterschieden. Im regulären Betrieb müssen
Bereitschaftslichtleuchten nicht leuchten. In einer ersten Phase
eines außergewöhnlichen bzw. eines Notbetriebs
werden einzelne, zusätzliche Leuchten hinzugeschaltet.
Neben dem regulären Betrieb und dem Notbetrieb kann es
noch weitere außergewöhnliche Betriebszustände der
Notlichtanlage geben. Zur Einsparung von Kupferleitungen oder elektrischen
Verbindungen werden über die Energieversorgungsleitungen
Schaltsignale ebenfalls übertragen. Somit müssen
keine zusätzlichen Steuerleitungen in einem Gebäude
entlang den Versorgungsleitungen geführt werden. Die Notlichtanlage
ist eine versorgungsleitungsgebundene Notlichtanlage. Die Versorgung
der Leuchten der Notlichtanlage erfolgt über Kabel, Leitungen
oder Versorgungsstränge. Die versorgungsleitungsgebundene
Notlichtanlage erstreckt sich vorteilhafter Weise über
mehrere unterschiedliche Brandabschnitte, häufig wenigstens über
zwei Brandabschnitte. Insbesondere hat die Notlichtanlage Leuchten
unterschiedlicher Betriebsphasen. Die Leuchten befinden sich in
wenigstens zwei Brandabschnitte eines Gebäudes. In einem
ersten Brandabschnitt steht die zentral aufgestellte Notstromanlage.
Ein auszuleuchtender Bereich befindet sich in dem zweiten Brandabschnitt.
Eine zentral angeordnete Notstromanlage, wie eine Zentralbatterieanlage
oder eine Gruppenbatterieanlage, ist somit in einem ersten Brandabschnitt
platziert. Ein Beleuchtungsbereich, der insbesondere eine gewisse
Anzahl Leuchten umfasst, ist in einem zweiten Brandabschnitt angeordnet.
Die energetische Anbindung, über die auch Steuerungsbefehle
auszutauschen sind, wird über ein einziges zentrales Versorgungskabel
hergestellt. Von einem Versorgungskabel aus startend werden die
Leuchten eines Brandabschnittes sowohl gesteuert als auch versorgt.
Wenigstens abschnittsweise setzt sich das Versorgungskabel aus einem
feuerfesten Kabel und ggf. einem weiteren Kabel zusammen. In einer alternativen
Ausgestaltung kann natürlich das gesamte Versorgungskabel
feuerfest gestaltet sein. Somit setzt sich das Versorgungskabel
wenigstens teilweise aus einem feuerfesten Kabel zusammen. Feuerfest
bedeutet, dass das Kabel normungsgemäßen Brandeinwirkungen
einer festzulegenden Zeit Stand halten kann. Eine endstromkreisbildende Schalteinheit
ist mehrfach vorhanden. Der Begriff „Endstromkreis” wird
dabei im Sinne einschlägiger Normen in vorliegender Erfindung
verstanden. Die Schalteinheit kann wenigstens ein Beleuchtungsmittel
zwischen wenigstens zwei Zuständen hin- und herschalten.
Das Schalten kann wechselweise erfolgen. In dem Brandabschnitt sind
häufig Leuchten mehrfach angeordnet. Die endstromkreisbildenden Schalteinheiten
stellen Trennbausteine zwischen dem zentralen Versorgungskabel und
an die Schalteinheiten anzuschließende Beleuchtungsmittel
dar.
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Eine
Zwischenkreiseinheit umfasst somit das Versorgungskabel zu jedem
einzelnen Brandabschnitt. Einwirkungen auf ein Beleuchtungsmittel
schlagen sich aufgrund der endstromkreisbildenden Eigenschaft der
Schalteinheiten nicht auf Energieversorgungseinheiten zurück
durch. Weil ein einzelner Endstromkreis nur ab der Schalteinheit
beginnt, somit viele kurze Endstromkreise in der Beleuchtungsanlage
vorhanden sind, idealer Weise jede Leuchte einen eigenen Endstromkreis
bildet, sind schädigende Einflüsse in einem Brandabschnitt, z.
B. der Ausfall einer einzelnen Leuchte, auswirkungslos für
die Notstromanlage. Bis zu den Schalteinheiten reicht ein Zwischenstromkreis.
Die Schalteinheiten haben wenigstens zwei Anschlüsse für
wenigstens zwei Leitungen eines Zwischenstromkreises.
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Die
Topologie der Notlichtanlage lässt sich mit einem IT-Netz
vergleichen.
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Auf
der Notlichtanlage läuft ein Steuerungsverfahren zum Steuern
der Verbraucher der Notlichtanlage ab. Das Verfahren zur Steuerung
einer Notlichtanlage steuert Schalteinheiten in der Notlichtanlage.
Die Steuerung übernimmt das Ansprechen einzelner oder aller
Schalteinheiten. Die Schalteinheiten können zu Gruppen
zusammengestellt sein. Die Steuerung von den Schalteinheiten erfolgt
durch ein energieleitungsbasiertes Steuerungsverfahren. Jeweils
eine Schalteinheit ist mit zwei Überstromschutzelementen
ausgestattet. Eine potenzialmäßige Veränderung
auf wenigstens einer von zwei Leitungen kann stattfinden. In einer
Ausgestaltung ist die Notlichtanlage so gestaltet, dass die potenzialmäßige Veränderung
auf wenigstens einer der beiden Leitungen eine Schaltfunktion auslöst.
Eine Schaltfunktion in der Schalteinheit oder in einer Notstromanlage
der Notlichtanlage wird durch das Steuerungsverfahren hervorgerufen.
Die Übertragung erfolgt insbesondere bidirektional. Die Überstromschutzelemente
sind sowohl für eine Wechselspannungs- als auch eine Gleichspannungsübertragung
ausgelegt. Spricht eines oder zwei der Überstromschutzelemente
an, so ist die Übertragung über den Zwischenstromkreis
immer noch sichergestellt. Das nachgeschaltete Beleuchtungsmittel
wird nur aus dem Netz der Notlichtanlage genommen. Es findet eine
bewusste Abkoppelung des einzelnen Beleuchtungsmittels statt. Das Versorgungskabel
bleibt weiterhin unter elektrischer Spannung.
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Die
potenzialmäßige Änderung kann dabei sowohl
gleichtaktartig sein, gegentaktartig sein oder in Form von kurzzeitigen
Spannungsunterbrechungen vorhanden sein; auch Mischformen sind möglich. Die
kurzzeitige Unterbrechung kann zum Beispiel mehrfach 5–30
ms betragen. Die Unterbrechung wechselt sich mit Phasen regulärer
Spannungsversorgung ab. Bei einer gleichtaktartigen Potenzialverschiebung
erfolgt die Steuerung der Schalteinheiten durch Potenzialanhebung
auf beiden Leitungen oder durch Potenzialabsenkung auf beiden Leitungen.
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In
einer alternativen Ausgestaltung kann die Änderung eine
Impedanzänderung sein. Die Impedanzänderung wird
in Bezug auf den Zeitablauf ähnlich gestaltet wie die zuvor
dargelegte potenzialmäßige Änderung.
Die Impedanzänderung kann mehrfach auftreten. Die Impedanzänderung
kann sehr kurz sein, beginnend bei 10 μs, bis hin zu 40
ms andauern.
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Es
gibt unterschiedliche Typen von Sicherheitsleuchten. Durch die Art
der Verwendung wird aus der Sicherheitsleuchte eine Dauerlichtleuchte oder
eine Bereitschaftslichtleuchte. Um die unterschiedlichen Leuchtentypen
aus einer gemeinsamen Energieversorgung zu betreiben, ist es vorteilhaft, wenn
zumindest bei den Bereitschaftsleuchten Schalteinheiten vorhanden
sind, welche deren Betrieb steuern.
