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Elektronisches, beruhrungslos arbeitendes Schaltgerät Zusatz zu Patent
........ (Patentanmeldung P 19 51 1)7.6) Das Hauptpatent (Patentanmeldung P 19 51
137.6) betrifft ein elektronisches, berührungslos arbeitendes Schaltgerät, das über
insgesamt zwei Ånschlußleitungen einerseits an eine Spannungsquelle und andereseits
an einen Verbraucher anschließbar ist bestehend aus einem von außen beeinflußbaren
Oszillator, einem von dem Oszillator betätigten elektronischen Schalter und einer
Speiseschaltung für den Oszillator.
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Das Hauptpatent (Patentanmeldung P 19 51 157.6) geht von folgendem
aus: Schaltgerät der eingangs beschriebenen Art, die also kontaktlos ausgeführt
sind, werden in zunehmendem Maße anstelle von mechanisch betätigten elektrischen
Schaltgeräten, die kontaktbehaftet ausgeführt sind, in elektrischen Meß-, Steuer-
und Regelkreisen verwendet. Da diese Sehaltgeräteim Gegensatz zu mechanisch betätigten
elektrischen Schaitgeräten einer Hilfsspannung für den Oszillator bedürfen, besteht
ein Problem bei der praktischen Ausgestaltung dieser eletronischen Schaltgeräte
in der Schaffung einer entsprechenden Speiseschaltung zur Erzeugung der vom Oszillator
benötigten Hilfsspannung, ein Problem, dessen Lösung deswegen Sc-lwierigkeiten bereitet,
weil insgesamt nur zwei Anschlußleitungen zur Verfügung stehen.
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Bei einer bekannten Ausführungsform eines elektronischen Schaltgerätes
der eingangs beschriebenen Art besteht die Speiseschaltung für den Oszillator aus
einer Reihenschaltung eines relativ hochohmigen Hilfssiderstandes und einer Zenerdiode,
wobei diese Reihenschaltung der Schaltstrecke des elektronischen Schalters, nämlich
der Schaltstrecke eines Thyristors, parallel geschaltet ist und die für den Oszillator
benötigte Hilfsspannung an der Zenerdiode
abgenommen wird. Um auch
bei "geschlossenem" elektronischen Schalter, d.h. bei durchgeschaltetem Thyristor,
die notwendige Hilfsspannung für den Oszillator erzeugen zu können, wird der Thyristor
in Anschittsteuerung mit einem Anschnittwinkel größer Null betrieben. Diese bekannte
Ausführungsform ist insoweit nachteilig, als einer seits für eine einwandfreie Funktion
der Verbraucherwiderstand klein sein muß gegenüber dem Hilrswiderstand, andererseits
wegen der verwirklichten Anschnittsteuerung die Spannung der Spannungsquelle einen
relativ hohen Wert haben muß, wenn anders die durch die Anschnittsteuerung vorgenommene
Aufteilung der Spannung in Verbraucherspanijung und Hilfsspannung entweder zu einer
zu geringen Verbraucherspannung oder zu einer zu geringen Hilfsspannung führt.
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Darüber hinaus beeinträchtigt die verwirklichte Anschnittsteuerung
die Möglichkeit, ohne weiteres mehrere solcher Schaltgeräte parallel oder in Reihe
zu schalten.
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Bei einer anderen bekannten Ausführungsform eines elektronischen Schaltgerätes
der eingangs beschriebenen Art besteht die Speiseschaltung für den-Oszillator wiederum
aus der Reihenschaltung eines relativ hochohmigen Hilfswiderstandes und einer Zenerdiode,
wobei diese Reihenschaltung der Schaltstrecke des elektronischen Schalters, nämlich
der Schaltstrecke eines Thyristors, parallel
geschaltet ist und
die für den Oszillator benötigte Hilfsspannung an der Zenerdiode abgenommen wird.
Bei dieser Ausführungsform ist, um auch bei "geschlossenem" elektronischen Schalter,
d.h. wiederum bei durchgeschaltetem Thyristor, die notwendige Hilfsspannung für
den Oszillator erzeugen zu können, ein im Stromkreis des Verbrauchers liegender
Stromwandler vorgesehen, der einen Teil des durch den Verbraucher fließenden Stromes
gleichsam abzweigt und, gleichgerichtet, der Parallelschaltung aus Zenerdiode und
Oszillator zuführt und damit an der Zenerdiode die für den Oszillator notwendige
Hilfsspannung abfallen läßt.
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Nachteilig ist bei dieser bekannten Ausführungsform die Notwendigkeit
eines Stromwandlers, also der zusätzliche Aufwand, der das Schaltgerät größer und
teurer werden läßt.
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Der Lehre des Hauptpatentes (Patentanmeldung P 19 51 137.6) liegt
deshalb die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches' berührungslos arbeitendes Schaltgerät
der eingangs beschrlebenen Art hinsichtlich der Speiseschaltung für den Oszillator
so außzugestalten, daß einerseits unter Verzicht auf einen zusätzlichen Stromwandler
oder ein anderes, der Erzeugung der Hilfsspannung für den Oszillator bei geschlossenem
elektronischen Schalter dienendes Bauelement die für den Oszillator erforderliche
Hilfsspannung in weiten Grenzen unabhängig vom Verbraucherwiderstand und von
der
Höhe der Spannung der Spannungsquelle erzeugt werden kann, daß andererseits ohne
weiteres mehrere solcher Schaltgeräte parallel oder in Reihe geschaltet werden können.
