Die Erfindung betrifft eine Energiesparschaltung einer Be
leuchtungsvorrichtung, die über ein steuerbares Schaltele
ment mit einer Ein-Ausschaltvorrichtung jeweils in einen
Einschaltzustand oder einen Ausschaltzustand geschaltet
ist, wobei mindestens ein eingangsseitig an die Ein-Aus
schaltvorrichtung angeschlossener Schaltsignalgeber im
Ausschaltzustand betätigt den Einschaltzustand initiiert
und wobei ein eingangsseitig an die Ein-Ausschaltvorrich
tung angeschlossener Beleuchtungsstärkemesser, der von ei
ner Raumhelligkeit und von der allgemeinen Beleuchtungs
vorrichtung beleuchtet ist, ein Beleuchtungsstärkesignal
erzeugt, dessen aktueller Signalwert laufend mit einem
Schwellwert verglichen wird, dessen Überschreitung den
Ausschaltzustand initiiert.
Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der Patentschrift
EP 0 450 261 B1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird eine
Energieeinsparung an einer Beleuchtung eines ansonsten ta
geslichtabhängig erhellten Raumes dadurch erreicht, daß
immer dann, wenn die Gesamtbeleuchtungsstärke größer als
ein einstellbarer Schwellwert ist, der Ausschaltzustand
initiiert wird, in dem ein Schaltrelais entstromt wird,
dessen Kontakt eingeschaltet die Beleuchtung mit dem Netz
verbindet. Ein Wiedereinschalten ist, solange das Beleuch
tungsstärkemeßsignal den Schwellwert noch überschreitet,
durch Betätigung eines Einschalttasters nicht oder mit ei
nem dann gestarteten Zeitglied nur kurzzeitig möglich;
erst bei unter dem Schwellwert abgesunkener Helligkeit
läßt sich ein das Relais ansteuerndes Flipflop dauerhaft
in den Einschaltzustand verbringen, bis der Schwellwert
durch zunehmende Tageshelligkeit wieder überschritten ist.
Eine Ausschaltmöglichkeit von Hand ist nicht vorgesehen,
so daß u. U. die Beleuchtung unnötig brennt. Darüberhinaus
ist das Ermessend des Benutzers eingeschränkt, auch bei
einer Tageshelligkeit, die über dem vorgegebenen Niveau
liegt, die Beleuchtung einzuschalten, wenn er dies für
notwendig erachtet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannte Energiespar
schaltung derart zu verbessern, daß der Benutzer die Ein
schaltung und die Ausschaltung der Beleuchtung stets den
Erfordernissen gemäß vornehmen kann.
Die Lösung besteht darin, daß die Ein-Ausschaltvorrichtung
aus einem Mikroprozessor besteht, der im Ausschaltzustand
programmgesteuert periodisch einen ersten Signalwert des
Beleuchtungsstärkemessers speichert und dann, wenn der
Einschaltzustand eingetreten ist, einen zweiten Signalwert
speichert und jeweils den Schwellwert aus dem zweiten
Signalwert zuzüglich mindestens der Differenz des zweiten
Signalwertes von dem gespeicherten ersten Signalwerte bil
det und unabhängig davon jeweils mit einer Betätigung ei
ner der Schaltsignalgeber der Ausschaltzustand initiiert
ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Die Schaltung veranlaßt das helligkeitsgesteuerte energie
einsparende Ausschalten jeweils aufgrund einer Überschrei
tung einer dynamisch festgelegten Helligkeitsschwelle. bei
jedem uneingeschränkt möglichen Einschaltvorgang wird aus
der Helligkeitsdifferenz zwischen der vorherigen natürli
chen Helligkeit und der summarisch mit der hinzukommenden
Beleuchtungshelligkeit auftretenden Helligkeit durch eine
Auswertung entsprechender Meßwerte einer Beleuchtungsstär
kemeßvorrichtung ein aktueller Schwellwert gebildet, der
der späteren Abschaltung dient und zwar so, daß dann, wenn
die Gesamthelligkeit nach dem Einschalten der Beleuchtung
mindestens ebenso stark weiter zugenommen hat wie durch
das Einschalten der Beleuchtung, die Abschaltung erfolgt.
Ist eine Einschaltung bei abnehmender Tageshelligkeit oder
etwa konstanter Helligkeit erfolgt, so ist die Ausschal
tung der Beleuchtung von Hand vorzunehmen.