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Das
bedeutet, die Sicherheitsleuchte selbst ist abweichend von üblichen
Sicherheitsleuchten dahingehend gestaltet, dass eine individuelle
Fehlerreaktion einer Sicherheitsleuchte sichergestellt werden kann.
Die Sicherheitsleuchte lässt sich in der zuvor dargestellten
Notlichtanlage deswegen einsetzen, weil die Sicherheitsleuchte für
einen Betrieb in einem 1-phasigen IT-System bzw. IT-Netz ausgelegt
ist. Hierzu ist die Sicherheitsleuchte eingangsseitig mit zwei Überstromschutzelementen
ausgestattet, die bei Kurzschluss und bei Erdschluss von wenigstens zwei
artgleichen Sicherheitsleuchten ansprechen, wobei jedes Überstromschutzelement
selektiv gegenüber einer Absicherung einer anzuschließenden Zuleitung
des IT-Systems an die Sicherheitsleuchte ist. Die Selektivität
ist so gewählt, dass die Sicherheitsleuchte ein deutlich
schnelleres Ansprechen hat, als der eventuell gesondert abgesicherte
Zwischenkreis. Weil in der Regel keine Fehler in dem brandsicheren
Versorgungskabel auftreten, sondern in den Leuchten, wird die Solltrennstelle
zu der Sicherheitsleuchte verlagert. Es können Schalteinheiten
zur Schaffung der Trennstelle in den Sicherheitsleuchten verbaut
sein.
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Die
Sicherheitsleuchte sollte somit eine Schalteinheit haben. Die Schalteinheiten
der Notlichtanlage können für die Verwendung in
jeweils einer Sicherheitsleuchte mit einem Mikrokontroller ausgestattet
sein. Die Schalteinheit weist zwei Überstromschutzelemente
eingangsseitig auf. Die Überstromschutzelemente sind insbesondere
auf einer abtrennbaren Platine angeordnet. Die Überstromschutzelemente
sind gleichspannungstauglich und pulsfest. Somit können
doppelte Erdschlüsse durch schmelzsicherungsartige Leitungsunterbrechungen abgefangen
werden.
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Die
erfindungsgemäße Beleuchtungsanlage kann von der
zentralisiert angeordneten Energieversorgungseinheit, wie einer
Gruppen- oder eine Zentralbatterieanlage, auch noch weiterhin im überwiegenden
Maße betrieben werden, wenn einzelne Leuchten ausfallen
sollten. Der Ausfall einer Leuchte führt nicht zum Ausfall
der gesamten Beleuchtungsanlage. Die geschädigte Leuchte
wird durch die Verlagerung der Endstromkreisabschnitte in die jeweilige
Leuchte zu einem singularisierbaren Ausfallereignis. Die Leuchte
selber weist den Endstromkreis auf. Ein vorgeschalteter Zwischenkreis
reicht bis in die Leuchte.
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Auch
ein Kurzschluss bzw. ein Erdschluss einer einzelnen Verbindung zu
dem Beleuchtungsmittel führt nicht zu personengefährdenden
Situationen. Die Notlichtanlage hat eine höhere Sicherheit
durch einen erhöhten Berührschutz bzw. eine erschwerte Kurzschlussbildung.
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Nachfolgend
werden weitere vorteilhafte Ausgestaltungen näher beschrieben.
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Das
feuerfeste Kabel erstreckt sich vorteilhafter Weise von der Notstromanlage
bis zu dem Beleuchtungsbereich.
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Die
Notlichtanlage hat Sicherheitsleuchten, in deren Gehäuse
jeweils eine Schalteinheit und jeweils wenigstens ein Beleuchtungsmittel
zusammen bzw. gemeinsam angeordnet sind. Die Schalteinheit ist Teil
der Leuchte, insbesondere der Sicherheitsleuchte. Die Sicherheitsleuchte
weist darüber hinaus ein Leuchtmittel in oder an dem Gehäuse
auf.
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Vorteilhaft
ist es, wenn zwischen Schalteinheit und Beleuchtungsmittel ein elektronisches
Vorschaltgerät zwischengeschaltet ist. Eine typische einfache
Ausführung besteht aus Dauerlichtleuchten, welche ohne
Schalt- bzw. Steuermöglichkeit konfiguriert sind, während
die Leuchten in Bereitschaftsschaltung einzeln oder kombiniert gesteuert
und geschaltet oder gedimmt werden können. Meist hat jede einzelne
der Dauer- und der Bereitschaftslichtleuchten eine Überwachungsvorrichtung.
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Die
Notlichtanlage hat zahlreiche Schalteinheiten, die wenigstens zwei
Sicherungen aufweisen. Die Überstromschutzelemente können
durch Sicherungen realisiert werden. Die Sicherungen sind vorteilhafter
Weise gleichspannungstauglich. Die Sicherungen sind zusätzlich
pulsfest. Es können daher gleichspannungstaugliche und
pulsfeste Schmelzsicherungen verwendet werden. Die Sicherungen sind so
in den Schalteinheiten angeordnet, dass jeweils eine Schmelzsicherung
eine Versorgungsleitung und jeweils eine Schmelzsicherung eine Stromrückleitung
absichern. Als Stromrückleitung kann zum Beispiel der Nullleiter
abgesichert werden. Die Absicherung erfolgt gegen eine Spitzenstrombelastung.
Die Sicherung ist einzeln oder gemeinsam auslösbar. Die Absicherung
sorgt für ein Trennen der entsprechenden Leitung von der
restlichen Schalteinheit. In Versuchen hat es sich gezeigt, dass
geeignete Sicherungen mit Löschmaterial gefüllte
Keramikumhüllungen sein können, sofern sie gleichspannungstauglich
und -fest sind. Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die
eingesetzte Sicherung flammfest ist. Zur Vermeidung wiederholend
auftretender Fehlerfälle sollten die Sicherungen nicht
rücksetzende Sicherungen sein. Eine zu verwendende Sicherung
ist eine Leiterbahnsicherung. Eine Leiterbahnsicherung verursacht
geringe Kosten.
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Die
Notstromanlage der Notlichtanlage liefert in einem Zustand des Notbetriebs
eine Dauergleichspannung. Die Dauergleichspannung ist in der Regel im
wenigstens dreistelligen Voltbereich angesiedelt. Das bedeutet,
das Versorgungskabel ist so spannungsfest ausgelegt, dass über
das zentrale Versorgungskabel bis zu den endstromkreisbildenden Schalteinheiten
die Dauergleichspannung in dem einen Zustand zur Verfügung
gestellt werden kann.
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Weiterhin
ist das Versorgungskabel so ausgelegt, dass die Notstromanlage bei
einer ungestörten Netzversorgung Wechselspannung im dreistelligen
Voltbereich liefert kann. Durch die entsprechende Spannungsfestigkeit
und die Feuerfestigkeit des Versorgungskabels wird die Ausfallwahrscheinlichkeit
in den Sicherheitsleuchten konzentriert.
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In
der Notlichtanlage ist wenigstens eine Schalteinheit eingesetzt,
die sich durch einen Steuerungseingang auszeichnet. Eine einzelne
Schalteinheit verfügt über wenigstens einen Steuerungseingang.
Es können aber in einer alternativen Ausgestaltung auch
alle Schalteinheiten mit Steuerungseingängen ausgestattet
sein. Mit Hilfe des Steuerungseingangs wird eine Spannung auf wenigstens
einer Versorgungsleitung überwacht. In Abhängigkeit
der Spannung wird das Beleuchtungsmittel gesteuert, das bedeutet,
in Abhängigkeit der Spannung wird das Beleuchtungsmittel
z. B. ein- oder ausgeschaltet. Mit Hilfe des Steuerungseingangs
kann also das Netz der Notlichtanlage überwacht werden.
