DE19748451A1 - Schaltgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät mit dazugehöriger Schaltungsanordnung für eine zentrale Ein- und Abschaltung sowie der Zu- und Abschaltung von Verbrauchen, vorzugsweise für den Einsatz in bereits vorhandenen Elektroinstallationsanlagen.

In neuen oder vorhandenen Elektroinstallationen besteht häufig der Wunsch mehrere elektrische Verbraucher unabhängig voneinander zu schalten. Üblicherweise kommt dabei eine Installation als Serienschaltung zum Einsatz. In bestehenden Installationen, die keine Serienschaltung aufweisen, müssen deshalb Schalter getauscht oder auch neue Kabel verlegt werden.

Bei derartigen Einrichtungen ist eine Steuerschaltung erforderlich, die einerseits mittels eines zentralen Steuerbefehls das Ein- und Abschalten des ganzen Beleuchtungssystems ermöglicht und die andererseits auch nach einer solchen Maßnahme eine individuelle Bedienung des Beleuchtungssystems gewährleistet, so daß das Personal von sich jederzeit gezielt gewünschte Beleuchtungseinheit ein- oder abschalten kann.

Aus dem Stand der Technik ist eine Steuerschaltung für elektrische Verbraucher bekannt, welche in der EP 00 40 339 B1 eine zentral gesteuerte Beleuchtungsanlage mit einer Vielzahl individuell schaltbarer Lichtquellen, zentralen Schaltelementen und individuellen Lichtschaltern beschreibt.

Die Beleuchtungsanlage umfaßt einen zentralen Steuerschalter mit einem Unterbrechungs­ kontakt, mit dem sich der unter Dauerspannung stehende elektrische Steuerstromkreis unterbrechen läßt. Ein erster individueller Lichtschalter läßt sich unabhängig von dem zentralen Steuerschalter durch einen Schalthebel mittels eines Elektromagneten bestätigen. Wenn der zentrale Steuerschalter kurzzeitig geöffnet ist, verursacht die Unterbrechung des Magnetfeldes des Elektromagneten ein individuelles Öffnen des Lichtschalters, indem der Hebel unter Einwirkung der Gravitationskraft in Abschaltstellung fällt.

Im nachfolgenden wird dann die Schaltung beschrieben.

Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die DE 40 02 597 A1 bekannt, die sich auf eine Schalteinrichtung zur Betätigung einer elektrischen Beleuchtung, insbesondere eines Treppenhauses, bezieht, bei der die Ansteuerung über einen Mikroprozessor realisiert wird. Bei dieser Schalteinrichtung handelt es sich unmittelbar um eine Ansteuerung eines Verbrauchers bzw. einer Verbrauchergruppe. Eine Umschaltung zwischen einzelnen Verbrauchern bzw. zwischen einzelnen Verbrauchergruppen ist nicht möglich.

Ferner sei auf die DE 195 06 054 C1 verwiesen, welche einen elektronischen Fernschalter beschreibt, der unmittelbar in der Nähe der Verbraucher geschaltet bzw. zwischen Schalter und Verbraucher geschaltet wird und wahlweise sichert, daß durch Betätigung des Schaltorganes ein mehrere Verbraucher ein- oder ausgeschaltet bzw. zu- oder umgeschaltet werden kann.

Denen aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen haftet allgemein der Nachteil an, daß diese Schalteinrichtungen sich unmittelbar auf die Ansteuerung eines Verbrauchers oder einer Verbrauchergruppe beziehen, so daß immer nur der angesteuerte Verbraucher oder die angesteuerte Verbrauchergruppe in Funktion gesetzt werden kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schaltgerät zu entwickeln, welches vorrangig in bestehenden Elektroinstallationen, aber auch in neu zu installierenden Anlagen eingesetzt werden kann und weiches ein unabhängiges Schalten und Betreiben von zwei oder mehreren elektrischen Verbrauchern ermöglicht. Dabei soll das Schaltgerät ohne eine separate Steuerleitung auskommen, seine Energie aus dem vorhandenen Stromkreis beziehen, eine geringe Leistungsaufnahme und möglichst klein gestaltet sein, um es in Abzweigdosen, Leuchten, elektrischen Geräten u. a. einsetzen zu können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Besondere Ausgestaltungen und vorteilhafte Lösungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäß geschaffene Schaltgerät ist so ausgebildet, daß es unmittelbar in der Nähe von einzelnen Verbrauchern oder aber in entsprechenden Schaltorganen installiert werden kann, es braucht lediglich nur in dem vorhandenen Stromkreis eingebunden zu werden und ist somit funktionsfähig.

