DE2020399A1 - Elektronischer Annaeherungsschalter fuer Elektroinstallationen fuer den Hausgebrauch - Google Patents

Description

• Elektronischer Annäherungsschalter flir Elektroinstallationen für den Hausgebrauch In der Elektroinstallationstechnik werden zur Zeit ausschließlich Schalter mit festen und mechanisch bewegbaren, metallischen Kontaktstilcken verwendet. Sie sind als Drehschalter, Kippschalter und vorzugsweise Wippenschalter aufgebaut. Diese Schalter erfordern einen sorgfältigen Aufbau, um sowohl ein sicheres Schalten zu gewährleisten und unzulässiges Erwärmen an den Kontaktteilen und Anschlußklemmen auszuschließen, als auch Isolationsfehler, die den den Schalter Bedienenden gefährden können, zu vermeiden.
• Die Elektronik ermöglicht den Aufbau von elektronischen, kontaktlosen Schaltern, die allein bei einer Finger-, Handberührung oder -Ännäherung eines Schalterteiles oder an einen Schalterteil wirksam werden und eine Zusandsänderung bzw. einen Impuls in einen Steuerkreis herbeiführen, mittels dessen nachgeschaltete Schaltglieder, z.B. ein den zu schaltenden Stromkreis betätigendes Relais, beeinflußt, werden. Die bekannten elektronischen Schalter arbeiten entweder als abgestimmte Brückenschaltung mit einer Brückenkapazität, die bei einer Fingerberührung verstimmt wird oder mit einer Glimmröhre mit Steuerelektroden bzw. einem Steuergitter, deren Kapazität zwischen der Kathode und der Steuerelektrode bei Annäherung der Hand an die Glimziröhre verändert wird. Bekannt sind ferner Berührungsschalter mit Kontaktstücken aus leitendem Material, bei deren Berührung durch einen menschlichen Finger der Basis-Emitter-Stromkreis eines Transistors geschlossen wird, der seinerseits eine angeschlossene Schalteranordnung mit einem zu schaltenden Relais steuert.
• Die bekannten Berührungs- bzwO Annäherungsschalter zeichnen sich durch eine hohe B erührung s sicherheit, großen Bedienungskomfort und evtl. auch durch eine kontaktlose und geräuschlose Schaltung aus.
• Sie sind Jedoch mit beträchtlichen Nachteilen behaftete In vielen Fällen ist sogar der Benutzer gefährdert, weil bei einer Störung im Schalter die gesamte Steuerspannung an den zu bertihrenden metallischen Steuerelektroden liegen kann. Für die Elektroinstallationstechnik für den Hausgebrauch sind sie auch deshalb ungeeignet, weil sie zu vielteilig'und zu aufwendig sind und so groß ausfallen, daß man sie in den üblichen Installationsdosen nicht unterbringen kann. Da szn einem Installateur die Reparatur eines elektronischen Schalters normalerweise nicht zumuten kann, wird die luswechslung aufwendiger elektronischer Schalter gegenüber den bisherigen mechanischen Schaltern auch teuer, so daß sich ein aufwendiger elektronischer Schalter in der Installlationstechnik für den Hausgebrauch nicht durchsetzen kann.
• Wegen der Einfachheit seines Aufbaues und wegen der Kleinheit hatte in der Installationstechnik für den Hausgebrauch ein kapasitiv arbeitender Annäherungsschalter mit einer Glimmlampe als Ansprechelement Aussicht auf eine Verwendung. Die Betriebssicherheit eines derartigen Schalters hängt Jedoch eng mit der Zündspannung einer Glimmlampe zusammen. Glimmlampen mit sehr engen Zündungstoleranzen können aber sur Zeit nicht wirtschaftlich hergestellt werden. Außerdem verändert sich die Zündspannung einer Glimmlampe mit der Alterung, wodurch die Funktion des Schalters ebenfalls beeinträchtigt wird.
• Der einfache Glimmlampenschalter ist unter den gegenwärtigen Umständen für die praktische Verwendung nicht geeignet.
• Die Erfindung hat zur Aufgabe, einen elektronischen Annäherungsschalter für die Elektroinstallation für den Hausgebrauch zu schaffen der aus wenigen Einzelteilen besteht und gegen äußere Einflüsse unempfindlich ist. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß neben dem Relais die drei Grundelemente Transistorenkreis, Steuerkreis und der den Schalter mit Energie aus dem Netz versorgende Gleichrichterstromkreis zu einem in einer Unterputzdose von 58 mm Durchmesser nach DIN 49 o73 Blo 1 montierbaren und an das Netz anschließbaren Bauelement zusammengefaßt sind.
• Für die Gestaltung des Transistorenkreises gibt es drei verächiedene Möglichkeiten jUr einen gedrängten Aufbau* Nach der ersten Xöglichkeit besteht der Transistorenkreis aus einer integrietten Schaltkreiskombination aus einem Mos-Fet (Metalloxyd-Feldeffekt-Transistor) und NPN-Transi stor, der Steuerkreis aus einet Steuerkondensator, der über eine Diodenschaltung, die als kapazitiver Spannungsteiler wirkt, an daß Gate (Gitter) des Mos-Fet angeschlossen ist.
• Die zweite Möglichkeit liegt darin, daß der Transistorenkreis aus einem Schalttransistor für das Relais mit vorgeschalteter Diode und einem Basiswiderstand besteht und der Steuerkreis aus einem Steuerkondensator und einem als Spannung steiler nachgeschalteten Kondensator, zwischen denen ein mit der Diode verbundener Wechselstromverstärker angeschlossen ist.