Es wird die Spannung des Versorgungsnetzes oder die Spannung in
einem Abschnitt der Allgemeinbeleuchtung überwacht. Eine
solche Schalteinheit kann abgesetzt von mehreren Leuchten angeordnet
werden. So können mehrere Endstromkreise gebildet werden.
Jeder Endstromkreis ist auf eine eigene Sicherungsgruppe zurückgeführt.
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Von
den Schalteinheiten in der Notlichtanlage ist nach einer Ausgestaltung
wenigstens eine Schalteinheit als durchschleifende Schalteinheit
gestaltet. Die Schalteinheit befindet sich in dem Beleuchtungsbereich.
Hierzu führen zwei Kabel an die Schalteinheit. Die Notlichtanlage
hat somit eine unterbrochene Versorgungsleitung. Besonders günstig ist
es, wenn über eine mehrpolige Eingangsklemme und eine mehrpolige
Ausgangsklemme die beiden Versorgungsleitungen an die Schalteinheit
anschließbar sind. In der Schalteinheit sind die Eingangsklemme
und die Ausgangsklemme durch Leiterbahnen einer Leiterplatine unmittelbar „durchverbunden”.
Es ergibt sich so eine Verbindung, mit der eine Stichleitung hinter
dem zentralen Versorgungskabel auszubilden ist.
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Hinter
jeder Schalteinheit sollte nur ein einziger Verbraucher, der wenigstens
ein Leuchtmittel umfasst, angeschlossen sein. Pro Schalteinheit
gibt es also ein Leuchtmittel. Die Anzahl der Schalteinheiten stimmt
mit der Anzahl der Verbraucher überein. Jeder Verbraucher
ist individuell steuerbar. Die individuelle Steuerbarkeit lässt
sich zum Beispiel durch eine Adresskodierung realisieren. Die Schalteinheit umfasst
einen Adresskodierer, der auf adressierte Steuerbefehle anspricht.
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In
der Notlichtanlage ist sowohl die ungestörte Netzversorgung
als auch die aus einer Batterie stammende Dauergleichspannung galvanisch
getrennt. In der Notlichtanlage wird an den Schalteinheiten wechselweise
die Energie entweder aus der Netzversorgung oder der Batterie bezogen.
Der Zustandswechsel erfolgt insbesondere in Abhängigkeit eines
Versorgungszustands der Notlichtanlage. Somit wird nahezu permanent
eine Energie an den Sicherheitsleuchten dargeboten. Selbst bei ungestörter Netzversorgung
ist es vorteilhaft, eine Betriebsenergie für die Beleuchtungsmittel
und eine Ladeenergie für die Batterie mittels desselben
Trenntransformators zur Verfügung zustellen. Hierdurch
werden die gefährlichen einseitigen Erdschlüsse
ausgeschaltet.
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Wie
zuvor schon angeklungen, ist die Notlichtanlage mit einer Notstromanlage
realisiert, die mit einem Zwischenstromkreis ausgestattet ist. Der Zwischenstromkreis
ist an der Sekundärseite des Trenntransformators angeschlossen.
In den Zwischenkreis wird Energie in einem Betriebszustand aus einer
Batterie eingeleitet. Hierzu ist ein der Batterie nachgeordneter
Tiefsetzsteller an dem Zwischenkreis angeschlossen. Die Batterie
ist von dem Zwischenkreis durch den Tiefsetzsteller abgekoppelt.
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In
der Notlichtanlage ist wenigstens eine Schalteinheit mit einer Kodierung
ausgestattet. Die Schalteinheit aufgrund eines Steuerungsbefehls kann
individuell oder als Teil einer Gruppe in ihren Schaltfunktionen
verstellt werden. Die Schalteinheit kann unterschiedliche Zustände
einnehmen.
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Die
Notlichtanlage hat Schalteinheiten, die ein Modul umfassen, das
wenigstens eine leitungsgebundene Rückmeldung an die Notstromanlage
liefern kann. Eine solche Rückmeldung ist zum Beispiel eine
für die Notstromanlage bestimmte Störmeldung. Die
Rückmeldung liegt dabei nicht permanent auf den Versorgungsleitungen,
sondern die Rückmeldung wird zeitweise angeboten. Die Rückmeldung
informiert über eine Situation wenigstens eines Bauteils
wie der Schalteinheit oder des Beleuchtungsmittels. Aus der zentralisiert
angeordneten Notstromanlage heraus kann somit das gesamte Netz überwacht werden.
Beispielhaft sei angeführt, dass mittels Strommessung überprüft
werden kann, ob die Beleuchtungsmittel in der Leuchte noch einwandfrei
arbeiten. Das Messergebnis, das zum Beispiel im Mikrokontroller
oder Mikroprozessor verarbeitet werden kann, wird anschließend
in Form der Rückmeldung an die zentral angeordnete Energieversorgungseinheit
wie der Notstromanlage gemeldet. Weitere mögliche Mess-
und Auswertemethoden basieren auf speziellen Schnittstellen, wie
zum Beispiel einer DALI-Kommunikation. Auch kann anhand von Adressen oder
Adressantworten die Schalteinheit geprüft werden. So können
mehrere Schalteinheiten einer Adresse oder einem Adressblock zugeordnet
werden. Auf diese Weise lassen sich günstig Gruppen zusammenschalten.
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Die
Notlichtanlage hat wenigstens eine Schalteinheit, die einen Mikrokontroller
umfasst. Der Mikrokontroller steuert die Leuchte. Der Mikrokontroller
kann vorteilhafter Weise auch die Leuchte überwachen. Bei
Schaltvorgängen des Mikrokontrollers werden Leistungshalbleiter
angesteuert. Die Leistungshalbleiter liegen bei höheren,
durchzuleitenden Strömen mit entsprechenden Stromwerten
parallel zu wenigstens einem Relais. Somit werden die Leistungshalbleiter
in einem andauerndem Zustand durch Verbindungsherstellung über
das Relais entlastet. Der Dauerbetrieb erfolgt über die
Zungen des Relais.
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Die
Sicherheitsleuchte, insbesondere in einem in einer Notlichtanlage
verbauten Zustand, umfasst die folgenden Bauteile: ein Steuergerätemodul, ein Überwachungsgerätemodul,
und ein Vorschaltgerät für das Leuchtmittel. Zusätzlich
kann ein integrierter Mikrokontroller vorhanden sein. Das Vorschaltgerät
ist dafür da, das Leuchtmittel wie Leuchtstofflampe oder
LED elektrisch zu versorgen. Ferner ist es vorteilhaft, wenn wenigstens
ein Bauteil, das eine Lichtführung durchführt,
vorhanden ist, um die Lichtausbeute zu steigern. Ein Transmitter
hilft dabei, die leitungsgebundene Rückmeldung an die Notstromanlage
zu übertragen. Die Rückmeldung kann z. B. über
eine Impedanzänderung geschehen. Auch kann die Rückmeldung über
einen Stromimpuls signalisiert werden.
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Weil
die übrigen Bauteile der Sicherheitsleuchte durch die Überstromschutzelemente
in der Regel auch vor Zerstörung sicher sind, ist es sinnvoll, die Überstromschutzelemente
abgesondert in der Sicherheitsleuchte anzuordnen. In der Sicherheitsleuchte
bilden die Überstromschutzelemente und die Anschlussklemmen
eine abgesetzte Eingangsbaueinheit. Die Anschlussklemmen sind für
eine Kabelverbindung vorhanden. In einer Ausgestaltung ist die Eingangsbaueinheit
trenn- und austauschbar von den restlichen Bauteilen der Sicherheitsleuchte
in der Sicherheitsleuchte montiert. In einer weiteren Ausgestaltung
ist die Eingangsbaueinheit abtrennbar von einem elektronischen Vorschaltgerät
und auch von einem oder mehreren Leuchtmitteln der Leuchte. Die Eingangsbaueinheit
ist ein eigenständiges Modul. Auch ist es vorteilhaft,
wenn die Sicherungen der Eingangsbaueinheit in solchen Halterungen
stecken, die ein Herausnehmen und Austauschen jeder einzelnen Sicherung
erlauben.