Damit kurzzeitige Schwankungen der Beleuchtungsmessung
durch wechselnde Abschattung des Meßwertaufnehmers, z. B.
mit der einschaltenden Hand, und durch Meßwertänderungen
durch technisch bedingte Helligkeitsänderungen der Be
leuchtungsvorrichtung, z. B. durch die kurzzeitige Überhit
zung des Glühfadens einer Glühlampe beim Einschalten wegen
des sehr niedrigen Kaltwiderstandes oder das über Minuten
andauernde Ansteigen der Helligkeit einer Leuchtstofflampe
nach dem Einschalten und durch die Welligkeit der Lichtin
tensität infolge des Wechselspannungsbetriebes, kein Aus
schalten zur Unzeit bewirken, sind entsprechend geeignete
Meßzeitpunkte, Meßwertmittelungen bzw. Phasenlagen der
Messungen in Bezug auf die Wechselspannung vorgesehen. Die
geeignete Auswahl der für die Schwellenbildung und den
Schwellwertvergleich zu nutzenden Meßwerte oder deren Mit
telwerte wird vorteilhaft durch eine fortlaufende Höchst
wertspeicherung der nacheinander gewonnenen Meßwerte vor
genommen.
Die Schaltungsanordnung ist bevorzugt durch einen geeignet
programmierten Mikroprozessor gebildet, der eingangsseitig
mit dem Beleuchtungsmesser und mit mindestens einem
Schaltsignalgeber, z. B. einem Taster, verbunden ist. Aus
gangsseitig treibt der Mikroprozessor ein Schaltrelais,
dessen Kontakt die Beleuchtung mit dem Netz verbindet.
Ist nur ein Taster angeschlossen, kann dieser sowohl zum
Einschalten als auch zum Ausschalten genutzt werden; sind
zwei Taster vorhanden, so kann einer zum Einschalten und
einer zum Ausschalten vorgesehen sein. Selbstverständlich
lassen sich mehrere Taster im Raum verteilt zu den nahe am
Mikroprozessor angeordneten Tastern parallel geschaltet
installieren.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, mehrere Teilbeleuch
tungen in einem Raum zu installieren, von denen eine
fensternah und die andere in der Raumtiefe angeordnet ist.
Zur Ansteuerung der Teilbeleuchtungen sind entsprechend
jeweils ein zugeordnetes Relais an den Mikroprozessor an
geschlossen. Der Beleuchtungsmesser muß, falls nur einer
zum Einsatz kommt, so angeordnet werden, daß er möglichst
von beiden Teilbeleuchtungen und dem Tageslicht getroffen
wird. Bei jeder Einschaltung eines Teilsystems wird die
zugehörige Differenz der Beleuchtungsstärke ermittelt und
dementsprechend der davon abgeleitete Schwellwert der
Abschalthelligkeit bestimmt.
Die Teilbeleuchtungen lassen sich nacheinander in einer
vorgegebenen Reihenfolge mit dem einzigen Taster ein- und
wieder ausschalten oder mit mehreren Tastern in jeweils
den einzelnen Teilbeleuchtungen zugeordneter Funktion be
dienen. Bevorzugt wird ausgehend vom kompletten Auszustand
bei einem ersten Tastendruck des Einschaltsignalgebers die
innenliegende Teilbeleuchtung eingeschaltet und ggf. beim
nächsten Tastendruck die fensterseitige. Das Ausschalten
geschieht in umgekehrter Reihenfolge. Für die Abschaltung
durch die Bewertung der Beleuchtungsmessung werden die
Helligkeitsdifferenzen, die durch das Einschalten der
einzelnen Teilbeleuchtungen auftreten, ermittelt und zu
sammengerechnet als Basis für die Bildung der Abschalt
schwelle genutzt. Es wird dadurch verhindert, daß die Hel
ligkeitszunahme die durch das Einschalten der zweiten
Leuchtengruppe auftritt u. U. zur sofortigen Abschaltung
der ersten Leuchtengruppe führt. Erst wenn die Gesamthel
ligkeitszunahme, die infolge der beiden Einschaltungen
aufgetreten ist, durch eine weitere Tageslichtzunahme auf
gewogen ist, beginnt die Abschaltung der fensterseitigen
Beleuchtung und, wenn das gleich hohe Helligkeitsniveau
danach wieder erreicht ist, auch der Innenbeleuchtung.
Bevorzugt wird bei der Schwellwertbildung die gemessene
Helligkeitsdifferenz, die die Beleuchtungszuschaltung er
brachte, mit einem Faktor der Größe 1 bis 2 vergrößert und
zum vorhergehend gemessenen Ausgangshelligkeitswert hinzu
genommen. Der Faktor ist bevorzugt an die Gegebenheiten
anpaßbar. Beispielsweise ist ein Potentiometer vorgesehen,
das so beschaltet ist, und an einen Eingang des Mikropro
zessors angeschlossen ist, daß dessen Einstellung den Fak
tor in dem zugelassenen Bereich angibt.
