DE102022111620A1

DE102022111620A1 - Schaltsteuerungsvorrichtung, schaltvorrichtung, schaltsystem, leistungsschaltsteuerungsverfahren und leistungsschaltverfahren

Info

Publication number: DE102022111620A1
Application number: DE102022111620.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Gierend-Beck; Bernd Gerhards
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2022-05-10
Filing date: 2022-05-10
Publication date: 2023-11-16
Also published as: WO2023217722A1

Abstract

Eine Schaltsteuerungsvorrichtung hat Leistungsanschlüsse (11L, 11N) für die Energieversorgung, ggf. einen Taster (17), einen Nebenstellenanschluss (14), einen Signalausgang (12), und eine Steuerungsschaltung (15), an die der Taster (17), der Nebenstellenanschluss (14) und der Signalausgang (12) angeschlossen sind, wobei die Steuerungsschaltung (15) dazu ausgelegt ist, nach Maßgabe der Betätigung des Tasters (17) und nach Maßgabe eines vom Nebenstellenanschluss (14) her empfangenen Signals am Signalausgang (12) ein Schaltsteuerungssignal zu erzeugen, das der Ansteuerung eines elektromechanisch oder elektronisch betätigbaren Schalters dient.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltsteuerungsvorrichtung, eine Schaltvorrichtung, ein Schaltsystem, ein Leistungsschaltsteuerungsverfahren und ein Leistungsschaltverfahren.
Im Folgenden wird als zu schaltende Leistung Netzwechselspannung betrachtet, die zum Beispiel 230 V Effektivwert bei 50 Hz oder 110 V Effektivwert bei 60 Hz haben kann. Es kann sich um Leistungsschaltung in Gebäudeinstallationen handeln, etwa zur Schaltung von Beleuchtung, Motoren etwa für Jalousien, Heizung und ähnliches. Es kann aber grundsätzlich auch andere Leistung anderer Pegel, gegebenenfalls auch Gleichspannung, als zu schaltende elektrische Leistung betrachtet werden.
Ganz herkömmliche Schaltsysteme, etwa für Raumbeleuchtung haben mechanische Schalter, die in gewisser Weise ausgelegt und miteinander verbunden sein können, um bestimmte elektrische Geräte zu schalten. Für Raumbeleuchtung können etwa zwei Wechselschalter zu einer Wechselschaltung verbunden sein oder es können mehrere Kreuzschalter zu einer Kreuzschaltung verbunden sein, um von mehreren Stellen aus die Beleuchtung schalten zu können. Die Beleuchtung kann dabei ein oder mehrere Leuchtmittel umfassen, die einheitlich geschaltet werden.
5 zeigt eine herkömmliche Kreuzschaltung. Angenommen ist Beleuchtung 1 als elektrische Last, die von Netzwechselspannung her betrieben wird. Die Netzwechselspannung liegt zwischen einem Neutralleiter N und einer Phasenleitung L an und kann beispielsweise die normale Versorgungsspannung mit 230 V effektiv bei 50 Hz sein. Die elektrische Last 1 kann über eine Leistungsleitung 2 direkt mit dem Neutralleiter N verbunden sein. In der anderen Leitung 3a, 3b kann die Schaltstruktur zum Schalten der Leistung für die Last 1 eingeschleift sein. Die hier gezeigte Schaltstruktur ist eine Kreuzschaltung mit einem Kreuzschalter 42 zwischen zwei Wechselschaltern 41, 43. Jeder der Schalter 41, 42, 43 bewirkt für sich alleine beim Umschalten von der einen Schaltposition in die andere Schaltposition das entsprechende Umschalten der Versorgungssituation der Last 1 von Aus nach An bzw. von An nach Aus.
Nachteil solcher konventionellen Schaltsysteme ist es, dass sie automatischen bzw. elektronischen Steuerungsmaßnahmen nicht zugänglich sind, da es weder Steuerungsanschlüsse hierfür gibt noch die Mechanik dazu ausgelegt ist.
Bekannt ist es weiter, die jeweils einzeln vorgesehenen mechanischen Schalter individuell so weiterzubilden, dass sie bei gleicher Funktionalität auch elektrisch bzw. elektronisch ansteuerbar sind. Nachteil dieses Vorgehens ist es, dass jeweils für sich simple mechanische Schalter durch komplexe weitergebildete Schaltvorrichtungen ersetzt werden müssen, wenn die jeweiligen Funktionalitäten aufrechterhalten werden sollen. Dies ist einerseits teuer und führt andererseits zu einem erhöhten Energieverbrauch, da derart weitergebildete, elektrisch bzw. elektronisch schaltbare Schalter, zur eigenen Steuerung jeweils einen eigenen Energieverbrauch haben, der zwar relativ niedrig ist, dafür aber kontinuierlich vorliegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltsteuerungsvorrichtung, eine Schaltvorrichtung, ein Schaltsystem, ein Leistungsschaltsteuerungsverfahren und ein Leistungsschaltverfahren anzugeben, die die unaufwendige und energiesparende Umrüstung konventioneller Schaltsysteme zulassen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Eine Schaltsteuerungsvorrichtung hat Leistungsanschlüsse für die eigene interne Energieversorgung. Sie kann einen Taster aufweisen, einen Nebenstellenanschluss, einen Signalausgang, und eine Steuerungsschaltung, an die der gegebenenfalls vorhandene Taster, der Nebenstellenanschluss und der Signalausgang angeschlossen sind. Die Steuerungsschaltung ist dazu ausgelegt, nach Maßgabe der Betätigung des gegebenenfalls vorhandene Tasters und nach Maßgabe eines vom Nebenstellenanschluss her empfangenen Signals am Signalausgang ein Schaltsteuerungssignal zu erzeugen, das der Ansteuerung eines elektromechanisch oder elektronisch betätigbaren Schalters dient.
