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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Zeitschalter mit
großer Abschalt-Zeitverzögerung durch Kondensatorentladung zum zeitlich begrenzten
Anschalten eines Verbrauchers an. eine Batterie..
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Bei tragbaren, netzunabhängigen Meßgeräten, deren Aufbau und Schaltung
den Einsatz einer zusätzlichen Hilfsspannung bedingt, z. B. bei Widerstandsmessern,
wird die den Verbraucher darstellende Schaltung von einer eingebauten Batterie versorgt.
Um Größe und Gewicht des Meßgerätes möglichst klein zu halten, ist man bestrebt,
auch die Batterien möglichst klein zu h2ten.. Diese sind naturgemäß nicht für größere
Dauerbelastungen geeignet und würden deshalb vorzeitig erschöpft, wenn sie bei Nichtgebrauch
des Gerätes ständig an den Verbraucher angeschaltet wären. Man hat deshalb derartige
Geräte mit einem »Ein-Aus«-Schalter versehen, mit dem die Batterie nur während der
Benutzung des Meßgerätes eingeschaltet werden soll. In vielen Fällen wird aber während
der praktischen Anwendung des Meßgerätes das Ausschalten vergessen, so daß das Gerät
durch den schnellen Verbrauch der Batterie zu einem späteren Zeitpunkt nicht mehr
einsatzfähig ist. Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man bereits einen Druckknopf-
oder lageabhängigen Schalter vorgesehen, mit dem die Batterie nur so lange eingeschaltet
ist, wie der Knopf gedrückt wird oder wie das Gerät eine bestimmte Lage einnimmt.
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Ein Schalter in Form eines Druckknopfes hat aber den wesentlichen
Nachteil, daß die Bedienungsperson nur eine Hand für den Meßvorgang frei hat. Ein
Schalter, dessen Schaltzustand-von der Lage des Meßgerätes abhängt, hat dieselben
Nachteile wie ein Gerät das mit einem üblichen »Ein-Aus«-Schälter ausgerüstet ist,
weil auch in diesem Fall die Batterie ständig am Verbraucher liegt, wenn das Meßgerät
nach dem Gebrauch versehentlich in der Arbeitslage belassen wird.
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Durch die Erfindung werden diese Nachteile vermieden, und es wird
statt dessen ein mit Hilfe eines Druckknopfes einschaltbarer elektronischer Zeitschalter
mit großer Schgltverzögerungszeit vorgeschlagen, der selbsttätig nach einer einstellbaren
Zeit die Batterie vom Verbraucher abschaltet.
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Zeitschalter in Form von monostabilen Kippschaltungen sind an sich
bekannt. Diese weisen aber den für den vorliegenden Anwendungsfall besonders schwerwiegenden
Nachteil auf, daß die Schaltung auch in der stabilen Schaltlage, also bei Nichtgebrauch,
ständig Strom verbraucht, weil einer der beiden Kippschaltungstransistoren immer
durchgeschaltet ist. _ Ferner ist eine Verzögerungsschaltung mit einem. Schalttransistor
in Emitter-Grundschaltungund mit einem RC-Glied bekannt, bei der beim Einschalten
an Emitter und Basis des Transistors eine Kapazität mit einem solchen Potential
gelegt wird, daß die schaltende Emittervorspannung mindestens teilweise kompensiert
und über einen Widerstand abgeleitet wird. Ein Relais, dessen Anzugsspannung in
der Höhe der Betriebsspannung liegt, bildet mit einem Widerstand einen Spannungsteiler
für die Betriebsspannung. Die über dem Relais abfallende Teilspannung ist dabei
höher als die Haltespannung des Relais. Ferner ist ein Schalter vorgesehen, der
zum Anziehen des Relais den Widerstand kurzschließt, wobei parallel zum Relais der
Emitter-Kollektor-Stromkreis des Transistors liegt. Seine Basis ist über einen Gleichrichter
angeschlossen. Beim Anziehen des Relais wird an den Emitter einerseits und an die
Diode andererseits eine im Ruhezustand des Schalters aufgeladene Kapazität mit solcher
Polarität angelegt, daß der Emitterstrom so lange unterdrückt wird, bis die Kapazität
über einen Aufladewiderstand bis zu einem gewissen Maße entladen ist. Der dann wieder
einsetzende Emitterstrom reicht aus, um den Widerstand des Emitter-Kollektor-Kreises
so weit abzusenken, daß das Relais kurzgeschlossen wird und wieder abfällt. Diese
Schaltung hat den wesentlichen -Nachteil, °daß% sowohl der Kondensator als auch
der vom Relais und einem Widerstand gebildete Spannungsteiler immer an der Betriebsspannung
liegt, wodurch ständig ein Stromverlust eintritt. Außerdem ist es mit dieser Schaltung
nicht möglich, durch wiederholtes Drücken des Druckknopfschalters eine Verlängerung
der Einschaltdauer zu jedem beliebigen Zeitpunkt, also auch im bereits eingeschalteten
Zustand, herbeizuführen. Schließlich ist die bekannte Schaltung verhältnismäßig
aufwendig, weil bei ihr außer dem zweipoligen Umschalter auch noch ein Relais mit
zwei weiteren Umschaltkontakten benötigt wird.
