DE19825657A1

DE19825657A1 - Bewegungsgesteuerte Abschaltautomatik für elektrische Verbraucher

Info

Publication number: DE19825657A1
Application number: DE19825657A
Authority: DE
Inventors: Michael Kloeffer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 1999-12-23

Abstract

Bezeichnung DOLLAR A Bewegungsgesteuerte Abschaltautomatik für elektrische Verbraucher DOLLAR A Zielsetzung und Lösung DOLLAR A - Verhütung von Bränden durch elektrische Verbraucher, die vergessen wurden abzuschalten DOLLAR A - Einsparung von elektrischer Energie durch bedarfsgerechtes Abschalten der elektrischen Verbraucher DOLLAR A - Kein Eigenenergieverbrauch des Gerätes bei manuell ausgeschaltetem Verbraucher DOLLAR A - Manuelles Ein- und Ausschalten des elektrischen Verbrauchers erfolgt wie gewohnt (keine Bedienungsumgewöhnung bei Einsatz des Gerätes erforderlich) DOLLAR A - Signalisierung vor automatischer Abschaltung, um dem Nutzer Gelegenheit zu geben, die Abschaltung hinauszuzögern DOLLAR A - Manuelle Einstellung der Abschalt-Verzögerungszeit DOLLAR A Anwendungsgebiet DOLLAR A Brandschutz DOLLAR A - TV-Geräte (oft in Wohnwände eingebaut und deshalb zur Überhitzung neigend) DOLLAR A - Elektroherde und -kocher DOLLAR A - Bügeleisen DOLLAR A - Friteusen DOLLAR A - Kaffeemaschinen DOLLAR A - Elektrische Heizkörper, Heizstrahler, Heizdecken und Heizkissen DOLLAR A - Lötkolben DOLLAR A Energieeinsparung durch die bedarfsgerechte Abschaltung...

Description

I. Bezeichnung der Erfindung

Bewegungsgesteuerte Abschaltautomatik für elektrische Verbraucher (nachfolgend "Gerät" genannt)

II. Technisches Gebiet der Erfindung

Elektrotechnik; elektronische Netzspannungsschalter

III. Derzeitiger Stand der Technik

Derzeit sind auf dem Gebiet der bewegungsgesteuerten Netzspannungsschalter sogenannte Bewegungs- bzw. Präsenzmelder bekannt, die aufgrund eines eingehenden, in seiner Amplitude sich ändernden Infrarotsignals die Änderung eines elektrischen Schaltzustandes bewirken. D. h., die üblichen Geräte dieser Art schalten einen elektrischen Verbraucher (meistens Beleuchtung) ein, sobald sich ein Lebewesen innerhalb des Erfassungsbereiches dieses Bewegungsmelders bewegt, wobei als Zusatzkriterium das Unterschreiten einer einstellbaren (Tages-) Helligkeitsschwelle gegeben sein kann. Darüber hinaus verfügt ein Großteil dieser Geräte über eine einstellbare Delay-Zeit, die es ermöglicht, den elektrischen Verbraucher auch noch nach Ausbleiben des Infrarotsignals für eine bestimmte Zeit eingeschaltet zu lassen.

IV. Beschreibung des technischen Problems, das zu lösen war

Als Zielsetzungen bei der Entwicklung der vorgestellten Erfindung sind zu nennen:

a) Verhütung von Bränden durch nicht ausgeschaltete bzw. defekte elektrische Verbraucher und
b) Einsparung von elektrischer Energie und damit einhergehend Einsparung von Emissionen des Treibhausgases CO₂ durch bedarfsgerechtes Abschalten der elektrischen Verbraucher (auch von Geräten, die über die sogenannte Standby-Einrichtung verfügen).

Zu den hierfür prädestinierten elektrischen Verbrauchern zählen in erster Linie:
Fernsehgeräte, Elektroherde, Bügeleisen, Friteusen, Kaffeemaschinen, elektrische Heizkörper, Heizstrahler, Heizdecken oder Heizkissen, Ventilatoren, Einschlafbeleuchtungen für Kinder oder branchenspezifi sche elektrische Verbraucher wie Lötkolben, Kopierer, bestimmte Arten von Beleuchtungen etc.