In der Schaltsteuerungsvorrichtung wird ein von einem Nebenstellenanschluss her empfangene Signal als Steuerungssignal verstanden, ausgewertet und in ein entsprechendes Schaltsteuerungssignal umgesetzt. Es kann sich bei dem empfangenen Signal aber um Spannungswerte bzw. Spannungssignale oder Spannungsverläufe handeln, die von konventionellen Schaltvorrichtungen, Schaltern und Schaltsystemen erzeugt werden. Sie können auf Versorgungsspannungspegel liegen. Die konventionellen Schaltvorrichtungen werden dann ähnlich Signalgebern verwendet vorzugsweise ohne selbst Leistung an Verbraucher durchzuschalten. Die Schaltsteuerungsvorrichtung kann ein eigenes Schaltgerät aufweisen, etwa einen Schalter oder Taster, um an ihm auch Schaltvorgänge vornehmen zu können. Terminologisch kann dieser als „Hauptstelle“ bezeichnet werden, wenn er vorhanden ist.
Die Schaltsteuerungsvorrichtung kann für den lokalen Verbau ausgelegt und dimensioniert sein. Sie kann für den Verbau in Aufputzdosen oder Unterputzdosen ausgelegt und dimensioniert sein.
Die Steuerungsschaltung kann dazu ausgelegt sein, das Schaltsteuerungssignal zwischen zwei Zuständen umzuschalten, wobei sie dazu ausgelegt sein kann, in einem Betriebsmodus das Schaltsteuerungssignal vom momentanen auf den anderen der zwei Zustände umzuschalten, wenn von einem in der Steuerungsschaltung womöglich vorhandenen Taster her oder von einem Nebenstellenanschluss her eine erste Spannungsflanke empfangen wird, und es nicht umzuschalten, wenn vom Taster her oder vom Nebenstellenanschluss her eine zweite Spannungsflanke empfangen wird, wobei die erste Spannungsflanke eine steigende oder fallende Spannungsflanke ist und die zweite Spannungsflanke die zur ersten Spannungsflanke entgegengesetzte Spannungsflanke ist. Die Flanken können diejenigen von Effektivwertverläufen sein. Es kann so das Schaltverhalten mit einem konventionellen Taster nachgebildet werden.
Die Steuerungsschaltung kann als Taster eine eigene Schaltvorrichtung aufweisen, deren Signal zusätzlich zu den Signalen vom Nebenstellenanschluss her ausgewertet wird. Der Taster erzeugt Spannungsflanken, wobei diese tatsächlich schaltungsintern vorhandener Gleichspannungswerte sein können, oder diese Flanken sind als Anschalten bzw. Abschalten von intern ebenso vorhandener Wechselspannung, also z. B. Effektivwertflanken zu verstehen. Qualitativ wird das Tasten zum Umtasten des Schaltsteuerungssignals verwendet. Das Tasten erzeugt mehr oder minder lange Gleichspannungs- oder Wechselspannungsimpulse mit den jeweils angegebenen steigenden oder fallenden Flanken. Die eine Art der Flanken wird dabei zum Umtasten des Schaltsteuerungssignals verwendet, die andere Art ignoriert.
Die Steuerungsschaltung kann dazu ausgelegt sein, das Schaltsteuerungssignal zwischen zwei Zuständen umzuschalten, wobei sie dazu ausgelegt sein kann, in einem weiteren Betriebsmodus das Schaltsteuerungssignal vom momentanen auf den anderen der zwei Zustände umzuschalten, wenn vom Nebenstellenanschluss her eine Spannungsflanke empfangen wird. Es kann so das Schaltverhalten mit einem konventionellen Umschalter nachgebildet werden. In diesem weiteren Betriebsmodus kann das Signal vom ggf. intern vorhandenen Taster her wie im vorher beschriebenen Betriebsmodus berücksichtigt werden.
Bei den beschriebenen Betriebsmoden wird die am Nebenstellenanschluss anliegende Spannung als Signal interpretiert, obwohl es von konventionellen Schaltinstallationen erzeugt worden und die Spannungswerte die Spannung der zu schaltenden Leistungsversorgung sein können, also etwa die genannte Netzwechselspannung oder die Gleichspannung einer Gleichspannungsversorgung. Sie entspringt einem konventionellen Schaltsystem, das zum Anschalten und Ausschalten der Netzwechselspannung wie beschrieben ausgelegt und installiert ist und ebenso eine Tastung aufweisen kann oder einen schlichten Schalter oder eine Wechselschaltung oder eine Kreuzschaltung. Entsprechend dem gewünschten Schalten des konventionellen Schaltsystems erzeugt es Spannungsflanken, die wie beschrieben das Anschalten bzw. Ausschalten von Netzwechselspannung sein können. Es können hier die Effektivwertflanken betrachtet werden. Diese Spannungsflanken können alle zum jeweiligen Umschalten des momentanen Schaltsteuerungssignals verwendet werden. Dies bildet den Wunsch des Betätigers der konventionellen Schalter ab, der ja mit der jeweils vorgenommenen Schaltung die Änderung des momentanen Zustands erreichen will.
Ein weiterer denkbarer Modus ist, dass die Steuerungsschaltung a priori jede Flanke zum Umschalten des momentanen Schaltsteuerungssignals verwendet, allerdings bei zwei kurz hintereinander kommenden Flanken die zweite für das Umschalten ignoriert. „Kurz“ kann dabei ein Zeitintervall Δt zwischen den aufeinanderfolgenden Flanken sein, wobei Δt z. B. kleiner 500 oder 300 oder 200 oder 100 ms sein kann. Dies entspricht einer Interpretation von zwei kurz hintereinander folgenden Flanken als von einem Taster generiert, von dem nur eine der beiden Flanken zur Umschaltung genützt werden soll, während dann langsamere Flankenfolgen als von einem Schalter generiert behandelt werden, von denen jede zum Umschalten herangezogen wird. Auch hier können Effektivwertflanken betrachtet werden.
Die Steuerungsschaltung kann eine Modussteuerung aufweisen, um allgemein zwischen verfügbaren unterschiedlichen Betriebsmoden umzuschalten oder zu wählen, insbesondere zwischen den oben genannten Moden der Tasternachbildung oder der Schalternachbildung oder ggf. der automatischen Detektion anhand der Flankenfolgezeit. Das Wählen kann nach dem Verbau beim Kommissionieren der Vorrichtung vor ihrer Inbetriebnahme erfolgen oder später.