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Diese Aufgabe ist nach Lehre des Hauptpatentes (Patentanmeldung P
19 51 157.6) im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Speiseschaltung für den Oszillator
aus einem in Reihe mit der Schaltstrecke des elektronischen Schalters liegenden
Halbleiterventil und einem parallel zu der Schaltstrecke des e lektrohschen Schalters
liegenden, relativ hochohmigen Hilfswiderstand besteht, wobei die unmittelbar gegenständliche
Lehre des Hauptpatentes (Patentanmeldung P 19 51 157.6) dahin geht, daß in Reihe
mit der Schaltstrecke des elektronischen Schalters eine Zenerdiode liegt. Bei dem
Schaltgerät nach Lehre des Hauptpatentes (Patentanmeldung P 19 51 1376) wird also
unabhängig davon, ob der elektronische Schalter geschlossen ist oder nicht, stets
ein Strom über die Zenerdiode geführt, der an der Zenerdiode in Form der Zenerspannung,
ca. 5 bis 6 V, die für den Oszillator erforderliche Hilfsspannung erzeugt. Bei geschlossenem
elektronischen Schalter fließt nämlich der durch den elektronischen Schalter fließende
Strom, bei geöffnetem elektronischen Schalter der durch den Hilfswiderstand fließende
Strom durch die Parallelschaltung aus Zenerdiode
dem Oszillator
betätigten elektronischen Schalter und einer Speiseschaltung für den Oszillator,
bei dem die Speiseschaltung für den Oszillator aus einem in Reihe mit der Schaltstrecke
des elektronischen Schalters liegenden Halbleiterventil und einem parallel zu der
Schaltstrecke des elektronischen Schalters liegenden, relativ hochohmigen Hilfswiderstand
besteht, nach Patent . ... ... (Patentanmeldung; P 19 51 1 37.6), und besteht darin,
daß als Halbleiterventil ein Thyristor vorgesehen ist und daß die Steuerelektrode
des Halbleiterventils silber einen passiven Zweipol an die Anode des Halbleiters
angeschlossen ist.
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Als passiver Zweipol kann ein Widerstand vorgesehen werden» wenn gleichzeitig
die Steuerelektrode des Halbleiterventils über einen weiteren Widerstand an die
Kathode des Halbleiterventils angeschlossen wird. Vorzugsweise ist Jedoch als passiver
Zweipol eine Zenerdiode vorgesehen. Wird als passiver Zweipol eine Zenerdiode vorgesehen,
so hat das den Vorteil, daß das Halbleiterventil stets exakt be der Zenerspannung
durchzündet, an sich gegebene unterschiedliche Steuerspannungen t'gleicher" Halbleiterventile
unberücksichtigt bleiben können.
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Schließlich empfiehlt es sich, dem Halbleiterventil die
und
Oszillator, fällt also an der Zenerdiode die für den Oszillator erforderliche Hilfsspannung
ab.
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Das elektronische, berührungslos arbeitende Schaltgerät nach Lehre
des Hauptpatentes (Patentanmeldung P 19 51 137.6) hat sich in der Praxis bereits
außerordentlich bewährt, da bei diesem Schaltgerät alleine durch die Zenerdiode
und den Hilfswiderstand die Erzeugung der für den Oszillator erforderlichen Hilfsspannung,
in weiten Grenzen vom Verbraucherwiderstand und in Höhe der Spannung der den Verbraucher
speisenden Spannungsquelle unabhängig, sichergestellt ist, wobei ohne weiteres mehrere
deser Schaltgeräte parallel oder in Reihe geschaltet werden können.
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Hinsichtlich des Spannungs- und Leistungsabfalls in der Speiseschaltung
ist das elektronische, berührungslos arbeitende Schaltgerät nach Lehre des Hauptpatentes
(Patentanmeldung P 19 51 137.6) Jedoch noch verbesserungsfähig, worin die der Erfindung
zugrunde liegende Aufgabe liegt.
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Die Erfindung betrifft ein elektronisches, berührungslos arbeitendes
Schaltgerät, daß Uber insgesamt zwei Anschlußleitungen einerseits an eine Spannnungsquelle
und andererseits an einen Verbraucher anschließbar ist, bestehend aus einem von
außen beeinflußbaren Oszillator, einem von
Reihenschaltung aus einer
Diode und einem Kondensator parallel zu schalten, - und die Hilfsspannung für den
Oszillator an dem Kondensator abzugreifen.