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Durch
die doppelte Absicherung der jeweiligen Leuchte eines Versorgungsstrangs
der Notlichtanlage wird eine höhere Störsicherheit
bzw. Störfestigkeit der Notlichtanlage hergestellt. Als
gelegentlich auftretendes Störereignis in den Notstromanlagen konnte
durch den Erfinder der vorliegenden Erfindung ein als hängendes
Relais bezeichnetes Relais identifiziert werden, das zu einem Fehlerfall
in dem Abschnitt der Sicherheitsbeleuchtungsanlage führt, für
das das Relais zuständig ist. So kann ein hängendes
Relais in der Notstromanlage zu einem Erdschluss mit der Plusseite
der Batterie führen. Wird in einem solchen Zustand eine
Wartung einer Leuchte auf der Suche nach der Fehlerursache durchgeführt, so
entstehen gelegentlich Erdschlüsse zwischen der Leuchte
und der Minusseite der Batterie. Bei der erfindungsgemäßen
Topologie mit den erfindungsgemäßen Leuchten löst
ein Überstromschutzelement in der Leuchte aus. Die übrigen
Leuchten der Sicherheitsbeleuchtungsanlage bleiben betriebsbereit.
Ein Wartungsfehler führt nicht zu dem Zusammenbruch des
gesamten Abschnitts.
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In
einer weiteren Ausgestaltung übernehmen die Schalteinheit
Energiebegrenzungsfunktionen. Es ist nachteilig, wenn alle Leuchtmittel
aus Leuchten des gleichen Typs zeitgleich eingeschaltet werden. Dies
führt zu unkontrollierbar hohen Einschaltimpulsen. Somit
können einzelne Schalteinheiten Einschaltmustern bzw. Zeitmustern
folgen. Ein angeschlossener Verbraucher schaltet verzögert
einem Zeitmuster folgend ein. Somit schalten die Leuchten des gleichen
Typs zueinander zeitversetzt nach und nach ein. Jedoch werden die
Leuchten so schnell hintereinander eingeschaltet, dass für
den Betrachter kein Lichtbandeindruck, sondern eine Gleichzeitigkeit
entsteht. Das bedeutet, dass zum Beispiel mit einem 50-Hertz-Muster
gearbeitet werden kann. Innerhalb von z. B. 20 ms werden alle Leuchten
des gleichen Typs über die Schalteinheiten angesteuert. Weiterhin
vorteilhaft ist es, wenn die Einschaltzeitpunkte in der Nähe
des Spannungsnullpunkts bei einer Wechselspannung liegen. Immer
in einem Bereich von ungefähr 10% des Spannungsmaximums um
den Spannungsnullpunkt herum (alternativ auch nur 5%) wird eingeschaltet.
Bei dem ersten Nullpunkt also die erste Gruppe der Leuchten des
ersten Typs. Bei einem zweiten Nullpunkt die zweite Gruppe der Leuchten
des zweiten Typs. Bei einem dritten Nullpunkt die dritte Gruppe
der Leuchten des dritten Typs usw.
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In
den Schalteinheiten sollte wenigstens eine Sicherung einen resistiven
Charakter haben. Z. B. kann eine Sicherung in einer Schalteinheit
verbaut werden, die mehr als 3 Ohm bzw. mehr als 3,26 Ohm (resistiv)
hat. Somit wird der maximale Strom in einem Störungsfall
auf 100 Ampere begrenzt. Die erfindungsgemäße
Notstromanlage muss nur noch für Spitzenströme
von 100 Ampere ausgelegt werden, was es erlaubt, interne Sicherungen
mit geringerer Pulsstrombelastung einsetzen zu dürfen.
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In
den erfindungsgemäßen Notlichtanlagen lässt
sich das Betriebsverfahren dahingehend weiterbilden, dass eine Signalisierung
durch eine Impedanzänderung durchgeführt. Die
Impedanzänderung ist vorteilhaft nur zu einem bestimmten
Zeitpunkt gegeben. Die Impedanzänderung sollte nur in einem
Zeitraster stattfinden. Das bedeutet, zum Beispiel in Abhängigkeit
der Versorgungsspannung oder eines Versorgungsspannungsverlaufs
können Zeitfenster festgelegt werden, in denen überhaupt
eine Impedanzänderung auftreten darf. Durch eine Impedanzänderung
lässt sich die Einheit, die als Schalt- oder als Überwachungseinheit
arbeitet, informationsmäßig an die Notstromanlage
anschließen.
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Die
Verlagerung der Endstromkreis zu den Leuchten, in einer Ausgestaltung
tatsächlich in die Leuchten, führt der Ausfall
einer Leuchte nicht zum Ausfall weiterer Leuchten an dem Versorgungskabel. So
fallen in einer Ausgestaltung nicht alle gleichartigen Leuchten
aus.
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Bisher übliche
Notlichtbeleuchtungsanlagen arbeiten mit maximal 20 Leuchten an
einem einzigen Strang. Die erfindungsgemäße Topologie,
insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Übertragungsverfahren,
erlaubt es, bis zu 32 Leuchten, teilweise sogar mehr, an dem gleichen
Versorgungskabel anzuschließen. Es werden Netze aufgebaut,
also Netze einer Notlichtbeleuchtungsanlage, die durch ein einziges
Versorgungskabel jegliche Anzahl Leuchten bis zu 32 Leuchten versorgen
und betreiben können.
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Figurenbeschreibung
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Die
vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug
auf die Figurenbeschreibung genommen wird, wobei
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1 einen
schematisch vereinfachten Schaltplan in Anlehnung an den Stand der
Technik zeigt,
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2 einen
schematisch vereinfachten Schaltplan zeigt, der das Schaltschema
nach 1 weiterentwickelt,
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3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel zeigt,
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4 ein
Diagramm mit einer Übertragungsfunktion an einer Schalteinheit
zeigt,
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5 ein
Diagramm mit Antwortverhalten in Endstromkreisen und auf Zwischenstromkreisen zeigt,
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6 eine
mögliche elektronische Schaltung einer integrierten Schalteinheit
in schematischer Darstellung zeigt,
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7 eine
Sicherheitsleuchte mit einer Schalteinheit und einem EVG zeigt und
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8 eine
Ausführungsform einer Schalteinheit zeigt.
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Detaillierte Figurenbeschreibung
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Ähnliche
Gegenstände und Teile sind in den unterschiedlichen Figuren
mit um jeweils 100 erhöhte Bezugszeichen bezeichnet worden.
Hierdurch soll die Ähnlichkeit zu den äquivalent
verwendeten Teilen in den übrigen Ausführungsbeispielen
verdeutlicht werden, wobei zwischen äquivalenten Teilen
auch im Einzelfall geringfügige Abweichungen in Funktion und/oder
Gestaltung gegeben sein kann.
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1 zeigt
schematisch eine auf wenige Aspekte reduzierte und damit abstrahierte
Notlichtanlage 1. In der Notlichtanlage 1 sind
verschiedene Endstromkreise angedeutet. In einem Endstromkreis sind
drei Leuchten 15, 17, 19 eingezeichnet.
Die Leuchten 15, 17, 19 sind unterschiedlich
realisiert. Die Leuchte 15 ist eine Leuchte mit klassischer
Glühwendel. Die Leuchte 17 hat eine vorgeschaltete Schalteinheit.