Die Leistungsanschlüsse können an Netzwechselspannung anschließbar sein, und es kann eine Energieversorgungsschaltung vorgesehen sein, die dazu ausgelegt ist, aus der Netzwechselspannung an den Leistungsanschlüssen eine interne Versorgungsspannung zu erzeugen.
Die Steuerungsschaltung benötigt für die notwendigen internen Maßnahmen eine eigene Versorgungsspannung, die sie von ihren Leistungsanschlüssen her beziehen kann. Die Leistungsanschlüsse können dabei die herkömmlichen Leitungen L, N des Wechselspannungsnetzes sein. Die Energieversorgungsschaltung kann daraus die benötigte interne Versorgungsspannung herstellen. Sie kann also beispielsweise 230 V 50 Hz in eine Gleichspannung von 5 V wandeln, die dann intern verwendet wird. Insoweit ist darauf hinzuweisen, dass die Leistungsanschlüsse der Schaltsteuerungsvorrichtung nicht notwendigerweise selbst dem Schalten von Leistung dienen. Die Schaltsteuerungsvorrichtung selbst muss nicht notwendigerweise Leistung schalten, sondern kann lediglich das Schaltsteuerungssignal erzeugen. Die eigentliche Leistungsschaltung kann gegebenenfalls andernorts nach Maßgabe des von der Schaltsteuerungsvorrichtung erzeugten und ausgegebenen Schaltsteuerungssignals erfolgen.
Wenn die Schaltsteuerungsvorrichtung schon zur Signalauswertung für die Erzeugung des Schaltsteuerungssignals ausgelegt ist, ist es vorteilhaft, weitere Eingabemöglichkeiten vorzusehen. Diese können durch adressierbare oder ohne Adressierung zugängliche Zugänge geschaffen werden. Eine Drahtlosschnittstelle kann beispielsweise eine lokale Fernsteuerung erlauben oder die Einbeziehung eines Bewegungsmelders. Solche Signaleingänge können direkt ohne Adressierung erfolgen. Es kann aber auch der adressierte Zugang wünschenswert sein, was eine Netzwerkeinbindung in ein Netzwerk vieler Geräte mit unterschiedlichen Adressen ermöglicht. Die verschiedensten Möglichkeiten sind hier denkbar. Eine Möglichkeit ist, dass die Schaltsteuerungsvorrichtung in KNX-Gerät ist und dementsprechend in eine KNX-Struktur eingebettet werden soll und in diesem System adressierte Nachrichten senden oder empfangen können soll. Allgemeiner ist auch eine andere Datennetzanbindung denkbar, letztendlich zum Beispiel das Internet, etwa nach loT-Gesichtspunkten und ähnliches. Die Schaltsteuerungsvorrichtung kann auch eine drahtlose Netzschnittstelle aufweisen zum Empfangen drahtlos gesendeter adressierter Signale, also etwa WiFi o. ä., deren Ausgang mit der Steuerungsschaltung verbunden ist. Die Netzwerkschnittstelle kann eine Feldbusschnittstelle oder eine IP-Schnittstelle sein. Auf diese Weise werden weitere Zugänge zur Steuerungsschaltung geschaffen, mittels derer weitere Schalteingriffe und Steuerungseingriffe möglich sind.
Allgemein kann die Steuerungsschaltung eine programmierbare Schaltung sein und hierfür einschlägige Komponenten (RAM, ROM, Bus, CPU, ...) aufweisen. Wo nötig können eingangsseitig Analog/Digital-Wandler und ausgangsseitig Digital/Analog-Wandler vorgesehen sein.
Die Steuerungsschaltung kann dazu ausgelegt sein, ein von der Drahtlosschnittstelle oder der Netzwerkschnittstelle her empfangenes Signal vorzugsweise wählbar nach einem der verfügbaren Moden oder als Anschaltbefehl oder als Ausschaltbefehl in die Erzeugung des Schaltsteuerungssignals einzubeziehen.
Die Steuerungsschaltung kann einen Mikroprozessor oder einen ASIC aufweisen, der dazu ausgelegt sein kann, die Schaltaktivitäten einer an den Nebenstellenanschluss angeschlossenen mechanischen Schaltung analog oder digital auszuwerten und zur Erzeugung des Schaltsteuerungssignals heranzuziehen. A/D- und D/A-Wandler können vorgesehen sein.
Eine Schaltvorrichtung hat eine Schaltsteuerungsvorrichtung wie beschrieben, einen Leistungsausgang und einen Leistungsschalter zwischen einem der Leistungsanschlüssen und dem Leistungsausgang, der dazu ausgelegt ist, nach Maßgabe des Schaltsteuerungssignals zu schalten.
Eine solche Schaltvorrichtung ist also unmittelbar zum Schalten der Leistung in der Lage. Auch sie kann für den Vor-Ort-Verbau ausgelegt sein, also insbesondere zur Montage in einer Unterputzdose, einer Aufputzdose oder ähnlichem. Die Dimensionierung kann gemäß einem Standard oder einer Norm erfolgen. Die Auslegung der Schaltvorrichtung und gegebenenfalls auch der Schaltsteuerungsvorrichtung kann auch für den Einbau in einem Schaltschrank gemacht worden sein, etwa als Hutschienengerät. Die Auslegung umfasst dabei auch die Berücksichtigung thermischer Aspekte und Notwendigkeiten.
Der Leistungsschalter kann einen Leistungshalbleiter, insbesondere einen FET oder einen IGBT, und/oder einen elektromechanischen Schalter, insbesondere ein Relais, und gegebenenfalls eine hierfür nötige Treiberschaltung aufweisen.
Ein Schaltsystem hat einen konventionellen Taster oder eine Kreuzschaltung mit mindestens einem Wechselschalter und optional einem oder mehreren Kreuzschaltern, und eine oben beschriebene Schaltvorrichtung, wobei der konventionelle Taster oder die Kreuzschaltung an den Nebenstellenanschluss der Schaltsteuerungsvorrichtung angeschlossen ist.
In einem Leistungsschaltsteuerverfahren werden die Schaltaktivitäten einer konventionellen mechanischen Schaltstruktur analog oder digital ausgewertet und zur Erzeugung eines Schaltsteuerungssignals zur Ansteuerung eines elektromechanisch oder elektronisch schaltbaren Schalters herangezogen.
