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1.) Wolfgang Schindler, München 2.) Christian-Helmut Katz, München
Elektrischer Schalter Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen
Schalter mit einer Kontaktplatte, welche bei Fingerberührung durch das Auftreten
eines kapazitiv ausgelösten oder durch die Haut fließenden Stromes ein Durchschalten
des Schalters auslöst.
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Kapazitiv oder durch Haut ströme auslesbare Schalter sind beispielsweise
bereits bei Fernsehgeräten bekannt.
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Im Hihblick auf diesen Stand der Technik ist es Ziel der vorliegenden
Erfindung, einen derartigen elektrischen
Schalter so weiterzubilden,
daß er für Leistungszwecke - beispielsweise als Lichtschalter - verwendbar ist.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Schalter einen
Flip-Flop-Kreis und ein von dem Flip-Flop-Kreis gesteuertes Leistungshalbleiterelement
aufweist.
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Bei eine derartigen elektrischen Schalter erweist es sich als zweckmäßig,
wenn als Leistungshalbleiterelement ein Triac verwendet wird, während der Flip-Flop-Kreis
als COS-MOS-Logikelement aufgebaut ist.
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Zur Kontrolle des Schalt zustandes des-elektrischen Schalters kann
vorzugsweise eine Miniaturlampe vorgesehen sein.
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Um zu erreichen, daß der Schaltvorgang selbst möglichst leistungs-
und oberwellenarm durchgeführt wird, erweist es sich. als zweckmäßig, wenn zwischen
dem Flip-Flop-Kreis und dem Leistungshalbleiterelement ein Nulldurchgangsfeststellkreis
vorgesehen ist.
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Um einen derartigen elektrischen Schalter derart weiterzubilden,
daß er gleichzeitig als Hell-Dunkel-Schalter verwendbar ist, erweist es sich als
zweckmäßig, wenn zwischen dem Flip-Flop-Kreis und dem Beistungshalbleiterelement
ein Komparator vorgesehen ist, welcher an seinen beiden Vergleichseingängen von
je einem Zähler ein digitales Signal erhält, wobei der eine Zähler in Abhängigkeit
eines Oszillators innerhalb jeder Periode des Wechselstromes bis zu einem vorgegebenen
Wert zählt, während der zwei te Zähler einen vorgegebenen Zählwert, der durch zwei
weitere Kontaktplatten beliebig erhöht oder erniedrigt werden kann, kontinuierlich
an den Komparator abgibt.
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Damit ein derartiger elektrischer Schalter an beliebiger Stelle als
Lichtschalter verwendet werden. kann, erweist es sich als zweckmäßig, wenn derselbe
in Form eines Lichtschalters ausgebildet ist, der anstelle mechanischer Lichtschalter
in Unterputzdosen einsetzbar ist.
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Die Erfindung soll nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen
ist. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Schalters, und Fig. 2 ein Blockdiagramm einer mit eine Hell-Dunkel-Schaltung versehenen
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalters.
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So wie man anhand von Fig. 1 erkennen kann, besteht der erfindungsgemäße
elektrische Schalter aus einer Berührungstaste T mit zwei Kontaktflächen,-von welchen
die eine geerdet ist, während die andere über einen Widerstand R mit einem Flip-Flop-Kreis
FF verbunden ist. Dieser Flip-Flop-Kreis FF führt über einen Nullpunkt schalter
NS an einen Triac Tr, welcher zwischen dem Netz und dem Verbraucher geschaltet ist.
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Der in Fig. 1 dargestellte elektrische Schalter arbeitet wie folgt:
Sobald die Berührungstaste T mit- einem Finger berührt wird, bildet sich ein Stromkreis
über die beiden Kontaktstellen und den nicht unendlichen Hauptwiderstand des menschlichen
Körpers aus, so daß ein Strom in der Größenordnung von Mikroampère zu fließen gelangt.
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Dieser Strom fließt über den Widerstand R zu dem Flip-Flop-Kreis FF,
welcher dadurch seinen Schaltzustand ändert. Entsprechend
dem Ausgangssignal
des Flip-Flop-Kreises FF wird ein Nullpunktfeststellkreis NS gesteuert, welcher
in einem der beiden Schaltzustände des Flip-Flop-Kreises FF im Nulldurchgang der
Netzfrequenz Zündsignale an den Triac Tr leitet. Da somit der Triac Tr jeweils nur
im Nulldurchgang der Netzfrequenz geschaltet wird, ergibt sich eine leistungsarme
und oberwellenarme Umschaltung des elektrischen Schalters.