Die vorgeschaltete Schalteinheit kann ein auf einer Platine mit
den Pinnen 1', 3', 5' und 7' angeordnetes,
spannungsform gesteuertes Schaltrelais mit den Schaltkontakten K1
sein. Zur Entlastung ebenfalls vorhandener, (aber graphisch nicht
dargestellter) Leistungshalbleiter brücken die Kontakte
K1 die Leistungsanschlüsse des Leistungshalbleiters. Die
Leuchte 19 ist eine Leuchte mit einem Leuchtmittel, das
auf einer Gasentladungsweise arbeitet. Die Leuchten, wie die Leuchte 15,
können in einem schirmenden, also metallischen Gehäuse,
realisiert sein. Die Notlichtanlage 1 bezieht ihre elektrische
Energie aus einer Notstromanlage 3. In der Notstromanlage 3 gibt
es einen Zwischenkreis 5. Der Zwischenkreis 5 ist
durch eine Anzahl Sicherungen 53, 57, 61 zu
den Endstromkreisen hin abgetrennt. In der Notstromanlage 3 gibt
es einen Spannungsquellenwechsler 23. Der Spannungsquellenwechsler 23 schaltet
zwischen der Wechselspannungsquelle 25 und einer Batterie 21 je
nach Betriebszustand und Versorgungszustand der Notstromanlage hin
und her. Mehrere einzelne Leitungen 9, 11, 13 bzw. 9', 11', 13', bzw. 9'', 11'', 13'' können
zu einem einzigen Versorgungskabel 7 zusammengefasst werden.
Das Versorgungskabel 7, das Teil des Endstromkreises ist, reicht
bis zu den Leuchten 15, 17, 19. Die Gehäuse der
Leuchten 15, 17, 19 sind metallisch.
Die Gehäuse werden in der Regel geerdet. Die Notlichtanlage 1 entspricht
einem TN-Netz.
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2 zeigt
eine Notlichtanlage 101, die ebenfalls eine Notstromanlage 103 hat.
Der Zwischenkreis 105, der ein Stromzwischenkreis ist, reicht über
die Notstromanlage 103 hinaus. In der eigentlichen Notstromanlage 103 ist
ein Spannungsquellenwechsler 123 untergebracht, der zwischen den
unterschiedlichen Spannungsformen bzw. den unterschiedlichen Spannungsquellen
wie der Batterie 121 und einer Wechselspannungsquelle 125 wechselweise
umschalten kann. Knapp vor den Beleuchtungsmitteln der Leuchten 115, 117, 119 sind Überspannungsschutzelemente 171, 173, 175, 177, 179, 181 in
den Leitungen angebracht. Somit reicht das Versorgungskabel 107,
in dem mehrere Versorgungsleitungen 109, 111, 113 ausgebildet
sind, bis zu den Überspannungsschutzelementen 171, 173, 175, 177, 179, 181.
Die Notstromanlage 103 wird sozusagen mit ihrem Zwischenkreis 105 durch
das Versorgungskabel 107 bzw. die mehrfach vorhandenen
Versorgungskabel 107 über die physischen Grenzen
der Notstromanlage 103 hinaus weitergeführt. Das
Versorgungskabel 107 ist mehradrig über die Versorgungsleitungen 109, 111, 113 ausgeführt.
Die Erde PE kann über eine eigene Versorgungsleitung 109 fortgeführt
werden. Die Leuchten 115, 117, 119 können
unterschiedlichen Betriebsphasen, wie einem ersten, zweiten, dritten
Notstrombetrieb, zugeordnet werden. Das Versorgungskabel 107 ist
vorteilhaft als brandfestes Kabel ausgelegt. Jedes Überspannungsschutzelement 171, 173, 175, 177, 179, 181 kann
auf ein Ereignis reagierend einzeln auslösen. Mit Hilfe
von Sicherungen 155, 157, 159, 161 können weitere
Endstromkreise geschaffen werden. Die weiteren Endstromkreise sind
an dem Zwischenkreis 105 nachfolgend angeschlossen. Die
Leuchten, wie die Leuchte 115, können in einem
eigenen Gehäuse ausgeführt sein, in dem wie in
Leuchte 117 eine Schalteinheit mit den Pinnen K1, 1', 3', 5', 7' vorhanden
ist.
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In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Notlichtanlage 201 dargestellt.
Die Notlichtanlage 201 erstreckt sich über verschiedene Brandabschnitte 227, 229, 231.
Der Bereich 231 kann als eigenständiger Brandabschnitt
betrachtet werden genauso wie als trennende Barriere zwischen einem ersten
Brandabschnitt 227 und einem zweiten Brandabschnitt 229.
Das Versorgungskabel 207 reicht von dem ersten Brandabschnitt 227 bis
zu dem zweiten Brandabschnitt 229. Hierbei liegen beliebig
viele Brandabschnitte zwischen dem ersten Brandabschnitt 227 und
dem zweiten Brandabschnitt 229. Die Anzahl der Brandabschnitte
hängt von dem Entwurf der Gebäudearchitekten ab.
Die Leuchten 215, 217, 219 können
mit einem oder mehreren Leuchtmitteln ausgestattet sein. Die Notstromanlage 203 bezieht
die an die Leuchten 215, 217, 219 gelieferte
elektrische Energie aus Energiequellen wie einer Batterie 221 oder
einer Wechselspannungsquelle 225. Somit kann die Notstromanlage 203 je
nach Betriebszustand oder Gefährdungssituation zwischen einer
Gleichspannungsquelle wie einer Batterie 221 oder einer
Wechselspannungsquelle 225 umschalten. Hierfür
gibt es umschaltende Vorrichtungen wie die Spannungsquellenwechsler 223.
In einzelnen Leuchten 217 können mehrere Bauteile
der Leuchte 217 zu einer Eingangsbaueinheit 233 zusammengefasst
sein. Die Eingangsbaueinheit 233 umfasst Überstromschutzelemente 275, 277.
Die Eingangsbaueinheit 233 hat Eingangsklemmen 235 und
Ausgangsklemmen 237. Weitere Komponenten können auf
der Eingangsbaueinheit 233 platziert sein. Zum Beispiel
kann eine Schalteinheit 239 ebenfalls auf der Eingangsbaueinheit 233 angeordnet
sein. Die Schalteinheit 239 kann so realisiert sein, dass
sie zunächst über Leistungshalbleiter Energie
aus der Notstromanlage 203 aufnimmt bzw. durchleitet. Wird
ein Dauerzustand erkannt, so wird anstelle der Leistungshalbleiter
das Relais 241 in einen Dauerbetrieb mit leitenden Zungen
geschaltet. Die Überstromschutzelemente 271, 273, 275, 277, 279, 281 schließen
das Versorgungskabel 207 im zweiten Brandabschnitt 229 ortsnah
zu, vorzugsweise innerhalb der, Leuchten 215, 217, 219.
An jedem Endstromkreis können mehrere Sicherheitsleuchten
angeordnet sein. Die Überstromschutzelemente können
auch den Leuchten zugeordnet sein. Die Sicherheitsleuchten sind
für den Betrieb im dreistelligen Voltbereich ausgelegt.
Alle Kabel wie das Versorgungskabel 207 sind entsprechend
spannungsfest.
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Wie
der 3 zu entnehmen ist, können erfindungsgemäße
Notlichtanlagen 201 auch so realisiert sein, dass innerhalb
der Stromzwischenkreise 205, zum Beispiel innerhalb der
Notstromanlage 203, zusätzliche Sicherungen 251, 253, 255, 257 vorhanden
sind, sofern die Selektivität zwischen den Sicherungen 251, 253, 255, 257 und
den Überstromschutzelementen 271, 273, 275, 277, 279, 281 aufeinander
abgestimmt sind. Aus diesem Grund werden Überstromschutzelemente 271, 273, 275, 277, 279, 281 verwendet,
die deutlich schneller, zum Beispiel mit einem Faktor 3 oder 5,
ansprechen als die in den Zwischenkreisen 205 vorhandenen
Sicherungen 251, 253, 255, 257.