Die analoge oder digitale Auswertung kann Bezug nehmend auf Spannungspegel einer Energieversorgung und/oder ihrer Änderungen, z. B. ihrer Flanken, erfolgen, die die mechanische Schaltung erzeugt, wobei die mechanische Schaltung die Spannungspegel durch Tasten und/oder Schalten und/oder Umschalten und/oder Kreuzschalten erzeugt.
In einem Leistungsschaltverfahren wird mit einem Leistungsschaltsteuerverfahren wie beschrieben ein Schaltsteuerungssignal erzeugt und mit ihm ein Leistungsschalter angesteuert.
Nachfolgend werden Bezug nehmend auf die Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es zeigen:

1 eine Auslegung und den möglichen Verbau einer Schaltsteuerungsvorrichtung und einer Schaltvorrichtung,
2 eine Auslegung einer Schaltsteuerungsvorrichtung,
3 die Art der Signalerzeugung,
4 einen möglichen Verbau, und
5 eine herkömmliche Kreuzschaltung.

1 zeigt eine Schaltvorrichtung 10 mit einer Schaltsteuerungsvorrichtung 19, wie sie für sich alleine ausgelegt und verbaut sein können. Die Schaltsteuerungsvorrichtung 19 ist durch das gestrichelte Rechteck umrissen. Sie ist in eine Schaltvorrichtung 10 eingebaut gezeigt, die wiederum zur Steuerung einer Last 1, etwa Beleuchtung, verbaut ist. Die elektrische Last 1 kann unmittelbar an den Neutralleiter N mittels Leitung 2 angeschlossen sein. In die andere Versorgungsleitung 3 ist die Schaltvorrichtung 10 eingeschleift, so dass die Leitung 3 in zwei Teile 3a zwischen Schaltvorrichtung 10 und Last 1 und Leitungsteil 3b zwischen Schaltvorrichtung 10 und Phasenleiter L der Leistungsversorgung aufgetrennt ist. Mit Stichleitung 5 kann der Neutralleiter N an die Schaltvorrichtung angeschlossen sein. Grundsätzlich ist allerdings auch denkbar, anders als in 1 gezeigt die Schaltvorrichtung 10 in die Leitung 2 zwischen Last 1 und Neutralleiter N einzuschleifen. Dann wäre ggf. die Stichleitung 5 an den Phasenleiter L anzuschließen.
Die Schaltvorrichtung 10 weist wenigstens einen Leistungsschalter 18 auf, mit dem die elektrische Leistung auf der Leitung 3 durch- bzw. angeschaltet oder ausgeschaltet werden kann. Darüber hinaus weist die Schaltvorrichtung eine Schaltsteuerungsvorrichtung 19 auf. Die Schaltvorrichtung 10 kann weiter womöglich nötige Treiberschaltungen aufweisen, um nach Maßgabe des Schaltsteuerungssignals aus der Schaltsteuerungsvorrichtung 19 ein für die Ansteuerung des Leistungsschalters 18 geeignetes Signal zu erzeugen.
1 deutet graphisch einen elektromechanischen Leistungsschalter 18 an, also etwa ein Relais. Dies ist eine mögliche Ausführungsform. Der Leistungsschalter 18 kann aber auch einen oder mehrere Halbleiterleistungsschalter aufweisen, etwa einen Feldeffekttransistor FET oder einen IGBT.
Wie schon gesagt, kann die Schaltvorrichtung 10, wie sie schematisch in 1 gezeigt ist, zum Verbau in eine standardisierte Einbaukammer ausgelegt sein. Sie kann mitsamt der Schaltsteuerungsvorrichtung zum Einbau in eine Unterputzdose oder eine Aufputzdose oder in einen Schaltschrank, etwa als Hutschienengerät, ausgelegt sein.
1 zeigt die Schaltvorrichtung 10 verbaut mit der Schaltsteuerungsvorrichtung 19. Denkbar ist aber auch, die Schaltsteuerungsvorrichtung 19 getrennt von der Schaltvorrichtung 10 vorzusehen. Die Schaltvorrichtung 10 hätte dann nur den Leistungsschalter 18, womöglich eine Treiberschaltung, und einen Eingang, um von einer externen Schaltsteuerungsvorrichtung 19 her das Schaltsteuerungssignal 12 zu empfangen. Daneben hat die Schaltvorrichtung dann die Anschlüsse, um sie in eine der Versorgungsleitungen 2, 3 der Last 1 einschleifen zu können.
11L und 11N in 1 sind Anschlüsse mindestens zur internen Energieversorgung der Schaltvorrichtung 10 bzw. der Schaltsteuerungsvorrichtung 19. Sie können an die Leistung führenden Leitungen der Last 1 angeschlossen sein und somit beispielsweise Netzwechselspannung empfangen. Anschluss 11 N ist mit Stichleitung 5 an den Neutralleiter N angeschlossen gezeigt. Anschluss 11L ist mit Leitung 3b an den Phasenleiter L angeschlossen gezeigt. Intern in der Schaltvorrichtung 10 bzw. der Schaltsteuerungsvorrichtung 19 ist eine Energieversorgungsschaltung vorgesehen, die aus der an den Eingängen 11L und 11N empfangenen Leistung eine für die interne Verarbeitung nötige Spannung erzeugt. Es kann sich dabei um eine Gleichrichtung handeln und um eine Pegeleinstellung beispielsweise auf Werte unter 30 oder 15 oder 10 V. Die in 1 gezeigten Leistungsanschlüsse 11L und 11N der Schaltvorrichtung 10 können an die Schaltsteuerungsvorrichtung 19 durchverbunden sein bzw. können auch an der Schaltsteuerungsvorrichtung 19 vorgesehen sein. Die Energieversorgungsschaltung kann Teil der Schaltsteuerungsvorrichtung 19 sein.
2 zeigt vergrößert die Schaltsteuerungsvorrichtung 19, wie sie für sich alleine verbaut oder in die Schaltvorrichtung 10 eingebaut sein kann. Mit 11 L und 11 N sind Anschlüsse an eine externe Leistungsversorgung angedeutet, die an eine intern vorhandene, nicht gezeigte Energieversorgungsschaltung angeschlossen sein können. Die Energieversorgungsschaltung erzeugt, wie schon gesagt, die intern nötigen Potentiale für die Versorgung der intern vorhandenen Komponenten.