• Weiterhin kann man den Transistorkreis und Steuerkreis als durch Induktionsspulen rückgekoppelten Meißner-Oszillator aufbauen.
• In der praktischen Ausgestaltung ist der Steuerkondensator bzwO die Oszillatorkreisspule in der Dose frontal angeordnet.
• Anstelle eines Impulsrelais läßt sich gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken auch ein Triac mit an sich bekanntem bistabilen Multivibrator als Ansteuerungsglied verwenden.
• Zur Kleinhaltung des Stromversorgungsteiles besteht dieses-aus einem Gleichrichter, Ladekondensator,- Vorwiderstand und einer -Zenerdiode.
• In der beiliegenden Zeichnung werden in Busflihrungsbeispielen von Schaltungen drei Möglichkeiten eines Schalteraufbaues wiedergegeben.
• Nach Figur 1 ist der Steuerkondensator C 1 mit einem hochohmigen Widerstand R 2 an die Netzspannung angeschlossen. Das andere Ende des Kondensators liegt an einer Gleichrichterschaltung, bestehend aus der Diode D 1, dem Widerstand R 1 und dem Ladekondensator C 20 Der Transistor ist eine integrierte Schaltkreiskombination T 1 aus einem Mos-Fet (Metalloxyd-Feldeffekt-Transistor) und aus einem NPN-Silizium-Transistor, die einen sehr hohen Eingangswiderstand besitzt.
• Der Stromversorgungsteil besteht aus einem Gleichrichter D 3, Ladekondensator C 3, Vorwiderstand R 4 und der Zenerdiode D 20 Der Steuerkondensator a 1 ist so bemessen, daß die, durch die Handannäherung erzeugte Kapazitätsänderung eine so große Wechselspannung an die Gleichrichterschaltung D 1, R 1 und C 2 zuführt, daß die Gitter des Mos-Fet angesteuert werden. Das Relais R zieht an. Verwendet wird ein Impulsrelais, so daß bei der ersten Annäherung das Relais R anzieht und der Kontakt schließt und bei der zweiten Annäherung der Kontakt wieder geöffnet wird.
• Der Verbraucherstromkreis V liegt an den Schaltkontakten des Relais Ro Gemäß Figur 2 ist der Steuerkondensator C 1 ebenfalls Ueber einen hochohmigen Widerstand R 2 an die Netzspannung angeschlossen. Das andere Ende des Steuerkondensators C 1 liegt am Kondensator C 4 als Teil eines Spannungsteilers. Gleichzeitig wird über diesen Anschluß der Wechselspannungs-Verstärker T 2 angesteuert.
• Am Ausgang des Wechselspannungs-Verstärkers liegt eine Gleichrichteranordnung, bestehend aus der Diode D 4 und dem Widerstand R 5. Die gleichgerichtete Spannung steuert den Transistor T 3 und das Relais R an. Die Stromversorgung erfolgt direkt aus dem Netz über den Gleichrichter D 3, Ladekondensator C 3, Vorwiderstand R 4 und die Zenerdiode D 20 Der Steuerkondensator C 1 und der Kondensator C 4 des Spannungsteilers sind so gewählt, daß im Normalzustand am Verstärkereingang keine Wechsel spannung anliegt.
• Wird durch Handannähorung die Steuerkapazität des Steuerkondensators 0 1 verändert, so ändert sich auch die Wechselspannung am Verstärkereingang, und über die beschriebene Gleichrichterschaltung wird der Transistor T 3 angesteuert und das Relais R zieht an. Bs wird bei dieser Schaltung ebenfalls ein Impulsrelais eingesetzt, daß bei der ersten Betätigung einochaltet und bei der zweiten Betätigung ausschaltet. Der Verbraucherstromkreis V liegt ebenfalls an den Schaltkontakten des Relais IL.
• Die Empfindlichkeit der Schaltung kann durch die Verstärkung des eingesetzten Wechselspannungs-Verstärkers T 2 erhölt werden.
• Während bei den vorangehend beschriebenen Schaltungen nach den Figuren 1 und 2 als Schaltkriterium eine durch Handbetätgung erzeugte Kapazitätsänderung verwendet wurde, wird bei der Schaltung nach Figur 3 eine durch eine Handannäherung erzeugte Dämpfung an einen offenen Schwingkreis eines Oszillators su Schaltzwecken ausgenutzt. Der Transistor T 4 arbeitet nach der bekannten Meißner-Schaltung. Die Spulen L 1 und L 2 sind flächenförmig ausgebildet. Die Rückkopplung ist so eingestellt, daß der Oszillator sich noch gerade im Schwingenden Zustand befindet. Durch Handannäherung wird der Oszillator-Schwingkreis so gedämpft, daß die Schwingungen aussetzen und das Relais R abfällt.
• Die Stromversorgung erfolgt direkt von dir Netzspannung über den Gleichrichter D 3, Ladekondensator C 2, Vorwiderstand R 4 und die Zenerdiode D 2. Auch hier ist der Verbraucherstromkreis V an den Schaltkontakten des Relais R angeschlossen.
• Die drei beschriebenen Schaltungen sind so aufgebaut, daß sie anstelle der bekannten Unterputz-Lichtschalter in eine 58 mm Unterputzdose nach DIN 49 o73 Blatt 1 eingesetzt werden können.
• Der Steuerkondensator bzw. die Schwingkreise werden frontal angeordnet und mit einer Isolierschicht als Beruhrungsschutz Eberzogen.
• In allen drei Fellen kann, wie bereits einleitend auggeführt, das Relais R durch entsprechende Schaltungsmaßnahmen durch einen Triac ersetzt werden. In diesem Fall arbeiten die Schaltungen kontaktlos.