Mit diesem Schaltgerät ist es möglich, ein oder mehrere Verbraucher ein- oder auszuschalten bzw. zu oder umzuschalten, aber auch insbesondere so miteinander in funktionellem Zusammenhang zu bringen, daß die einzelnen Verbraucher oder auch Verbrauchergruppen einzeln oder aber auch gemeinsam in Funktion gesetzt werden können.

So sind beispielsweise folgende Verbraucherkombinationen möglich:

• [1] Verbraucher 1 ist eingeschaltet und Verbraucher 2 ist ausgeschaltet
• [2] Verbraucher 2 ist eingeschaltet und Verbraucher 1 ist ausgeschaltet
• [3] Verbraucher 1 und Verbraucher 2 sind eingeschaltet
• [4] Verbraucher 1 und Verbraucher 2 sind ausgeschaltet.

Wie bereits ausgeführt, bedarf es lediglich der Einbindung des Schaltgerätes in den vorhandenen Stromkreis und alle o. g. Funktionen sind gewährleistet.

Es ist erfindungsgemäß auch möglich, weitere zusätzliche Verbraucher oder Verbrauchergruppen mittels des erfindungsgemäßen Schaltgerätes bedienen zu können, Voraussetzung ist dabei, daß die Schaltung entsprechend der Anzahl der Verbraucher auszurühren ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Schaltgerät wird bei seinem Einsatz in Elektroinstallationsanlagen ein Steuerstromkreis sowie ein erster Arbeitsstromkreis und ein zweiter Arbeitsstromkreis realisiert (je Verbraucher ein Arbeitsstromkreis).

Bei dieser neuen Lösung wird davon ausgegangen, daß der Grundzustand der Anlage programmiert wird und es wird festgelegt, welche der Verbraucherkombinationen dem Grundzustand entsprechen.

Dabei ist diese Schaltung so ausgeführt, wenn nach einem Ausschaltvorgang innerhalb einer bestimmten Zeit kein neuer Einschaltvorgang erfolgt, setzt sich die Schaltung selbst automatisch in den Grundzustand zurück und über Ein- und Ausschaltimpulse können die entsprechenden Verbraucherkombinationen gewählt werden.

Mit dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden, in der dazugehörigen Zeichnung sind dargestellt:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Schaltgerätes

Fig. 2 die Anordnung eines Schaltgerätes innerhalb eines Stromkreises mit zwei Verbrauchern.

Gemäß der Darstellung nach Fig. 1 ergibt sich aus dem Blockschaltbild, daß der Strom von der Spannungsquelle 11 zum Schalter 2 und über das Schaltgerät 1 zur Spannungsquelle zurückfließt und sich somit der Steuerstromkreis ergibt.

Weiterhin fließt der Strom von der Spannungsquelle 11 über den Schalter 2, über das Schaltgerät 1, über den elektrischen ersten Verbraucher 9 und zurück zur Spannungsquelle 11 und stellt den ersten Arbeitsstromkreis 12 dar.

Der zweite Arbeitsstromkreis 13 ergibt sich aus der Stromführung von der Spannungsquelle 11 über den Schalter 2, über das Schaltgerät 1, über den 2. Verbraucher 10 und zurück zur Spannungsquelle 11. Sowohl der Steuerstromkreis als auch die Arbeitsstromkreise 12, 13 werden aus der gleichen Spannungsquelle 11 versorgt, so daß auf zusätzliche Steuerleitungen verzichtet werden kann.

Aus der gleichen Darstellung nach Fig. 1 ergibt sich der Aufbau und die Funktion des Schaltgerätes 1, wobei das Schaltgerät 1 aus den Baugruppen Stromversorgung 3, Signalumformung 4, Zeitglied 5, Steuerschaltung 6, Relaisansteuerung 7 und dem Relais 8 besteht. Bei dem Schalter 2 handelt es sich um ein in der Installationstechnik üblichen Ausschalter, welcher in "Ausschaltung" dargestellt ist, der durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1 eine sogenannte Serienschaltung "realisiert". Neben der Verwendung eines Ausschalters für den Schalter 2 können auch andere Schalter, wie Wechsel-, Kreuz- und Serienschalter als auch weitere Schaltertypen zur Anwendung kommen.