Die Schaltsteuerungsvorrichtung 19 weist rechts gezeigt verschiedene Eingänge auf und links einen Ausgang 12 für das Schaltsteuerungssignal. Sie weist intern eine Steuerungsschaltung 15 auf. Diese kann mehr oder minder komplex sein. Es kann sich um einen Mikrocomputer mit einschlägigen Komponenten wie RAM, ROM, CPU, Bus und ähnliches handeln. Es kann sich auch um einen ASIC handeln. A/D- und D/A-Wandler können vorgesehen sein. Sie empfängt Energie von der nicht gezeigten Energieversorgungsschaltung her.
Die Schaltsteuerungsvorrichtung 19 hat als Eingang wenigstens einen Nebenstellenanschluss 14. Er ist dazu ausgelegt, an eine Leistungsleitung einer konventionellen Schaltstruktur, wie sie etwa in 5 gezeigt ist, angeschlossen zu werden. Die an diesem Nebenstellenanschluss 14 empfangenen Potentiale werden als Signale verstanden und ausgewertet und zur Erzeugung des Schaltsteuerungssignals am Ausgang 12 herangezogen. Einzelheiten dazu werden Bezug nehmend auf 3 beschrieben.
Als Eingang der Schaltsteuerungsvorrichtung kann ein manuell betätigbares Element 17 vorgesehen sein, etwa ein Taster, Impulsgeber oder Schalter. Die von ihm erzeugten Potentiale bzw. Signale werden der Steuerungsschaltung 15 zugeführt und ebenso in die Erzeugung des Schaltsteuerungssignals am Ausgang 12 einbezogen.
Soweit 2 Eingänge der Schaltsteuerungsvorrichtung 19 zeigt und diese in die Schaltvorrichtung 10 eingebaut ist, werden die Eingänge der Schaltsteuerungsvorrichtung 19 von entsprechenden Eingängen bzw. komponenten der Schaltvorrichtung 10 her bedient, mit denen sie verbunden sind.
Die Schaltsteuerungsvorrichtung 19 kann verschiedene weitere Eingänge haben. Beispielsweise kann sie einen lokalen Drahtlosanschluss 16 haben, etwa für eine Fernsteuerung oder ähnliches. Er kann eine nicht weiter gezeigte Drahtlosempfängerstruktur aufweisen, etwa eine Antenne, um Drahtlossignale, etwa Funksignale zur Steuerung empfangen zu können. Die Anordnung und Gesamtauslegung auch im Hinblick auf die mögliche bzw. zu erwartende Verbausituation ist so, dass Drahtlossignale hinreichend stark empfangen werden können.
Die Schaltsteuerungsvorrichtung 19 kann auch einen Netzwerkanschluss 22 haben, der adressiert ansprechbar ist. Es kann sich um eine IP-Schnittstelle bzw. eine loT-Schnittstelle oder eine KMX-fähige Schnittstelle handeln. Auch über diesen Eingang können Signale einlaufen, die in die Erzeugung des Schaltsteuerungssignals 12 einbezogen werden können.
Daneben kann ein lokal leitungsgebundener Anschluss 23 vorgesehen sein. Nötigenfalls können an ihn leitungsgebundene lokale Komponenten angeschlossen werden, etwa ein Bewegungsmelder oder ähnliches. Auch Signale von diesem Eingang her werden der Steuerungsschaltung 15 zugeführt und von ihr bei der Erzeugung des Schaltsteuerungssignals am Ausgang 12 berücksichtigt.
3 zeigt schematisch, wie in der Schaltsteuerungsvorrichtung 19 ein Schaltsteuerungssignal 12 erzeugt werden kann. Links ist schematisch die Situation gezeigt, dass eine Schaltvorrichtung 10 wie beschrieben verwendet wird, um mit ihr auch die Schaltaktivitäten eines herkömmlichen Schaltsystems nachzubilden. Das herkömmliche Schaltsystem weist, über der Schaltvorrichtung 10 gezeigt, eine Kreuzschaltung bestehend aus einem Kreuzschalter und einem Wechselschalter auf, wie sie in 5 mit Bezugsziffern 42 und 41 gezeigt sind. Diese konventionelle Schaltstruktur wird mit ihrem einen Leistungsausgang an den Nebenstellenanschluss 14 angeschlossen.
Die gezeigte Schaltvorrichtung 10 weist selbst einen Taster entsprechend 17 in 2 auf, der in 3 allerdings nicht dargestellt ist. 18 ist der Leistungsschalter zur Steuerung der Energieversorgung der Last 1. Der Leistungsschalter 18 wird nach Maßgabe des in der Schaltvorrichtung 10 erzeugten Schaltsteuerungssignals 12 geschaltet. Die Zeilen 41, 42 und 17 in 3 zeigen angenommene Schalt- bzw. Tastvorgänge der Schalter 41 und 42 in den 3 und 4 und des Tasters 17 in 1 und 3. Die Zeilen 31 und 32 zeigen Potentialverläufe, insbesondere beispielhaft Wechselspannung-Effektivwertverläufe, wie sie von der konventionellen Schaltstruktur bestehend aus Schaltern 41 und 42 jeweils an deren Ausgängen in 3 rechts unten entstehen können.
Soweit in dieser Beschreibung Flanken bzw. Spannungsflanken angesprochen sind, insbesondere die am Nebenstellenanschluss 14 und/oder die vom Taster 17, können diese bei Wechselspannung die Flanken von Effektivwertverläufen sein, wie sie etwa in 3 in Zeilen 31 und 32 gezeigt sind, also letztlich das Anschalten oder Ausschalten der Leistung bedeuten. Wenn gewünscht, etwa bei wenigstens teilweiser analoger Signalauswertung, können solche Flanken real aus den realen Wechselspannungsverläufen erzeugt werden, indem etwa am Nebenstellenanschluss 14 eine Gleichrichtung und dann Tiefpassfilterung erfolgt. Bei digitaler Signalauswertung kann eine Effektivwertflanke durch geeignete Auswertealgorithmen erkannt werden.