Claims (5)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Elektronischer Annäherungsschalter für Elektroinstallationen fUr den Hausgebrauch, dessen Steuerimpulse den zu schaltenden Stromkreis ueber ein Relais oder dglo betätigen (schließen oder öffnen), dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Relais (R) die drei Grundelemente Transistorenkreis, Steuerkreis und beide mit Energie aus dem Netz versorgender Gleichrichterstromkreis zu einem in einer Unterputzdose von 58 mm Durchmesser nach DIN 49 o73 Blatt 1 montierbaren und an das Netz anschließbaren Bauelement zusammengefaßt sind.

2. Elektronischer Annäherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistorenkreis aus einer integrierten Schaltkreiskombination (T 1) aus Mos-Fet (Metalloxyd-Feldeffekt-Transistor) und NPN-Transistor besteht, der Steuerkreis aus einem Steuerkondensator (C 1), der huber eine Diodenschaltung (D 1, R 1 C 2), die als kapazitiver Spannungsteiler wirkt, an das Gate (Gitter) des Mos-Fet angeschlossen ist0

3. Elektronischer Annäherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistorenkreis aus einem Schalttransistor (T 3) für das Relais (R) mit vorgeschalteter Diode (D 4) und einem Basiswiderstand (R 5) besteht und der Steuerkreis aus einem Steuerkondensator (C 1) und einem als Spannungsteiler nachgeschalteten Kondensator (C 4), zwischen denen ein mit der Diode (D 4) verbundener Wechselstromverstärker (T 2) angeschlossen ist.

4. Elektronischer Annäherungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistorenkreis und Steuerkreis als durch Induktionsspulen (L 1, L 2) ruckgekoppelter MeiBner-Oszillator (T 4, R 6, C 5) aufgebaut sind0

5. Elektronischer Annäherungsschalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkondensator (C 1) bzw0 die Oszillatorkreisspulen (L 1, L 2) in der Dose frontal angeordnet sind.

60 Elektronischer Annäherungsschalter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Impulsrelais (R) ein Triac mit an sich bekanntem bistabilen Multivibrator als Ansteuerungsglied verwendet wird.

70 Elektronischer Annäherungsschalter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der am Netz anzuschließende Stromversorgungsteil aus einem Gleichrichter (D 3), Ladekondensator (C 3), Vorwiderstand (R 4) und einer Zenerdiode (D 2) besteht.