Über die Stromversorgung 3 werden für die Baugruppen Signalumformer 4, Zeitglied 5, Steuerschaltung 6, Relaisansteuerung 7 und das Relais 8 entsprechende interne Betriebsspannungen zur Verfügung gestellt. Für die Steuerschaltung 6, die Relaisansteuernng 7 und das Relais 8, welches gemäß der Ausführung aus 2 Relais besteht, muß die Betriebsspannung, über Kondensatoren, gepuffert sein.

Gleiches gilt für das Zeitglied 5 und den Signalumformer 4, wenn diese mit aktiven Bauelementen realisiert werden.

Wenn für den Signalumformer 4 und das Zeitglied 5 aktive Bauelemente, also Transistoren oder integrierte Schaltkreise zum Einsatz kommen, sind der Signalumformer 4 und das Zeitglied 5 über die in gestrichelter Form dargestellten Zuleitungen 14, 15 zu verbinden. Die dargestellte Ausführungsform geht jedoch von passiv eingesetzten Bauelementen aus, sogenannten R-C-Kombinationen, welche aus Widerstände bzw. Kondensatoren ausgeführt sind.

Der Signalumformer 4 ist mit der Stromversorgung 3 verbunden und gibt ausgangsseitig ein aufbereitetes Taktsignal (T) ab, welches mit der Steuerung 6 verbunden ist.

Der Signalumformer 4 ist mit dem Zeitglied 5 verbunden. Dieses löst immer dann ein Rücksetzsignal in der Steuerschaltung 6 aus, wenn eine interne Schaltschwelle unterschritten wird. Das Zeitglied 5 ist, wie bereits ausgeführt, aus einer zeitbestimmenden Widerstands-, Kondensatorkombination ausgeführt. Die Steuerschaltung 6 hat einen Takteingang (T) und einen Rücksetzeingang (R) und ist ausgangsseitig mit der Relaisansteuerung 7 verbunden und die Steuerschaltung 6 stellt Steuersignale für die Relaisansteuerung 7 zur Verfügung. Bei Auslösung eines Rücksetzsignals stellt die Steuerschaltung 6 der Relaisbaugruppe 8 Steuersignale zur Verfügung, die das Schaltgerät 1 in einen Grundzustand versetzen. Dieser Grundzustand kann veränderlich (programmierbar) sein und wird in der Steuerschaltung 6 hinterlegt. Bei Auslösung von Taktsignalen (T) werden von der Steuerschaltung 6 an die Relaisansteuerung 7 verschiedene Steuersignale, die unterschiedliche Schaltzustände darstellen, bereitgestellt. Diese Schaltzustände unterscheiden sich von denen des Grundzustandes. Zur Realisierung der Steuerschaltung 6 können beispielsweise Zähler, Schieberegister, D- oder JK-Flip-Flops, Logikschaltungen oder Prozessoren eingesetzt werden.

Die Steuerschaltung 6 wertet nur Taktsignale (T) aus, wenn kein Rücksetzsignal (R) anliegt. Als Relais 8 werden bistabile Relais 16; 17 eingesetzt. Diese benötigen zur Ansteuerung nur kurze Schaltimpulse, somit wenig Energie zu ihrer Ansteuerung. Derartige Relais 16; 17 sind in der Lage, relativ große Leistungen bei geringer Eigenwärmeabgabe und geringem Eigen­ energieverbrauch zu schalten.

Die Relaisansteuerung 7 ist eingangsseitig mit der Steuerschaltung 6 und ausgangsseitig mit dem Relais 8 verbunden. Die von der Steuerschaltung 6 kommenden Steuersignale, mit den verschiedenen Schaltzuständen, werden von der Relaisansteuerung 7 verstärkt und treiben die entsprechende Relaisspulen der Relais 16; 17 an.

Bei der Ansteuerung von bistabilen Relais wird von der Steuerschaltung 6 ein gemeinsamer Impuls erzeugt, der die eingesetzten bistabilen Relais 16; 17 in die entsprechenden Schaltzustände versetzt.

Mit der vorgestellten Lösung ist es auch möglich, neben den bereits dargestellten zwei Verbrauchern 9; 10 noch weitere Verbraucher anzusteuern. Dazu müßte das Relais 8 um jeweils ein weiteres Relais ergänzt und über die Relaisansteuerung 7 mit der Steuerschaltung 6 verbunden werden. Die Anordnung des erfindungsgemäßen Schaltgerätes 1 innerhalb eines Stromkreises mit zwei Verbrauchern ergibt sich aus der Fig. 2. Es ist gezeigt, wie über die Spannungsquelle 11, den Schalter 2 und über die beiden Arbeitsstromkreise 12, 13 die einzelnen Relais 16; 17 innerhalb der Relaisgruppe 8 angesteuert und die Verbraucher 9; 10 in Funktion setzen können.