Im Gesamtverschaltungsmuster ist eine Verschaltung derart vorzuziehen, dass die elektrische Last 1 an den Neutralleiter N angeschlossen wird, dass die Schaltvorrichtung 10 an dem anderen Anschluss der Last 1 angeschlossen wird und dass die konventionelle Schaltstruktur zwischen den Nebenstellenanschluss 14 der Schaltvorrichtung 10 und den Phasenleiter L geschaltet wird.
Für den Wechselschalter 41 sind gemäß Zeile 41 in 3 sechs Schaltvorgänge entsprechend drei Mal An und Aus gezeigt. Beispielhaft am Ausgang unten links des Wechselschalters entsteht dadurch ein Effektivwertverlauf, wie in Zeile 31 gezeigt.
Für den Kreuzschalter 42 sind vier Schaltvorgänge entsprechend zwei Mal An-Aus gezeigt. Diese führen jeweils für sich wieder zu einer Umkehr des anfänglich vorliegenden Effektivwertzustands. Es ergibt sich das Effektivwertmuster gemäß Zeile 32 am Ausgang unten rechts des Kreuzschalters 42. Für den in der Schaltvorrichtung 10 angenommenen, nicht gezeigten Taster sind fünf Tastungen gemäß Zeile 17 angenommen. Bei konventionellen Tastern wird letztlich ein Impuls erzeugt, der der Invertierung des momentanen Schaltzustands dient. Ausgedrückt werden kann dies dadurch, dass jeweils nur eine Flanke des Tastimpulses, etwa die steigende Flanke für die Umschaltung des Schaltzustands berücksichtigt wird, während die andere Flanke, in 3 jeweils die fallende Flanke, ignoriert wird.
Dementsprechend führen die fünf Tastungen gemäß Zeile 17 jeweils wieder zu einer Umkehr des momentan anliegenden Effektivwertzustands und es entsteht eine insgesamt gewünschte Leistungsversorgungsabfolge, wie sie durch Zeile 12 gezeigt ist und wie sie durch ein entsprechend gestaltetes Schaltsteuerungssignal 12 hervorgerufen werden kann, wenn nach seiner Maßgabe ein Leistungsschalter gesteuert wird.
Der Effektivwertverlauf gemäß Zeile 32 liegt am Nebenstellenanschluss 14 der Schaltsteuerungsvorrichtung 19 bzw. am entsprechenden Eingang der Schaltvorrichtung 10 an. Durch geeignete Signalformung wird er in verarbeitbare Signale geeigneter Pegel umgesetzt. Diese werden dann in der Steuerungsschaltung 15 verarbeitet. Der angenommene Taster 17 kann selbst geeignete Signale erzeugen, oder seine Ausgangssignale werden ebenso auf verarbeitbare Pegel umgesetzt. Die Steuerungsschaltung 15 erhält dann letztlich Signale entsprechend den Zeilen 32 und 17 in 3 und erzeugt nach deren Maßgabe das Schaltsteuerungssignal 12. Das vom Nebenstellanschluss 14 her erzeugte Signal bewirkt mit jeder seiner Flanken eine Invertierung des Schaltsteuerungssignals von An nach Aus bzw. Aus nach An, während das vom Taster 17 her empfangene Signal jeweils nur mit einer Flanke die Umpolung bewirkt, während die andere Flanke ignoriert wird.
Auf diese Weise bildet die Schaltsteuerungsvorrichtung 19 insbesondere mit der Steuerungsschaltung 15 das Schaltverhalten der konventionellen Schalter 41 und 42, wie es am Nebenstellenanschluss 14 abgelesen werden kann, nach, und bezieht die eigene Tastung noch in die Erzeugung des Schaltsteuerungssignals ein.
Wenn die Auswertung der Flankenfolge-Zeitintervalle Δt gewünscht ist, kann hierfür eine Messvorrichtung vorgesehen sein. Das Messergebnis kann dann mit einem Schwellenwert verglichen werden, etwa den genannten Werten von 500 oder 300 oder 200 oder 100 ms. Wenn es kleiner als der Schwellenwert ist, kann eine der flanken, vorzugsweise die zweite Flanke, zur Umtastung ausgeblendet, also ignoriert, und andernfalls herangezogen werden. Auch hier können Effektivwertflanken betrachtet werden.
4 zeigt schematisch eine denkbare Verbausituation. Angenommen ist, dass die Schaltvorrichtung 10 ohne eigenen Taster oder Schalter ausgebildet und so klein gebaut ist, dass sie in eine konventionelle Einbaunische, etwa in eine standardisierte Unterputzdose 44, unter einem herkömmlichen Schalter 42, 43 mit Bedienelement 45 und Gehäuse 48 einbaubar ist. Der Leistungsschalter 18 kann dann bspw. ein Halbleiterschalter sein. Die Außenkontur der eingehäusten Schaltvorrichtung 10 in Draufsicht wäre in 4 von rechts nach links betrachtet sichtbar und kann an die Innenkontur der Dose 44 angepasst sein. Ihre Höhe, in 4 von links nach rechts zu nehmen, kann gemittelt kleiner 20 oder 15 mm sein. Schematisch gezeigt ist die Verbindung 47 zwischen dem herkömmlichen Schalter 42, 43 und der Schaltvorrichtung 10, die auch an den Nebenstellenanschluss 14 der Schaltvorrichtung 10 angeschlossen wird. 46 sind die in der Dose 44 und üblicherweise in nicht gezeigten Leerrohren in der Wand 47 laufenden Leitungen, mit denen der Anschluss an die übrigen Installationskomponenten hergestellt wird. 16 symbolisiert die Drahtlosempfängerstruktur, die nötigenfalls hinreichend nahe an die Oberfläche geführt wird, um Steuersignale empfangen zu können.