Die über den derzeitigen Stand der Technik hinaus zu lösenden Probleme stellen sich wie folgt dar:

a) Das Gerät soll niemals selbsttätig einschalten; das Einschalten soll immer an der hierfür vorgesehenen Einrichtung des elektrischen Verbrauchers (i. d. R. am Netzspannungsschalter) erfolgen.
b) Das Gerät soll den elektrischen Verbraucher nur solange eingeschaltet lassen, solange es genutzt wird, d. h., solange sich der Nutzer in der Nähe des elektrischen Verbrauchers aufhält.
c) Die Aktivierung bzw. Deaktivierung dieses Gerätes soll somit ausschließlich über den Netzspannungsschalter des elektrischen Verbrauchers erfolgen, damit sich der Nutzer nicht in seiner Gewohnheit der Nutzung des elektrischen Verbrauchers umstellen muß.
d) Das Gerät soll vor seiner automatischen Abschaltung des elektrischen Verbrauchers ein für den Nutzer wahrnehmbares Signal (optisch, akus tisch o. a.) aussenden, um es dem Nutzer durch eine Bewegung zu gestat ten, den elektrischen Verbraucher weiterhin eingeschaltet zu belassen.
e) Das Gerät soll eine bestimmte Verzögerungszeit zwischen dem Ausbleiben des eingehenden Infrarotsignals und dem Aussenden des unter d) genannten Signals aufweisen (t1).
f) Das Gerät soll eine weitere bestimmte Verzögerungszeit zwischen dem Beginn des unter d) genannten Signals und seiner automatischen Abschaltung des elektrischen Verbrauchers aufweisen (t2).
g) Sowohl die unter e) als auch die unter f) genannte Zeitdauer soll manuell einstellbar sein.
h) Um dem Energieeinsparzweck voll gerecht zu werden, soll, sofern der elektrische Verbraucher durch den Nutzer abgeschaltet wurde, auch das Gerät keinerlei elektrische Leistungsaufnahme mehr aufweisen.
i) Der Einbau dieses Gerätes muß sowohl in dem elektrischen Verbraucher als auch in einem Netz-Zwischenstecker oder in der Netzsteckdose (Auf- oder Unterputz) möglich sein. Soll der Einbau in den beiden letztgenannten Einrichtungen erfolgen, so muß die Möglichkeit der Anschaltung des Infrarot-Bewegungssensors und des Signalgebers (z. B. blinkende LED) über Kabel gegeben sein, um ihn möglichst unauffällig an geeigneter Stelle plazieren zu können (z. B. durch seitliches Ankleben an die Gerätewand des Fernsehgerätes).

V. Ausführung des Gerätes

Das Gerät besteht aus den Komponenten Stromversorgung, elektronischer Schalter, Infrarot-Bewegungssensor, Schwellwerteinsteller, zwei Verzögerungsgliedern, Signalgeber, Nullspannungsindikator und einem UND-Verknüpfungsglied.

V.1 Schematische Funktionsbeschreibung

Nachfolgend wird eine Ausführung dieses Gerätes für netzspannungsbetriebene Verbraucher dargestellt.

V.1.1 Stromversorgung

Die Stromversorgung erfolgt auf zwei Arten:

a) Bei eingeschaltetem Gerät wird der Spannungsabfall an einem in Reihenschaltung zum elektronischen Schalter sich befindenden Widerstand ausgenutzt, wobei, um keine hohen Spannungsabfälle und Verlustleistungen auftreten zu lassen, dieser durch einen Thyristor bzw. Triac ab Erreichen einer gewissen Spannungshöhe (das wäre in etwa die Höhe der Betriebsspannung des Gerätes) während des Anstieges der Sinushalbwelle kurzgeschlossen wird.
b) In den Fällen, in denen das Gerät automatisch abgeschaltet hat, erfolgt die Stromversorgung durch hochohmiges (ca. 200 kOhm) paralleles Abgreifen der am offenen elektronischen Schalter anstehenden Netzspannung.