Alternativ lassen sich zwei Tasten, die ansonsten dem Ein-
bzw. Ausschalten dienen, als Einstellmittel nutzen, wobei
jeweils die eine Taste gedrückt bleibt, während die andere
durch kurze Einzeltastungen zur Incrementierungen bzw. De
crementierungen eines gespeicherten Faktors genutzt wird.
In einer paktischen Ausführung ist die gesamte Vorrichtung
in einem Schalterblock eines Auf- oder Unterputzschalters
untergebracht und bildet eine leicht zu montierende Mon
tageeinheit.
Frontseitig sind jeweils eine Einschalttaste und eine Aus
schalttaste angeordnet und zwischen diesen das Fenster
durch das das Licht auf den Beleuchtungsmesser fällt. Ge
gebenenfalls ist außerdem die Achse eines Potentiometers
zur Faktoreinstellung dort herausgeführt, so daß eine Fak
toreinstellung mit einem Schraubendreher oder dergleichen
erfolgen kann.
Auf der Rückseite der Schalterbaugruppe befinden sich die
freien Anschlüsse der Relaiskontakte für die Anschaltung
der Netzspannung und der Beleuchtung. Hinzu können Klemmen
für eine Parallelschaltungen von weiteren Tastern und für
eine externe Anbringung eines Beleuchtungsmessers treten.
Eine voreilhafte Ausgestaltung ist anhand der Fig. 1
bis 4 beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Tageshelligkeitsverlauf mit Beleuch
tungsanteil;
Fig. 2 zeigt ein Schaltschema der Vorrichtung;
Fig. 3 ist eine Explosionsdarstellung einer Montagegruppe;
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm eines Steuerprogrammes.
Fig. 1 zeigt einen Tageshelligkeitsverlauf TH, über den
sich die Beleuchtunggshelligkeit BH überlagert. Morgens
wird die Beleuchtung eingeschaltet, wenn bereits eine An
fangshelligkeit vorhanden ist, die einen ersten Signalwert
S1 an der Meßzelle erbringt. Dadurch tritt eine Hellig
keitsdifferenz D auf, die durch Messung vor und nach dem
Einschalten ermittelt wird. Da bekanntlich die Helligkeit
einer Gasentladungslampe in den ersten Minuten stark zu
nimmt, wird die Messung in einem entsprechenden Zeitraum
T1 mehrfach wiederholt und dabei der höchste Meßwert S2
für die Differenzbestimmung genutzt. Der Schwellwert SW1
wird dann durch den Zuschlag der Differenz D zu dem zwei
ten Meßwert S2 bestimmt. Ist in der Folgezeit der Meßwert
der Gesamthelligkeit auf den des Schwellwertes angestie
gen, wird die Beleuchtung abgeschaltet, und es verbleibt
die Tageshelligkeit. Bei einer Einschaltung bei nachlas
sendem Tageslicht wird ebenfalls ein Schwellwert SW1' ge
bildet, dieser wird jedoch nie mehr erreicht, und die Aus
schaltung erfolgt von Hand.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführung der
Ein-Ausschaltvorrichtung SV, die aus einem Mikroprozessor
MP mit angeschlossenen Relais R1, R2 besteht, deren Kon
takte RK1, RK2 jeweils eine Teilbeleuchtungsvorrichtung
B1, B2 mit dem Netz L-N verbinden, das auch das Netzteil
NT speist. Eingangsseitig sind Schaltsignalgeber SE, SA in
Form von Tastern an den Mikroprozessor MP angeschlossen,
von denen gewöhnlich einer zum Einschalten und einer zum
Ausschalten vorgesehen ist. Weiterhin sind ein Beleuch
tungsstärkemesser BM und ein Potentiometer P als Geber ei
nes Faktors F an Analogsignaleingänge angeschlossen, die
über einen Multiplexer auf einen Analog-Digitalwandler A/D
führen. Ein externes Zeitglied RC dient der Bildung des
Zeitfensters, in dem der zweite Signalwert ermittelt wird.
Im Speicher des Mikroprozessors ist ein Steuerprogramm ge
halten und sind Speicherbereiche eingerichtet, in denen
der erste und der zweite Signalwert S1, S2, der Schwell
wert SW1, der Faktor F sowie der aktuell Programmzustand,
insbes. der jeweilige Ein- bzw. Auszustand A1, A2 der Aus
gänge für die einzelnen Relais R1, R2, sowie der Schalt
signalgeber SE, SA, gespeichert sind. Hinzu können noch
weitere Zwischenspeicher kommen, die der Aufnahme von Zwi
schenmeßwerte für eine Mittelwertbildung und/oder Maximal
wertbildung der Meßwerte S1, S2 dienen.