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Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, einen elektronischen Schalter
der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, dessen Verbrauch im abgeschalteten Zustand
praktisch Null ist. Diese Aufgabe wird nun gemäß der Erfindung mit den im Patentanspruch
1 gekennzeichneten Mitteln und Maßnahmen gelöst.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand von zwei Ausführungsbeispielen
näher beschrieben und in der Zeichnung dargestellt, wo F i g. 1 die Schaltung und
F i g. 2 die konstruktive Ausbildung des Druckknopfschalters zeigt.
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Gemäß F i g. 1 ist eine nicht näher dargestellte Batterie vorgesehen,
die z. B. eine Spannung U von 9 V liefert. In Reihe mit der Batterie ist ein Kondensator
C und ein Druckknopfschalter bzw. eine Taste 1 geschaltet. Durch Drücken der Taste
wird der Kondensator C auf die Spannung U aufgeladen. Gleichzeitig erhält die Basis-Emitter-Strecke
eines parallel zum Kondensator C geschalteten npn-Transistors T1 Spannung, die ihn
öffnet. Als Folge davon erhält auch die Basis des zur Verstärkung dienenden pnp-Transistors
T, eine negative Spannung und öffnet ebenfalls. Die Taste 1 braucht dabei nur sehr
kurze Zeit gedrückt zu werden, weil der Kondensator C sofort aufgeladen ist. Nach
dem Loslassen der Taste entlädt sich der Kondensator C langsam über die Widerstände
R1, R2 und über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors T1; die beiden Transistoren
bleiben also weiterhin offen. Ist die Spannung am Kondensator und damit der Basisstrom
des Transistors T1 auf einen bestimmten Wert gesunken, beginnt der Transistor Ti
und als Folge davon auch der Transistor T2 zu sperren. Die Zeit vom Beginn des Sperrens
bis zum vollständigen Sperren kann mit Hilfe des Widerstandes R2 variiert und, wenn
nötig, ausreichend klein gehalten werden. Dabei ändert sich jedoch auch die Gesamteinschaltdauer,
die außerdem von der Kapazität des Kondensators C und von der Größe des Widerstandes
R1 bestimmt wird. Als Transistoren werden vorzugsweise Siliziumtypen verwendet,
weil diese einen vernachlässigbar kleinen Reststrom haben und nur in geringem Maße
temperaturabhängig sind.
Sind die Transistoren geöffnet, ist auch
der Verbraucher, der in F i g. 1 als Lastwiderstand RL dargestellt ist, an die Batterie
geschaltet. Wird ein Ein- und Ausschalten mit steiler Flanke, also ein vergleichsweise
plötzliches Ein- und Ausschalten des Verbrauchers RL gewünscht, dann ist an Stelle
des Verbrauchers RL in die Emitterstrecke des Transistors T, ein Relais 3 zu schalten,
wie es ersatzweise durch die gestrichelt gezeichneten Leitungen 4 dargestellt ist.