Wie in 3 angedeutet, können mehrere ähnliche
Beleuchtungsbereiche über einzelne Versorgungskabel 207 von
einer zentral angeordneten Notstromanlage 203 versorgt
werden. Die Notstromanlage 203 hat intern einen (nicht
dargestellten) Trenntransformator.
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3 zeigt
auch die Möglichkeit auf, dass die Endstromkreise erst
in einem gleichen Brandabschnitt 229 aufgeteilt werden.
Endstromkreise liegen somit ausschließlich in einem Brandabschnitt 229.
Alle Endstromkreise eines Versorgungskabels 207 befinden
sich in dem gleichen Brandabschnitt 229. Die als Eingangsbaueinheit 233 realisierte
Schalteinheit dient als Endstromkreissplitter. Es ist nur ein ausreichend
spannungsfestes Kabel des Typs E30 über die Brandabschnitte
bis zu dem letzten Brandabschnitt zu führen. Der Endstromkreissplitter
ist nicht brandsicher auszulegen. Das brandsicherere Gehäuse
des Endstromkreissplitters entfällt. Es können
Endstromkreissplitter in einfacheren Gehäusen verbaut werden.
Somit wird die Anzahl der Endstromkreise pro Kabel des Typs E30
erhöht, was zur Sicherheitserhöhung bei gleichzeitiger
Kostensenkung führt. Eine besonders sichere Ausgestaltung
ergibt sich, wenn der Endstromkreissplitter zwischen einer lokalen
Allgemeinversorgung und einer Versorgung aus der E30-Zuleitung umschalten
kann.
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4 zeigt über
der Zeitachse t aufgetragene Spannungsverläufe 500, 501;
sie ergeben sich aus der Differenz der Potentiale beider Energieleiter. Hierfür
genügt es, dass Potenzial eines Leiters verändert
wird, dieser wird als „Life” bezeichnet, während
der andere auf Konstantpotenzial gehalten wird, dieser wird als „Neutral” bezeichnet.
Aufgrund des am Eingang anliegenden Spannungsverlaufs 500 schaltet
eine dazwischen existierende Schalteinheit (in 4 nicht
dargestellt), wie zum Beispiel die Schalteinheit 233 nach 3,
wenn entsprechende Steuersignale an sie gelangen. Der Spannungsverlauf
ist auf einer Amplitudenachse mit der Amplitude A aufgetragen. Die
Amplitude A gibt den aktuellen Spannungswert des Spannungsverlaufs 500 wieder. Z.
B. schaltet die Schalteinheit nach einer als Bitfolge interpretierten
Spannungsverlaufsform. Eine ausgetastete oder dunkelgetastete Halbwelle
wird als ein Bit mit einer Information interpretiert. Dementsprechend
wird eine vorhandene Halbwelle oder übertragene Halbwelle
als das Bit mit der genau gegenteiligen Information interpretiert.
Wird der Spannungsverlauf 500 betrachtet, so sind wenigstens
zwei bzw. sogar vier Bitwechsel 502, 504, 506, 508 in
dem Bitstrom 510 zu sehen. Je nach Einstellung, insbesondere über
Schalter eines Mikroprozessors nach 6, bedeutet
eine Halbwelle ein Bit mit der Information 1. Eine fehlende Halbwelle
bedeutet ein Bit mit der Information 0. Die Bedeutung kann auch über Schalter
umgedreht werden. Der Bitstrom 510 hat in dem Zeitraum
t1 bis t12 nach
dieser gewählten Informationsbelegung der Halbwellen die
Bitfolge 1100111100111. Erst wenn die erwartete Bitfolge an der
Schalteinheit nach optionaler Fehlerkorrektur fehlerfrei eingetroffen
ist, schaltet die Schalteinheit die anliegende Wechselspannung auf
ihre Ausgangsseite durch. Angeschlossene Beleuchtungsmittel gehen
erst danach an bzw. sie leuchten erst nach empfangener Bitfolge
auf. In der Zeit t1 bis t2 ist die
zweite Hälfte der ersten Halbwelle und die ansteigende
Hälfte der zweiten Halbwelle zu sehen. Zu den Zeitpunkten
t3 und t4 ist keine
Halbwelle vorhanden. Die Schalteinheit arbeitet zeitsynchronisiert.
Die Schalteinheit tastet in regelmäßigen Abständen
die tatsächlich anliegende Spannung ab. Die Schalteinheit
interessiert sich nicht für den Spannungsverlauf. Die Schalteinheit
betrachtet den Absolutwert der Spannung. Zu den Zeitpunkten t5, t6, t7 und
t8 erkennt die Schalteinheit das Anliegen
einer Halbwelle anhand ihres Scheitelwerts. Zu den Zeitpunkten t9 und t10 wird erwartungsgemäß das
Fehlen einer Halbwelle realisiert. Erst wenn zum Zeitpunkt t12 keine Spannung anliegt, das bedeutet,
die Wechselspannung im Spannungsnulldurchgang ist, schaltet die
Schalteinheit. Im Zeitpunkt t11 kann das übertragene
Bit erkannt werden. Die letzten beiden Bits sind für die Schalteinheit
in Bezug auf die Information nicht von Interesse. Sie werden zur
Synchronisation der Nulldurchgänge berücksichtigt.
Damit kann sichergestellt werden, dass auch bei schwankenden Netzfrequenzen
tatsächlich im Nullpunkt geschaltet wird. Die dargestellte
Wechselspannung ist in einer Notlichtanlage in einem regulären
und teilweise in einem ersten Notbetriebszustand vorhanden.
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5 zeigt
ebenfalls, wie in 4, elektrische Parameter über
einer Zeitachse t. Es sind in ihren zeitlichen Beziehungen drei
Kurven aufgetragen, deren Wert in Abhängigkeit der Zeit
t an der Amplitude A abgelesen werden kann. Die beiden oberen Kurven
sind die Gleichspannung 512, die auf der Eingangsseite
einer Schalteinheit vorhanden ist, und die (mehrfach überlagert
dargestellten) Gleichspannungen 514, 514', 514'', 514''' in
verschiedenen Endstromkreisen. Die (nicht dargestellten) Schalteinheiten
sind so konfiguriert, dass nach einer gewissen Zeit t die erste
Schalteinheit schaltet und die Gleichspannung 512 an dem
Endstromkreis als Gleichspannung 514 anliegt. Eine weitere
Schalteinheit ist so programmiert, dass sie einige Zeit t13 später erst die Gleichspannung 512 durchschaltet.
Weitere Schalteinheiten sind so aufgebaut, dass sie noch ein Vielfaches
der Zeit t13 warten, um die Gleichspannung 512 als
verzögerte Gleichspannung 514'' und deutlich verzögerte
Gleichspannung 514''' durchzuschalten. Mehrere Schalteinheiten
sind zueinander identisch, insbesondere in Bezug auf das Ansprechverhalten.
Schalteinheiten gleichen Typs können zu einer Gruppenbildung
zusammengefasst werden. Das bedeutet, auf die Notstromanlage werden
nicht alle Endstromkreise, insbesondere im Notbetrieb, zeitgleich
aufgeschaltet. Die Einschaltströme werden so verringert.
Endstromkreise mit einer höheren Priorität erhalten
die erste Gleichspannung 514. Endstromkreise mit der niedrigsten
Priorität erhalten eine deutlich verzögerte Gleichspannung 514'''.
Nachdem eine gewisse Zeit t alle Gleichspannungen 514, 514', 514'', 514''' anliegen,
wobei natürlich noch mehr unterschiedliche Gleichspannungen,
z. B. sieben, acht oder neun unterschiedliche Gleichspannungen,
in einer Notlichtbeleuchtungsanlage vorhanden sein können,
werden Überwachungsimpulse 520, 522, 524, 526, 528, 530 zurückgemeldet.