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Der durch die Erfindung gegenüber der Lehre des Hauptpatentes (Patentanmeldung
P 1951 137.6) erreichte technische Fortschritt ist in folgendem zu sehen: Während
bei dem elektronischen, berührungslos arbeitenden Schaltgerät nach Lehre des Hauptpatentes
(Patentanmeldung P 19 51 137X6) bei "geschlossenem" elektronischen Schalter an der
Zenerdiode die Zenerspannung in der Größenordnung von 5 bis 6 V als unerwünschter
Spannungsverlust und das Produkt aus der Zenerspannung und dem Strom durch den elektronischen
Schalter als unerwünschter Leistungsverlust immer noch beachtlich sind, tritt bei
dem erfindungsgemäßen elektronischen, berührungslos arbeitenden Schaltgerät ein
wesentlich geringerer Spannungs- und Leistungsverlust auf. Tatsächlich fällt namlich
nur kurzzeitig, bis das als Thyristor ausgeführte Halbleiterventil durchgezündet
hat, die Zenerspannung als Spannungsverlust und das Produkt aus der Zenerspannung
und dem durch den elektronischen Schalter fließenden Strom als Leistungsverlust
auf, während nach dem Durchzünden des als Thyristor
Halbleiterventils nur der Spannungs- und Leistungsverlust
an dem
Halbleiterventil noch auftritt. Quantitativ liegen die Verhältnisse so, daß der
Spannungs- und Leistungsverlust bei dem erfindungsgemäßen elektronischen, berührungslos
arbeitenden Schaltgerät nur noch ca. ein Drittel bis ein Zehntel des Spannungs-und
Leistungsverlustes ausmacht, der bei dem elektronischen, berührungslos arbeitenden
Schaltgerät nach Lehre des Hauptpatentes (Patentanmeldung P 19 51 137.6) auftritt.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert; die einzige Fig. zeigt das Schaltbild einer
bevorzugten Ausführungsf orm eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes für einen Wechselstrom-
Verbraucher.
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Das in der Fig. dargestellte elektronische Schaltgerät 1 arbeitet
berührungslos, d.h., es spricht auf ein sich annäherndes, in der Fig. nicht dargestelltes
Metallteil an, und ist über insgesamt zwei Anschlußleitungen 2,3 einerseits an eine
Spannungsquelle 4 und andererseits an einen Verbraucher 5 angeschlossen.
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In seinem grundsätzlichen Aufbau besteht das dargestellte elektronische,
d.h. kontakt lose Schaltgerät 1 aus einem
von außen, nämlich durch
das Metallteil, beeinflußbaren, d.h. bedämpfbaren Oszillator 6, einem von dem Oszillator
6 betätigten elektronischen Schalter 7, im dargestellten Ausführungsbeispiel einem
Thyristor, und einer Speiseschaltung 8 zur Erzeugung der für den Oszillator 6 erforderlichen
Hilfsspannung. Zwischen dem Oszillator 6 und dem elektronischen Schalter 7 ist im
übrigen noch ein Kippverstärker 9 vorgesehen, der in Abhängigkeit vom Zustand des
Oszillators 6 den elektronischen Schalter 7 durchschaltet.
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Auf die in der Fig. dargestellte Ausführungsform des Oszillators 6
einzugehen, erübrigt sich, da diese nicht Gegenstand der Erfindung ist. Aus dem
gleichen Grund erübrigt es sich, auf die dargestellte Ausfuhrungform des Kippverstärkers
9 einzugehen.
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Die Speiseschaltung 8 für den Oszillator 6 besteht aus einem in Reihe
mit der Schaltstrecke des elektronischen Schalters 7 liegenden Halbleiterventil
lo und einem parallel zu der Schaltstrecke des elektronischen Schalters 7 liegenden>
relativ hochohmigen Hilfswiderstand 11.
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Als Halbleiterventil 10 ist ein Thyristor vorgesehen Die Steuerelektrode
12 des Halbleiterventils lo ist über einen passiven Zweipol 13 an die Anode 14 des
Halbleiterventils lo
angeschlossen, während die Kathode 15 des
Halbleiterventils lo mit der allgemeinen Masseleitung 16 verbunden ist.
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Im übrigen ist als passiver Zweipol 13 eine Zenerdiode vorgesehen.
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Schließlich ist dem Halbleiterventil lo die Reihenschaltung aus einer
Diode 17 und einem Kondensator 18 parallel geschaltet, - wobei die Hilfsspannung
für den Oszillator 6 an dem Kondensator 18 abgenommen wird.
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Die Arbeitsweise der Speiseschaltung 8 des erfindung gemäßen Schaltgerätes
1 ist Zußerst einfach: Unabhängig davon, ob der elektronische Schalter 7 geschlossen
ist oder nicht, steigt die Spannung an den Kondensator 18 so lange an, bis das Halbleiterventil
lo über den Zweipol 13 gezündet wird. Während die in dem Kondensator 18 gespeicherte
Spannung als Hilfsspannung für den Oszillator 6 zur Verfügung steht, tritt ein Spannungs-
und Leistungsverlust nach dem Durchzünden des Halbleiterventils lo nur noch an diesem
auf. Z. B.
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kann der Spannungsverlust bei ca. 1 V liegen, während eine Hilfsspannung
von ca. 6 V für den Oszillator 6 gewonnen werden kann.