Zur funktionellen Wirkungsweise:

Im dargestellten Zustand ist Schalter 2 nicht betätigt und damit werden die Verbraucher 9, 10 und das Schaltgerät 1 nicht mit Strom versorgt.

Wird der Schalter 2 geschlossen, so erhält die Stromversorgung 3 Spannung von der Spannungsquelle 11. Die internen Betriebsspannungen bauen sich auf.

Die Stromversorgung 3 ist ausgangsseitig mit dem Signalumformer 4 verbunden. Es wird ein Signal erzeugt, welches so lange ansteht, wie der Schalter 2 betätigt ist. Aus dem Signal wird vom Signalumformer 4 das Taktsignal (T) gebildet. Das Zeitglied 5 erzeugt gleichzeitig ein Rücksetzsignal, da der zeitbestimmende Kondensator sich im Aufladevorgang befindet und am Anfang die Schaltschwelle noch nicht erreicht ist. Nach einiger Zeit ist der Kondensator voll aufgeladen und seine Schaltschwelle wurde überschritten.

Das Rücksetzsignal ist gegenüber dem Taktsignal (T) dominierend, damit wirkt sich das Taktsignal (T) auf die Steuerschaltung 6 nicht aus und kann somit dieses Taktsignal (T), den Grundzustand, an das Relais 8, über die Relaisansteuerung 7, weiterleiten. Es ist die [1.] Verbraucherkombination, die dem programmierten Grundzustand entspricht, angesteuert. Soll eine andere [2.] Verbraucherkombination angesteuert werden, so wird der Schalter 2 ausgeschaltet und dann wieder eingeschaltet. Dabei darf die Phase, zwischen dem Aus- und wieder Einschaltvorgang nicht länger sein, als der Kondensator des Zeitgliedes 5 benötigt, um die Schaltschwelle zu unterschreiten. Unter diesem Umstand wäre die Bildung eines Rücksetzsignals die Folge, welcher wieder den Grundzustand herstellen würde. Da kein Rücksetzsignal anliegt, wirkt sich das Taktsignal (T) auf die Steuerschaltung 6 aus. Über die Relaissteuerung 7 wird an den Relais 8 eine andere, vom Grundzustand unterschiedliche [2.] Verbraucherkombination eingestellt. Soll eine weitere neue [3.] Verbraucherkombination eingestellt werden, so muß der zuvor beschriebene Vorgang wiederholt werden. Nach dem erneuten Aus- und wieder Einschaltvorgang stellt sich an den Relais 16; 17 die neue [3.] Verbraucherkombination ein.

Bei einem erneuten Aus- und Einschaltvorgang stellt sich nun wieder die [1.] Verbraucherkombination (Grundzustand) ein, jedoch ohne das vorher ein Rücksetzsignal (R) ausgelöst wurde.

Dieser Vorgang wird von der Steuerschaltung 6 selbsttätig vorgenommen.

Durch die gepufferte Betriebsspannung arbeiten die Baugruppen des Schaltgerätes 1 noch für eine kurze Zeit nach dem Ausschaltvorgang weiter.

Dauert die Zeit zwischen einem Aus- und Einschaltvorgang so lange, daß der Kondensator des Zeitgliedes 5 die Schaltschwelle unterschreitet, so wird das Rücksetzsignal (R) ausgelöst. Von der Steuerschaltung 6, über die Relaisansteuerung 7 wird all die Relais 16; 17 die Verbraucherkombination des Grundzustandes eingestellt.

Die Stromversorgung 3 ist so ausgelegt, daß dieser Vorgang noch sicher ausgeführt werden kann. Das Einstellen des Grundzustandes nach dem Rücksetzsignal (R) wird benötigt, damit der Schaltzustand der bistabilen Relais 16; 17 und die Steuerschaltung 6 beim nächsten Einschaltvorgang von Schalter 2 synchronisiert sind.

Für den Anwender hat es den Vorteil, daß er die am häufigsten benötigte Verbraucherkombi­ nation als Grundzustand wählen kann. Diese ist jeweils beim ersten Einschaltvorgang eingestellt.

Auf ein Rücksetzsignal (R) kann verzichtet werden, wenn die zuletzt eingestellte Verbraucherkombination in einem Festwertspeicher gespeichert wird und beim nächsten Einschaltvorgang dieser der Steuerschaltung 6 wieder übergeben wird. Damit sind die Steuerschaltung 6 und die bistabilen Relais 16; 17 auch synchronisiert.