Die Überwachungsimpulse 520, 522, 524, 526, 528, 530 können
durch eine Impedanzmodulation hervorgerufen werden. Aufgrund eines
festgelegten Zeitfensters kann die Notstromanlage erkennen, ob alle
Stromimpulse, die die Überwachungsimpulse 520 bis 530 darstellen, übertragen
worden sind. Nach einer ersten Zeit t und einer zweiten Zeit t sind
zwar die beiden ersten Stromimpulse als Überwachungsimpulse 520, 522 übertragen
worden, jedoch der dritte Stromimpuls fehlt. Nach einer für
den dritten Stromimpuls eingeräumten Zeit kommt der vierte
Stromimpuls. Somit gibt es zwar den Überwachungsimpuls 526,
jedoch der Überwachungsimpuls 524 kommt nicht
zu dem erwarteten Zeitpunkt t. Die Impulskette 516 spiegelt
somit die Funktionstüchtigkeit der Endstromkreise hinter
den Schalteinheiten ab. Somit weiß die Notstromanlage,
wie zum Beispiel die Notstromanlage 203, ob alle Endstromkreise
jenseits des Versorgungskabels funktionstüchtig sind. Die
Gleichspannung ist in einem Notbetrieb der Notlichtanlage, z. B.
nach 2, vorhanden.
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6 zeigt
eine Schalteinheit 600. Die Schalteinheit 600 hat
wenigstens zwei integrierte Halbleiter IC1, IC2. Von den integrierten
Halbleitern IC1, IC2 ist einer der integrierten Halbleiter IC2 ein kleiner
Mikroprozessor. Der andere integrierte Halbleiter IC1 wird als Spannungsquelle
mit weiteren Bauteilen wie dem Kondensator C3, der Diode D1, der Spule
L1 und dem Kondensator C4, insbesondere in der Form eines Tiefsetzstellers,
benutzt. Der Kondensator C3 dient als elektrische Versorgungsquelle des
Tiefsetzstellers. Die Leuchtmittel der Leuchte sind wahlweise LEDs
LED1, LED2, LED3, LED4, LED5, LED6 oder an gesonderten Klemmen X5-1, X5-2
anzuschließende Leuchtmittel wie eine oder mehrere LEDs
auf einer separaten Leiterplatte oder eine Niedervolt-Glühlampe.
Die am Eingang mit den Klemmen X4-1, X4-2 anliegende Spannung wird
unmittelbar auf Ausgangsklemmen X3-1, X3-2 durchgeschliffen. Mithilfe
des Wahlschalters S3 lässt sich eine Adresskodierung einstellen,
die der Mikroprozessor in der Form des Halbleiters IC1 erkennt.
Hierzu hat der Mikroprozessor ausgewählte Ports RA0, RA1,
RA2, RA5. Über den MOSFET M1 kann der Mikroprozessor mittels
Impedanzänderung Überwachungsimpulse zurückmelden.
Der MOSFET M1 ist an einem geeigneten PIN oder Port wie dem Port RC3
des Mikroprozessors angeschlossen; M1 und IC1 bilden einen Transmitter.
Der Mikroprozessor überwacht Spannungen und ggf. auch Ströme
mit Spannungsteilern R6, R9 und R8, R12; wobei R6 und R9 die in
den Potentialänderungen kodierten Steuersignale an den
Mikrokontroller anpassen. Ein dritter integrierter Halbleiter stabilisiert
die Versorgungsspannung der elektronischen Bauteile wie IC2 und IC1.
R1 und R3 sind Sicherungen mit resistivem Charakter. D4 und C2 bilden
zusammen ein Gleichrichterglied. Über die Schalter S2-2
und S2-1 kann die Art der Verwendung eingestellt werden. Z. B. lässt sich über
die Schalter die Schaltverzögerung für den Wechsel
von Wechselspannung auf Gleichspannung einstellen. Auch kann in
einer alternativen Ausgestaltung bzw. einer zusätzlichen
Ausgestaltung anhand der Schalter S2-2 und S2-1 bestimmen, ob es
sich um eine Dauerlichtleuchte oder eine Bereitschaftslichtleuchte
oder eine geschaltete Bereitschaftslichtleute oder eine Rettungszeichenleuchte
handelt. Der Optokoppler U1 entkoppelt den Tiefsetzsteller von der
Verbraucherseite aus Leuchtmitteln wie den LEDs LED1 bis LED6. Sorgt
ein Leuchtmittel LED1 bis LED6 für eine Unterbrechung im
seriell durchfließenden Stromfluss, so wird die an den
Tiefsetzsteller mit dem integrierten Halbleiter IC1 zurückgemeldet. Mit
den Symbolen +5 V, VDD und GND werden – wie üblich – die
Spannungen angegeben. Weitere Ports sind in dem Halbleiter IC2 die
Ports RA3, RA4, RC0, RC1, RC2, RC3, RC4 und RC5. Die Ports des IC2 werden
als Schnittstellen beschaltet. Der Mikrokontroller ist spannungsstabilisiert
durch den Kondensator C6. Die weiteren Funktionen und Verbindungen zwischen
den Baugruppen ergeben sich für einen Elektroniker aus
dem Schaltplan.
-
7 zeigt
eine Sicherheitsleuchte 700 mit einer Leuchtstofflampe 702,
die zwischen entsprechenden Halterungen 704, 706 angeordnet
ist. Mit einem lichtaufnehmenden Teil 708 wie einem Photosensor
wird die Funktionstüchtigkeit des Leuchtmittels, der Leuchtstofflampe 702, überwacht.
Hierzu ist das lichtaufnehmende Teil 708 an einer Schalteinheit 710 angeschlossen.
In der Sicherheitsleuchte 700 ist ein EVG (elektronisches
Vorschaltgerät) 712 vorhanden. Das Gehäuse 714 ist
aus Schirmungszwecken metallisch. Die Kabel 720, 722, 724, 726, 728, 730, 732, 734 können
bei einem Fehler, also einen Kurzschluss zum, in der Regel geerdeten,
Gehäuse 714, Störungen in der an der
Sicherheitsleuchte 700 anliegenden Spannung erzeugen. Der
Fehlerfall der Sicherheitsleuchte 700 muss aus den Netzen
herausgehalten werden. Ein Fehlerfall einer Sicherheitsleuchte 700 hat
keinen Einfluss auf Sicherheitsbeleuchtungsanlagen nach 2 oder 3.
Der Photosensor führt eine Lichtmessung aus. Mit Hilfe
des Photosensors lässt sich eine Differenzwertmessung durchführen,
die zum Beispiel in einem Mikroprozessor ablaufen kann. Anhand einer
Helligkeitsänderung über eine gewisse Zeit, bspw.
beim Einschalten des Leuchtmittels wie beim Um- oder Zuschalten
auf den Testbetrieb, lässt sich die Funktionstüchtigkeit
oder auch die Funktionssicherheit überprüfen bzw.
steigern. An Stelle einer Leuchtstofflampe 702 oder zusätzlich
zu einer Leuchtstofflampe 702 können auch eine
oder mehrere LEDs in der Sicherheitsleuchte 700 als Leuchtmittel
vorhanden sein.
-
In 8 wird
ein Ausschnitt einer Schaltgruppe 800 gezeigt, die zwischen
Klemmen X1-1, X1-3, X1-2 und X1-4 angeschlossen werden kann. Über
den Optokoppler 0K1 wird ein Steuersignal an den Triac T1 zum Zünden
gegeben. Über die Relaisklemmen K1 kann der Triac im Dauerbetrieb
gebrückt werden. Der Widerstand R5 ist ein Strommesswiderstand.