Mit diesem Vorgehen bzw. mit diesen Vorrichtungen wird erreicht, dass in konventionellen Schaltstrukturen es ausreicht, eine einzige konventionelle Schaltung durch eine „intelligente“ Schaltung mit der Schaltsteuerungsvorrichtung 10 wie beschrieben zu ersetzen, während die anderen Schalter 41, 42 konventionell bleiben können. Wenn der Verbau nach 4 möglich ist, können alle konventionellen Schaltstrukturen erhalten bleiben. Dies wiederum hat die Wirkung, dass das Nachrüsten relativ unaufwändig ist, weil nicht alle, sondern nur einige konventionelle Schalter ausgetauscht werden müssen. Es hat weiter die Wirkung, dass nur einer der neuen Schalter bzw. nur eine Steuerung kontinuierliche Steuerungsarbeit leistet, so dass dementsprechend nur dieser nachgerüstete Schalter oder Steuerung dauernd Energie verbraucht und dementsprechend der Gesamtenergieverbrauch nicht unnötig in die Höhe getrieben wird.
Allgemein kann, wie schon gesagt, die Steuerungsschaltung 15 neben dem Eingang von der konventionellen Schaltstruktur am Nebenstellenanschluss 14 her weitere Signale empfangen und nach deren Maßgabe das Schaltsteuerungssignal 12 erzeugen. Sie kann z. B. Signale von mehreren Tastern empfangen. Es kann die Priorisierung gewisser Eingangssignale über andere Eingangssignale umfassen.
Die Art und Weise, wie der Spannungsverlauf, insbesondere der Effektivwertverlauf, am Nebenstellenanschluss 14 ausgewertet und in die Erzeugung des Schaltsteuerungssignals 12 einbezogen wird, kann einstellbar sein. Die Einstellung kann beispielsweise beim anfänglichen Inbetriebnehmen bzw. Kommissionieren der Schaltvorrichtung geschehen.
Denkbar ist auch, dass am Nebenstellenanschluss 14 ein Tastsignal anliegt, das jeweils nur mit einer seiner Flanken ein Umschalten der Schaltvorrichtung bewirken soll. Dann ist eine der Flanken des Effektivwertverlaufs am Nebenstellenanschluss 14 für die Umschaltung des Schaltsteuerungssignals 12 zu berücksichtigen, während die andere zu ignorieren ist.
Wie gesagt hängt die Art und Weise, wie die Potentialverläufe am Nebenstellenanschluss 14 in die Erzeugung des Schaltsteuerungssignals einzubeziehen sind, davon ab, welcher Natur die konventionellen und an den Nebenstellenanschluss 14 angeschlossenen Schaltstrukturen sind. Es kann eine nicht gezeigte Setz- bzw. Wählvorrichtung vorgesehen sein, die dementsprechend Einstellungen erlaubt. Beispielsweise kann eine Wahlmöglichkeit dahin gegeben sein, dass entsprechend einem Schalter jede Flanke des Effektivwertverlaufs am Nebenstellenanschluss 14 ein Umsteuern des Schaltsteuerungssignals bewirkt, oder dass entsprechend einem Taster nur eine der zwei möglichen Flanken, etwa die steigende, ein Umsteuern bewirkt, während die andere ignoriert wird.
Die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen beschriebenen oder in einer Abbildung dargestellten Merkmale sollen auch dann als untereinander kombinierbar gelten, wenn ihre Kombination nicht ausdrücklich beschrieben ist, soweit die Kombination technisch möglich ist. Merkmale, die in einem bestimmten Kontext, einer bestimmten Ausführungsform, Figur oder einem bestimmten Anspruch beschrieben werden, sollen auch als von diesem Anspruch, Kontext, Ausführungsform oder Figur trennbar und als mit jeder anderen Figur, Anspruch, Ausführungsform oder Kontext kombinierbar angesehen werden, soweit dies technisch möglich ist. Ausführungsformen und Figuren sollen nicht als notwendigerweise ausschließlich gegeneinander verstanden werden. Beschreibungen eines Verfahrens oder eines Ablaufs oder eines Verfahrensschrittes oder eines Ablaufschrittes sind auch als Beschreibung von Einrichtungen und/oder eventuell Programmanweisungen von ausführbarem Code auf einem Datenträger zu verstehen, die für die Implementierung des Verfahrens oder des Ablaufs oder des Verfahrensschrittes oder des Ablaufschrittes geeignet sind, und umgekehrt.
Bezugszeichenliste

1: Last
2: Versorgungsleitung
3, 3a, 3b: Versorgungsleitung
4: Leistungsnetz
10: Schaltvorrichtung
11 L, 11N: Leistungsanschlüsse
12: Leistungssteuerungssignal
13: Leistungsausgang
14: Nebenstellenanschluss
15: Steuerungsschaltung
16: lokaler Anschluss
17: Taster
19: Schaltsteuerungsvorrichtung
22: Netzwerkanschluss
23: lokaler Anschluss leitungsgebunden
31, 32: Effektivwertverläufe
41, 43: Wechselschalter
42: Kreuzschalter
44: Unterputzdose
45: Bedienelement
46: Leitung
47: Verbindung
48: Gehäuse

Claims

Schaltsteuerungsvorrichtung (19), mit Leistungsanschlüssen (11 L, 11N) für die Energieversorgung, einem Nebenstellenanschluss (14), einem Signalausgang (12), und einer Steuerungsschaltung (15), an die der Nebenstellenanschluss (14) und der Signalausgang (12) angeschlossen sind, wobei die Steuerungsschaltung (15) dazu ausgelegt ist, nach Maßgabe eines vom Nebenstellenanschluss (14) her empfangenen Signals am Signalausgang (12) ein Schaltsteuerungssignal zu erzeugen, das der Ansteuerung eines elektromechanisch oder elektronisch betätigbaren Schalters dient.
Schaltsteuerungsvorrichtung (19) nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsschaltung (15) dazu ausgelegt ist, das Schaltsteuerungssignal zwischen zwei Zuständen umzuschalten, wobei sie insbesondere dazu ausgelegt ist, in einem ersten Betriebsmodus das Schaltsteuerungssignal vom momentanen auf den anderen der zwei Zustände umzuschalten, wenn vom Nebenstellenanschluss (14) her eine Spannungsflanke empfangen wird.
Schaltsteuerungsvorrichtung (19) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerungsschaltung (15) dazu ausgelegt ist, das Schaltsteuerungssignal zwischen zwei Zuständen umzuschalten, wobei sie insbesondere dazu ausgelegt ist, in einem zweiten Betriebsmodus das Schaltsteuerungssignal vom momentanen auf den anderen der zwei Zustände umzuschalten, wenn vom Nebenstellenanschluss (14) her eine erste Spannungsflanke empfangen wird, und es nicht umzuschalten, wenn vom Nebenstellenanschluss (14) her eine zweite Spannungsflanke empfangen wird, wobei die erste Spannungsflanke eine steigende oder fallende Spannungsflanke ist und die zweite Spannungsflanke die zur ersten Spannungsflanke entgegengesetzte Spannungsflanke ist.