V.1.2 Elektronischer Schalter

Der elektronische Schalter kann sowohl mittels eines Leistungsfeldeffekttransistors (FET), eines Triacs oder eines Thyristors (in Dioden-Brückenschaltung) realisiert werden. Um sowohl einschlägigen VDE-Normen als auch dem EMVG (CE-Kennzeichnungspflicht) gerecht zu werden, soll er erst im Nulldurchgang der Netzphase aktiviert bzw. deaktiviert werden. Dies erfolgt dadurch, daß sowohl der Ein- als auch der Abschaltbefehl in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Nullspannungsindikators erfolgt. Der Einschaltbefehl ist ein Impuls, der lediglich im Einschaltemoment des elektrischen Verbrauchers bzw. beim Anlegen der Netzspannung erzeugt wird.

V.1.3 Infrarot Bewegungssensor

Als Infrarot-Bewegungssensor wird ein handelsüblicher pyroelektrischer Passiv- Bewegungssensor verwendet der mit entsprechender peripherer Beschaltung ein Signal abgibt, sobald das Infrarotsignal ausbleibt (negiertes Ausgangssignal).

V.1.4 Schwellwerteinsteller

Als Schwellwerteinsteller kann ein Schmitt-Trigger oder ein Komparator Verwendung finden, der das Ausgangssignal des Bewegungssensors erst ab einer manuell einstellbaren Höhe zur Weiterverarbeitung passieren läßt.

V.1.5 Verzögerungsglieder Delay t1 und Delay t2

Delay t1 bewirkt eine manuell einstellbare Zeitverzögerung zwischen dem Ausbleiben des Infrarotsignals und dem Ansprechen des Signalgebers.

Delay t2 bewirkt eine manuell einstellbare Zeitverzögerung zwischen dem Ansprechen des Signalgebers und dem Abschalten des Gerätes.

Geht während der Aktivierung von Delay t1 oder Delay t2 ein Infrarotsignal ein, so werden beide Delays wieder auf Null gesetzt ("Reset").

Hierbei können monostabile Kippstufen mit entsprechender peripherer Beschaltung Verwendung finden.

V.1.6 Signalgeber

Als optischer Signalgeber kann z. B. eine LED oder Blink-LED verwendet werden; als akustischer Signalgeber z. B. ein Piezo-Summer.

V.1.7 Nullspannungsindikator

Der Nullspannungsindikator detektiert die aktuelle Phasenlage der Netzspannung. An seinem Ausgang erscheint nur dann ein Signal, wenn die Phase der Netzspannung einen Betrag nahe Null annimmt.

Im Prinzip kann hierbei zur Realisierung ein Transistor in Emitterschaltung verwendet werden. An seine Basis wird hochohmig die Netzspannung angeschaltet; an seinem Kollektor wird das Ausgangssignal abgegriffen.

V.1.8 UND-Verknüpfungsglied

Diese Funktion läßt ein Ein- bzw. Abschalten des Gerätes nur dann zu, wenn sowohl das entsprechende Signal ansteht als auch die Phase der Netzspannung nahe Null ist.

Der Einfachheit halber kann diese Funktion mittels einer Widerstands-Dioden-Logik realisiert werden.

VI. Vorteile dieses Gerätes

Verhinderung von Bränden durch Elektrogeräte, die vergessen wurden abzuschalten, z. B.:

- TV-Geräte (oft in Wohnwände eingebaut und deshalb zur Überhitzung neigend)
- Elektroherde und -Kocher
- Bügeleisen
- Friteusen
- Kaffeemaschinen
- Elektrische Heizkörper, Heizstrahler, Heizdecken und Heizkissen
- Lötkolben

Energieeinsparung durch die bedarfsgerechte Abschaltung, z. B.:

- Kopierer und Drucker
- Ventilatoren
- bestimmte Arten von Beleuchtungen (manuelle Einschaltung; autom. Abschaltung)
- TV-Geräte (Das Bundesumweltministerium fordert schon seit längerer Zeit, die Fernsehgeräte immer über den Netzschalter und nicht über die Standby-Einrichtung abzuschalten, damit keine Energieverschwendung durch nicht genutzte elektrische Verbraucher verursacht wird)
- Lötkolben und andere branchenspezifischen elektrischen Verbraucher

VII. Vermarktungsaussichten

Aufgrund der relativ einfachen Handhabbarkeit dieses Gerätes, die es erlaubt, in gewohnter Weise den elektrischen Verbraucher in- und außer Betrieb zu setzen und auch deshalb, weil es im Falle des manuell ausgeschalteten Verbrauchers überhaupt keine elektrische Leistungsaufnahme aufweist, dürfte es sowohl in nahezu allen Privathaushalten als auch im gewerblichen Bereich Verwendung finden.