Auf diese Weise können entsprechend größere Leistungen geschaltet werden.
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Mit Hilfe einer Signallampe 5 oder einer anderen Signaleinrichtung
kann der Schaltzustand des Zeitschalters angezeigt werden. Bei tragbaren Meßgeräten
wird oft eine wesentlich höhere Spannung benötigt, als sie von der eingebauten Batterie
geliefert wird. In diesem Fall werden die bekannten Gleichspannungswandler eingesetzt,
die den Gleichstrom geringer Spannung zerhacken, hochtransformieren und gegebenenfalls
wieder gleichrichten. Steht also eine solche hochtransformierte Spannung an sich
schon zur Verfügung, kann als Signaleinrichtung auch eine an den Wandler angeschlossene
Glimmlampe 5 a (F i g. 2 a) verwendet werden, die gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung innerhalb des als Hohlkörper ausgebildeten Druckknopfes 1 angeordnet
wird.
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In F i g. 2 a ist eine praktisch ausgeführte Form des Druckknopfschalters
1 im Schnitt dargestellt, während F i g. 2b die Ansicht auf den Druckknopf von oben
bei entfernter Gehäusekappe 6 zeigt.
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Der Druckknopf 1 ist aus durchscheinendem Kunststoff, der auch farbig
sein kann, in Form eines zylindrischen Hohlkörpers 1 b ausgebildet, so daß in seinem
Inneren die Glimmlampe 5a, die an der gedruckten Schaltplatte 7 befestigt ist, untergebracht
werden kann. An der Drucktaste 1 ist ein federnder Kontaktbügel 8 befestigt, der
die beiden als Teile einer gedruckten Schaltung ausgestalteten Kontakte
a, b beim Niederdrücken in Richtung des Pfeiles 9 miteinander verbindet.
Die Schraubenfeder 10 sorgt dafür, daß der Druckknopf 1 wieder in
seine in F i g. 2 a gezeigte Ruhestellung zurückgedrückt wird. Am unteren Ende des
Druckknopfes sind mehrere Führungsstifte 11 ausgebildet. Damit wird die Montage
sehr vereinfacht, weil beim Zusammenbau des Schalters diese Stifte zunächst etwas
nach innen gedrückt werden, so daß der Druckknopf entgegen der Wirkung der Schraubenfeder
10 so in die gedruckte Leiterplatte 7 eingeschoben werden kann, daß die an den Führungsstiften
ausgebildeten Nasen 11a sich an der Rückseite der Leiterplatte 7 abstützen. Der
komplette Schalter, bestehend aus elektrischem und mechanischem Teil, kann deshalb
sehr einfach zusammenmontiert und gegebenenfalls abgeglichen werden und bildet für
sich eine geschlossene Baugruppe.
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Bei einer ausgeführten Schaltung wurde mit folgenden Daten eine Schaltzeit
von etwa 75 Sekunden erzielt: U = 9 V; C = 2500 #t17; T1 = 2 N 2926 (BC 147 B) R1
= 12 k 52; T2 = 2 N 3703 (2 N 3906) R2 = 3,9 kQ; Durch Veränderung von R1
oder C kann die Schaltzeit variiert werden. Die Erfindung kann in vorteilhafter
Weise überall dort angewendet werden, wo durch kurzzeitiges Betätigen eines Schalters
bzw. Drücken eines Knopfes ein elektrischer Stromkreis zeitweise eingeschaltet bleiben
soll und sich selbsttätig wieder abschaltet. Diese Verhältnisse sind gegeben bei
den Zeitschaltwerken für Treppenhausbeleuchtungen oder bei den von Hand zu bedienenden
Signalanlagen für die Sicherung der Straßenüberquerung von Fußgängern. Bei diesen
Anlagen besteht die Möglichkeit, die Stromversorgung mit Hilfe der bekannten Gleichrichterschaltungen
auch aus dem Netz vorzunehmen.
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Die Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt: werden z. B. die beiden komplementären Transistoren vertauscht, so daß
Ti ein pnp- und T2 ein npn-Transistor wird, so kann die Spannung U umgekehrt gepolt
sein.