Schaltsteuerungsvorrichtung (19) nach Anspruch 2 oder 3, mit einem Taster (17), der an die Steuerungsschaltung (15) angeschlossen ist, die dazu ausgelegt ist, das Schaltsteuerungssignal zwischen den zwei Zuständen umzuschalten, wobei sie insbesondere dazu ausgelegt ist, das Schaltsteuerungssignal vom momentanen auf den anderen der zwei Zustände umzuschalten, wenn vom Taster (17) her eine erste Spannungsflanke empfangen wird, und es nicht umzuschalten, wenn vom Taster (17) her eine zweite Spannungsflanke empfangen wird, wobei die erste Spannungsflanke eine steigende oder fallende Spannungsflanke ist und die zweite Spannungsflanke die zur ersten Spannungsflanke entgegengesetzte Spannungsflanke ist.
Schaltsteuerungsvorrichtung (19) nach Anspruch 3, wobei die Steuerungsschaltung (15) eine Modussteuerung aufweist, um den ersten Betriebsmodus oder den zweiten Betriebsmodus einzustellen.
Schaltsteuerungsvorrichtung (19) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Leistungsanschlüsse (11 L, 11N) an Netzwechselspannung (L, N) anschließbar sind, und die eine Energieversorgungsschaltung aufweist, die dazu ausgelegt ist, aus der Netzwechselspannung an den Leistungsanschlüssen eine interne Versorgungsspannung (11 L, 11N) zu erzeugen.
Schaltsteuerungsvorrichtung (19) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Drahtlosschnittstelle (16) zum Empfangen drahtlos gesendeter Signale, deren Ausgang mit der Steuerungsschaltung (15) verbunden ist.
Schaltsteuerungsvorrichtung (19) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Netzwerkschnittstelle (16) zum Empfangen von Datensignalen, wobei der Ausgang der Netzwerkschnittstelle (16) mit der Steuerungsschaltung (15) verbunden ist, wobei die Drahtlosschnittstelle nach Anspruch 5 die Netzwerkschnittstelle sein kann und wobei die Netzwerkschnittstelle eine Feldbusschnittstelle oder eine IP-Schnittstelle sein kann.
Schaltsteuerungsvorrichtung (19) nach Anspruch 5 und 7 oder 8, wobei die Steuerungsschaltung (15) dazu ausgelegt ist, ein von der Drahtlosschnittstelle (16) oder der Netzwerkschnittstelle (16) her empfangenes Signal vorzugsweise wählbar nach dem ersten Betriebsmodus oder nach dem zweiten Betriebsmodus oder als Anschaltbefehl oder als Ausschaltbefehl in die Erzeugung des Schaltsteuerungssignals einzubeziehen.
Schaltsteuerungsvorrichtung (19) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der der Nebenstellenanschluss (14) zum Anschließen eines Leistungsanschlusses einer mechanischen Schaltung, insbesondere eines Schalters, eines Tasters, eines Umschalters, eines Kreuzschalters oder einer Kreuzschaltung ausgelegt ist.
Schaltsteuerungsvorrichtung (19) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Steuerungsschaltung (15) einen Mikroprozessor oder einen ASIC aufweist, die dazu ausgelegt sein kann, die Schaltaktivitäten einer an den Nebenstellenanschluss (14) angeschlossenen mechanischen Schaltung analog oder digital auszuwerten und zur Erzeugung des Schaltsteuerungssignals heranzuziehen.
Schaltsteuerungsvorrichtung (19) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einer Messvorrichtung zum Messen des Zeitintervalls (Δt) zwischen einer ersten und einer direkt folgenden zweiten Spannungsflanke, einer Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des Zeitintervalls (Δt) mit einem Schwellenwert, und einer Ausblendvorrichtung zum Ausblenden der ersten oder der zweiten Flanke von der Umtastung des Schaltsteuerungssignals, wenn das Zeitintervalls (Δt) kleiner als der Schwellenwert ist.
Schaltvorrichtung (10) mit einer Schaltsteuerungsvorrichtung (19) nach einem der vorherigen Ansprüche, einem Leistungsausgang (13), und einem Leistungsschalter (18) zwischen einem der Leistungsanschlüssen (11L, 11N) und dem Leistungsausgang (13), der nach Maßgabe des Schaltsteuerungssignals schaltet.
Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 13, bei der der Leistungsschalter (18) einen Leistungshalbleiter, insbesondere einen FET oder einen IGBT, und/oder einen elektromechanischen Schalter, insbesondere ein Relais, und gegebenenfalls eine hierfür nötige Treiberschaltung aufweist
Schaltsystem mit einer Kreuzschaltung mit mindestens einem Wechselschalter und optional einem oder mehreren Kreuzschaltern, und einer Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Kreuzschaltung an den Nebenstellenanschluss (14) der Schaltsteuerungsvorrichtung angeschlossen ist.
Leistungsschaltsteuerverfahren, bei dem die Schaltaktivitäten einer mechanischen Schaltung analog oder digital ausgewertet und zur Erzeugung eines Schaltsteuerungssignals zur Ansteuerung eines elektromechanisch oder elektronisch schaltbaren Schalters herangezogen werden.
Leistungsschaltsteuerverfahren nach Anspruch 16, bei dem die analoge oder digitale Auswertung Bezug nehmend auf Spannungspegel, insbesondere Effektivwertverläufe und deren Flanken, einer Energieversorgung erfolgt, die die mechanische Schaltung erzeugt, wobei die mechanische Schaltung die Spannungspegel durch Tasten und/oder Schalten und/oder Umschalten und/oder Kreuzschalten erzeugt.
Leistungsschaltverfahren, bei dem mit einem Leistungsschaltsteuerverfahren nach Anspruch 16 oder 17 ein Schaltsteuerungssignal erzeugt wird, mit dem ein Leistungsschalter angesteuert wird.