Wie bereits zuvor beschrieben, sind bei der Minimalausfüh
rung nur der Photosensor BM, ein Taster S1 und ein Relais
R1 am Mikroprozessor MP angeschlossen. Der Taster S1 dient
dann bei jede neuen Betätigung alternativ, je nach dem
vorliegenden Schaltzustand, zum Ein- bzw. Ausschalten. Ein
Zeitglied ist entbehrlich, wenn der Helligkeitsverlauf
nach dem Einschalten analysiert und ausgewertet wird, so
daß der zweite Meßwert dann festgelegt wird, wenn die Hel
ligkeitszunahme der Beleuchtung stagniert. Der Faktor F
wird fest einprogrammiert oder durch Tastenbetätigungsfol
gen oder Lichtsignalfolgen am Meßsensoreingang bei ent
sprechender Auswertung mittels des Programms aufgenommen
oder verändert.
Fig. 3 zeigt eine Explosionsdarstellung einer bevorzugten
Ausführung, bei der die ganze Vorrichtung als Montageein
heit ME nach Art eines standardisierten Unterputzschalter
einsatzes untergebracht ist. Der Einsatz E enthält die
Klemmen für die Stromversorgung und die Beleuchtungszulei
tungen sowie die Relais und das Netzteil. Auf den Einsatz
E wird eine flache Zwischenbaugruppe Z gesteckt, die den
Mikroprozessor, den Beleuchtungssensor BM und das Poten
tiometer P sowie die Tasterkontakte SE, SA enthält. Die
Frontseite wird mit der Frontplatte FP abgeschlossen, die
die beiden Tasterwippen WE, WA. Ein Fenster BF für den
Lichtdurchtritt zum Photosensor BM und eine Bohrung zum
Durchtritt der Potentiometerachse PA oder eines Stellwerk
zeuges dafür trägt.
Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm, das die wesentliche Steu
erfunktion für das Einschalten, die Schwellwertbildung und
das automatische sowie handbetätigte Abschalten eines
Relais veranschaulicht.
Die im oberen Teil dargestellten Abläufe betreffen den
Einschaltzustand und die unteren drei Anweisungen den Aus
zustand. In letzterem wird periodisch der erste Intensi
tätssignalwert S1 der Beleuchtung am Sensor ermittelt und
gespeichert und der Zustand des Tastereingangs SE über
prüft. Ist dieser in den Einschaltzustand überführt, so
wird der Einschaltzustand eingeleitet und der Ausgang A1
aktiv geschaltet und so das Relais R1 und die Beleuchtung
B1 eingeschaltet und ein Zeitfenster T1 eröffnet, dessen
Aufsein anschließend überwacht wird. Währenddessen wird
der zweite Lichtintensitätswert wiederholt ermittelt und
jeweils der höchste Signalwert S2 gespeichert. Nach dem
Schließen des Zeitfensters T1 wird der Schwellwert SW1 er
rechnet, indem die Differenz D = S2 - S1 der gespeicherten
Signalwerte gebildet wird und ggf. mit einem Faktor F mul
tipliziert zum zweiten Signalwert S2 addiert wird. Danach
wird laufend überwacht, ob eine Ausschaltbedingung vor
liegt, also eine Tastenbetätigung am Eingang SA erfolgt
ist oder der aktuelle Lichtintensitätswert SA größer als
der Schwellwert SW1 ist. Ist dies der Fall, wird der Aus
gang A1 deaktiviert, wodurch das Relais R1 und die Be
leuchtung B1 abgeschaltet werden.
Wenn ein zweites Relais programmäßig berücksichtigt werden
soll, wird immer, nachdem das Auftreten einer Ausschalter
betätigung geprüft wurde und auf auf eine weitere Betäti
gung des Einschalters geprüft wurde und, wenn diese er
folgte, der zweite Ausgang aktiviert und das Zeitfenster
T1 erneut geöffnet, der zweite Signalwert S2 erneut ermit
telt und demgemäß der Schwellwert SW1 erhöht. Beim einer
anschließenden Feststellung der Ausschaltbedingung wird
jeweils der zweite Ausgang A2 deaktiviert und wenn dies
erneut der Fall ist, wird der erste Ausgang A1
deaktiviert.
Ein Vorteil der Schaltungsanordnung ist es, daß die Bedie
nung sich praktisch nicht von der eines üblichen Licht
schalters unterscheidet, jedoch bei genügender Helligkeit
des Tageslichts die Abschaltung erfolgt. Das Abschaltkri
terium leitet sich direkt aus der Helligkeit der Beleuch
tung ab; es muß also keine Schwelle eingestellt oder geän
dert werden, wenn die Art der Beleuchtung geändert wird.
Mit einem oder zwei Tastern einer Schalterbaugruppe läßt
sich eine Serienschaltung zweier Teilbeleuchtungen betrei
ben. Weitere externe Taster können parallel geschaltet
werden. Selbstverständlich können auch ferngesteuerte Ein-
und Ausschaltsignale parallel zu den Tastersignalen einge
speist werden.