Die Schaltgruppe 800 kann für verschiedene Aufgaben
in einer Notlichtanlage 101, 201 nach den 2 und 3 eingesetzt
werden. Mit der Schaltgruppe 800 kann ein Stromkreis, wie
ein Endstromkreis, abgeschaltet werden. Es findet eine Unterbrechung
der Spannungsversorgung statt. Hierzu wird die Schaltgruppe 800 in
einer Schalteinheit 710 nach 7 integriert.
Genauso kann die Schaltgruppe 800 auch die Funktionstüchtigkeit
eines Leuchtmittels detektieren. Die Schaltgruppe 800 kann
in gleicher Form auch zur Erzeugung der in Spannungsverläufe 500 zur
Steuerung der Schalteinheiten verwendet werden; die Rückantwort
wird dabei mittels Widerstand R5 erfasst. Je nach Auslegung können
die Sicherungen vor oder nach der Schaltgruppe sitzen.
-
Die
in Ausschnitten dargestellten Schaltungen und Anordnungen der 2 bis 8 lassen sich
in vielfältiger Weise miteinander zu einer größeren
Anlage kombinieren und auch abändern.
-
Unter
anderem durch die Verwendung von Überstromschutzelementen
knapp vor den Beleuchtungsmitteln und der kürzeren Gestaltung
von Endstromkreisen ist eine Topologie geschaffen worden, die ausfallsicherer
ist. Eine Sicherheitsleuchte kann nicht mehr zu dem Zusammenbruch
der Beleuchtung gleichartiger Beleuchtungsmittel, insbesondere im Mischbetrieb,
des gesamten Brandabschnitts führen. Weiterhin ist eine
dezidierte und dedizierte Einzelleuchtenüberwachung (insbesondere
durch die Adressiermöglichkeit der Schalteinheiten) möglich, obwohl
es sich um ein zentralisiertes Versorgungsnetz handelt. Ein weiterer
Vorteil ist darin zu sehen, dass deutlich weniger Installationsmaterial
verbaut werden muss. Nur das Versorgungskabel des Typs E30 ist zu
installieren. Die Installationszeiten auf einer Baustelle verkürzen
sich.
-
- 1
- Notlichtanlage
- 1'
- Pin
einer Platine
- 3
- Notstromanlage
- 3'
- Pin
einer Platine
- 5
- Zwischenkreis
- 5'
- Pin
einer Platine
- 7
- Versorgungskabel
- 7'
- Pin
einer Platine
- 9,
9', 9''
- Versorgungsleitung
- 11,
11', 11''
- Versorgungsleitung
- 13,
13', 13''
- Versorgungsleitung
- 15
- erste
Leuchte
- 17
- zweite
Leuchte
- 19
- dritte
Leuchte
- 21
- Batterie
- 23
- Spannungsquellenwechsler
- 25
- Wechselspannungsquelle
- 51
- erste
Sicherung
- 53
- zweite
Sicherung
- 55
- dritte
Sicherung
- 57
- vierte
Sicherung
- 59
- fünfte
Sicherung
- 61
- sechste
Sicherung
- 101
- Notlichtanlage
- 103
- Notstromanlage
- 105
- Zwischenkreis
- 107
- Versorgungskabel
- 109
- Versorgungsleitung
- 111
- Versorgungsleitung
- 113
- Versorgungleitung
- 115
- erste
Leuchte
- 117
- zweite
Leuchte
- 119
- dritte
Leuchte
- 121
- Batterie
- 123
- Spannungsquellenwechsler
- 125
- Wechselspannungsquelle
- 155
- Sicherung
- 157
- Sicherung
- 159
- Sicherung
- 161
- Sicherung
- 171
- Überspannungsschutzelement
- 173
- Überspannungsschutzelement
- 175
- Überspannungsschutzelement
- 177
- Überspannungsschutzelement
- 179
- Überspannungsschutzelement
- 181
- Überspannungsschutzelement
- 201
- Notlichtanlage
- 203
- Notstromanlage
- 205
- Stromzwischenkreis
- 207
- Versorgungskabel
- 215
- erste
Leuchte
- 217
- zweite
Leuchte
- 219
- dritte
Leuchte
- 221
- Batterie
- 223
- Spannungsquellenwechsler
- 225
- Wechselspannungsquelle
- 227
- erster
Brandabschnitt
- 229
- zweiter
Brandabschnitt
- 231
- dritter
Brandabschnitt
- 233
- Eingangsbaueinheit
- 235
- Eingangsklemme
- 237
- Ausgangsklemme
- 239
- Schalteinheit
- 241
- Relais
- 251
- erste
Sicherung
- 253
- zweite
Sicherung
- 255
- dritte
Sicherung
- 257
- vierte
Sicherung
- 259
- fünfte
Sicherung
- 261
- sechste
Sicherung
- 271
- erstes Überstromschutzelement
- 273
- zweites Überstromschutzelement
- 275
- drittes Überstromschutzelement
- 277
- viertes Überstromschutzelement
- 279
- fünftes Überstromschutzelement
- 281
- sechstes Überstromschutzelement
- 500,
501
- Spannungsverläufe
- 502,
504, 506, 508
- Bitwechsel
- 510
- Bitstrom
- 512,
514, 514', 514'', 514'''
- Gleichspannung
- 516
- Impulskette
- 520,
522, 524, 526, 528, 530
- Überwachungsimpulse
- 600
- Schalteinheit
- 700
- Sicherheitsleuchte
- 702
- Leuchtstofflampe
- 704,
706
- Halterungen
- 708
- lichtaufnehmendes
Teil
- 710
- Schalteinheit
- 712
- elektronisches
Vorschaltgerät (EVG)
- 714
- Gehäuse
- 720,
722, 724, 726, 728, 730, 732, 734
- Kabel
- 800
- Schaltgruppe
- A
- Amplitude
- IC1,
IC2
- Halbleiter
- C2,
C3, C4, C6
- Kondensator
- D1,
D4
- Diode
- L1
- Spule
- X1-1,
X2-2, X3-3, X4-4, X3-1, X3-2, X4-1, X4-2, X5-1, X5-2
- Klemmen
- RA0,
RA1, RA2, RA5
- Ports
- M1
- MOSFET
- R2,
R5, R6, R7, R9, R8, R12
- Widerstände
- R1,
R3
- Sicherung
- S2-2,
S2-1
- Schalter
- S3
- Wahlschalter
- U1
- Optokoppler
- LED1–LED6
- Leuchtmittel,
insbesondere LEDs
- K1
- Kontakte,
insbesondere Schaltkontakte eines Relais
- G1
- Gehäuse,
insbesondere Metallgehäuse
- t
- Zeit
- t1
- erster
Zeitpunkt
- t2
- zweiter
Zeitpunkt
- t3
- dritter
Zeitpunkt
- t4
- vierter
Zeitpunkt
- t5
- fünfter
Zeitpunkt
- t6
- sechster
Zeitpunkt
- t7
- siebter
Zeitpunkt
- t8
- achter
Zeitpunkt
- t9
- neunter
Zeitpunkt
- t10
- zehnter
Zeitpunkt
- t11
- elfter
Zeitpunkt
- t12
- zwölfter
Zeitpunkt
- 0K1
- Optokoppler
- T1
- Triak
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 54058847
A [0003]
- - CN 201185345 A [0003]
- - UA 29361 U [0003]
- - DE 102007062999 A1 [0005]
- - DE 102007062957 A1 [0005]
- - EP 1066690 B1 [0005]
- - EP 0939476 B2 [0005]
- - US 2006202640 A1 [0005]
- - DE 10316008 A1 [0006]
- - DE 10241563 B3 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - DIN EN 50171 [0002]
- - DIN EN 50172 [0002]
- - DIN EN 60598-2-22 [0002]