Wie bereits ausgeführt, können die in Fig. 1 dargestellten elektrischen Verbraucher 9 und 10 auch jeweils als eine Verbrauchergruppe (mehrere einzelne Verbraucher in einer Gruppe verschaltet) ausgeführt sein. Eine weitere Möglichkeit besteht, daß mehr als zwei elektrische Verbraucher mit dem Schaltgerät 1 betrieben werden. Dann müssen die Steuerschaltung 6, Relaisansteuerung 7 und die Relais 8 entsprechend angepaßt werden. Das bewirkt jedoch eine Vergrößerung des Schaltgerätes 1, was sich negativ auf dessen Bedienfreundlichkeit auswirken würde. Der Ein- und Ausschaltvorgang muß dann so oft wiederholt werden, bis die gewünschte Verbraucherkombination eingestellt ist.

Die Verbraucherkombination ([4.] Zustand), Verbraucher 9; 10 ausgeschaltet bei gleichzeitig betätigtem Schalter 2, ist sinnvoll, wenn mit dem Schalter 2 ein weiterer elektrischer Verbraucher (in den Figuren nicht dargestellt) betrieben werden soll. Dieser müßte so verdrahtet sein, daß dieser Verbraucher einmal zwischen dem Schalter 2 und dem Schaltgerät 1 eingebunden ist und auf der zweiten Seite mit dem gemeinsamen Anschluß von Verbraucher 9 und 10.

Claims (6)

1. Schaltgerät für eine zentrale Ein- und Abschaltung von Verbrauchern in Elektroinstalla­ tionsanlagen, vorzugsweise in bereits bestehenden Anlagen, welches in unmittelbarer Nähe der Verbraucher vorgesehen, das Schaltgerät als kompaktes Bauelement ausgeführt ist, eine Stromversorgung, einen Signalumformer sowie eine Relaisansteuerung besitzt und mit den Verbrauchern in Funktion steht, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Schaltgerät (1) neben den bekannten Elementen der Stromversorgung (3), dem Signalumformer (4) und der Relaisansteuerung (7) aus einem Zeitglied (5), einer Steuerschaltung (6) und einem Relais (8) besteht,
• - wobei das Zeitglied (5) ausgangsseitig mit der Steuerschaltung (6) sowie über die Relaisansteuerung (7) mit einem Relais (8),
• - der Signalumformer (4) gleichfalls ausgangsseitig mit der Steuerschaltung (6) sowie über die Relaisansteuerung (7) mit dem Relais (8) verbunden sind,
• - das Relais (8) aus zwei bistabilen Relais (17; 18) besteht, wobei das Relais (8) über sein bistabiles Relais (17) in einem ersten Arbeitsstromkreis (12) und über sein bistabiles Relais (18) in einem zweiten Arbeitsstromkreis (13) eingebunden ist und beide bistabile Relais (17; 18) je einen Schließerkontakt besitzen,
• - denen die Verbraucher (9; 10) zugeordnet sind, die über die Arbeitsstromkreise (12; 13) mit der Spannungsquelle (11) verbunden sind.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalumformer (4) und das Zeitglied (5) aus passiven Schaltelementen einer R-C-Kombination bestehen, die als ein Widerstand und als ein Kondensator ausgeführt sind.

3. Schaltgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalumformer (4) und das Zeitglied (5) als aktiv wirkende Schaltelemente in Form von Transistoren sowie integrierten Schaltkreisen ausgeführt sind und dann über die Leitungen (14; 15) mit der Stromversorgung (3) verbunden sind.

4. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung der Steuerschaltung (6) vorzugsweise Zähler, Schieberegister, D- oder JK-Flip-Flops, Logikschaltungen oder Prozessoren eingesetzt werden.

5. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung der vierten Verbraucherkombination ein weiterer elektrischer Verbraucher so in das Blockschaltbild angeordnet ist, daß dieser elektrische Verbraucher einerseits zwischen dem Schalter (2) und dem Schaltgerät (1) eingebunden ist und auf der anderen Seite mit dem gemeinsamen Anschluß der Verbraucher (9; 10) verbunden ist.

6. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Synchronisation der Steuerschaltung (6) und den Relais (16; 17) auf ein Rücksetzsignal (R) verzichtet werden kann, wenn die zuletzt eingestellte Verbraucherkombination in einem Festwertspeicher gespeichert wird und beim nächsten Einschaltvorgang dieser der Steuerschaltung (6) wieder übergeben wird.