Besonders wegen des immer mehr in den Vordergrund tretenden Umweltbewußtseins der Bevölkerung, des mittelfristigen Anstiegs der Energiekosten und des Sicherheitsbedürf nisses in puncto Brandschutz ist von einem hohen Bedarf an diesen Geräten auszugehen.

Es kann somit davon ausgegangen werden, daß sich ein bundesdeutscher Erstbedarf in der Größenordnung von 50 Millionen Geräten einstellen wird.

Claims

1. Abschaltautomatik für elektrische Verbraucher (insbesondere für TV-Geräte, Elektroherde, Bügeleisen, Friteusen, Kaffeemaschinen, elektrische Heizkörper, Heizstrahler, Heizdecken oder Heizkissen, Ventilatoren, Einschlafbeleuchtungen für Kinder oder andere, branchenspezifischen elektrischen Verbraucher wie Lötkolben, Kopierer, bestimmte Arten von Beleuchtungen etc.), deren Abschaltkriterium das Ausbleiben der von Lebewesen ausgesandten Infrarotstrahlung wechselnder Intensität (nachfolgend Infrarotsignal genannt) ist.

2. Abschaltautomatik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie sowohl in einer Ausführung für

1. netzspannungsbetriebene elektrische Verbraucher als auch für
2. batteriespannungsbetriebene elektrische Verbraucher

konzipiert sein kann.

3. Abschaltautomatik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß deren Schaltschwelle (Triggerschwelle in Bezug auf den Pegel des Infrarotsignals) manuell einstellbar ist.

4. Abschaltautomatik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie vor der automatischen Abschaltung des elektrischen Verbrauchers mittels eines Signals auf dieses Abschalten hinweist, wobei

1. dieses Signal optischer, akustischer oder mechanischer Art und
2. sowohl der Zeitpunkt (t1) des Ansprechens dieses Signals nach dem Ausbleiben des Infrarotsignals als auch der Zeitpunkt (t2) des Abschaltens des Gerätes nach Beginn dieses Signals manuell einstellbar sein kann.

5. Abschaltautomatik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei manuell ausgeschaltetem elektrischen Verbraucher keine elektrische Leistungsaufnahme aufweist.

6. Abschaltautomatik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach automatischer Abschaltung nicht mehr selbsttätig einschaltet, auch nicht beim Eintreffen des Infrarotsignals.

7. Abschaltautomatik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie erst nach dem manuellen Aus- und wieder Einschalten des Netzschalters des elektrischen Verbrauchers oder nach einer andersartigen vollständigen Unterbrechung des Stromkreises des elektrischen Verbrauchers wieder in den Ausgangszustand ("Ein") übergeht und somit zweckmäßigerweise lediglich über den Netzschalter des elektrischen Verbrauchers ein- und ausgeschaltet werden braucht.

8. Abschaltautomatik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie

1. in dem Gehäuse des zu schaltenden elektrischen Verbrauchers integriert sein kann oder
2. außerhalb des Gehäuses dieses elektrischen Verbrauchers z. B. als Variante eines Netz- Zwischensteckers ausgeführt sein kann, der in die Netzsteckdose eingesteckt wird und
in/an dessen Gehäuse sich wiederum eine Netzsteckdose befindet, in die der Netzstecker des zu schaltenden elektrischen Verbrauchers eingesteckt werden kann oder
3. in eine Netzsteckdose (Auf- oder Unterputzdose) integriert sein kann,

wobei sowohl der Infrarot-Bewegungssensor als auch der Signalgeber (z. B. blinkende LED) sich im Gehäuse des elektrischen Verbrauchers, im Gehäuse des Netz-Zwischensteckers oder im Gehäuse der Netzsteckdose befinden kann, oder zweckmäßigerweise als separate Einheit, die mittels eines Kabels an die elektronische Auswerteschaltung herangeführt wird, ausgeführt sein kann.