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Aufgrund der Tatsache, daß zum Aufbau eines derartigen elektrischen
Schalters - insbesondere des Flip-Flop-Kreises FF - eine COS-MOS-Logik verwendet
wird, ergibt sich ein relativ niedriger Herstellungakreis eines derartigen elektrischen
Schalters. Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer COS-MOS-Logik besteht darin,
daß dieselbe gegenüber Speisespannungsändrungen relativ unempfindlich ist, so daß
der Stromversorgungskreis des elektrischen Schalters relativ einfach ausgebildet
werden kann.
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Im folgenden soll nunmehr auf die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen elektrischen Schalters Bezug genommen werden, welcher zusätzlich
mit einer Hell-Dunkel-Steuerung versehen ist. Gemäß Fig. 2 ist eine Kontaktplatte
1 vorgesehen, welche in etwa der Kontaktplatte T von Fig. 1 entspricht. Die Kontaktplatte
T1 weist zwei Kontaktflächen auf, von welchen die eine geerdet ist, während die
andere über einen Widerstand R mit einem Flip-Flop-Kreis FF verbunden ist, der ausgangeseitig
mit dem Steuereingang eines Komparators verbunden ist. Dieser Komparator Comp führt
ausgangsseitig zu einem Triac Tr, welches zwischen dem Netz und dem Verbraucher
angeordnet ist.
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Die beiden Vergleichseingänge des Komparators Comp führen zu Je einem
Zähler Z1 und Z2, welche beide mit einem
Oszillator Osz verbunden
sind. Der Zähler Z2 ist als Vor-und Rückwärts zähler ausgebildet -und über entsprechende
Widerstände R1 und R2 mit je einer Kontaktfläche von zwei Kontaktplatten T2 und
T3 verbunden, wobei diese Kontaktplatten T2 und T3 ähnlich wie die Kontakt platte
T1 ausgebildet sind. Die anderen Kontaktflächen der beiden Kontaktplatten T1 und
T2 sind geerdet.
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Der in Fig. 2 dargestellte elektrische Schalter arbeitet wie folgt:
-Sobald die Kontaktplatte T1 mit dem Finger berührt wird, bildet sich ein Stromkreis
über die Kontaktplatte T1 und den Hauptwiderstand des menschlichen Körpers aus.
Dieser Strom fließt über den Widerstand R zu dem Flip-Flop-Kreis FF, welcher somit
seinen Zustand ändert. In Abhängigkeit dieses Flip-Flop-Kreises FF wird der Komparator
Comp gesteuert, welcher wiederum ausgangsseitig mit dem Triac Tr verbunden ist.
Die Zündung des Triacs Tr wird in diesem Fall nicht mehr wie bei der Ausführungsform
von Fig. 1 im Bulldurchgang der Netzfrequenz, sondern zu einem vorgegebenen Zeitpunkt
in bezug auf den Nulldurchgang der Netzfrequenz durchgefUhrt.
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Der Zeitpunkt der Zündung.des Triacs Tr wird innerhalb des Komparators
Comp in Abhängigkeit der Zähler Z1 und Z2 festgelegt. Der Zähler Z1 ist dabei derart
ausgebildet, daß derselbe innerhalb einer Sinushalbwelle der Netzfrequenz bis zu
einem vorgegebenen Wert - beispielsweise 30 - zählt, wobei die Zählfrequenz durch
den Oszillator Osz festgelegt wird. Der Zähler Z2 ist hingegen als Vor- und Rückwärtszähler
ausgebildet, wobei bei Berührung der Kontaktplatte T2 eine Hochzählung folgt, während
bei Berühren der Kontaktplatte T3 eine Herunterzählung vorgenommen wird. Der innerhalb
des Zählers Z2 vorhandene Zählzustand wird dann über eine Mehrfachleitung digital,
Und zwar
kontinuierlich an den Komparator Comp geleitet. Der-Komparator
Comp gibt an den Triac Tr ein Zündsignal ab, sobald der Zählwert des Zählers Z1
dem kontinuierlich vorliegenden Zählwert des Zählers Z2 entspricht. Der Zählwert
des Zählers Z2 kann jedoch in Abhängigkeit der Berührung der Kontaktplatten T2 und
T3 verändert werden, so daß dadurch der Zeitpunkt der Abgabe eines Zündsignals von
dem Komparator Comp an den Triac Tr beeinflußt werden kann.
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Dies bedeutet, daß - neben der normalen Schaltfunktion des elektrischen
Schalters, welche in Abhängigkeit der Kontaktplatte T1 gesteuert wird - zusätzlich
eine Hell-Dunkel-Schaltung in Abhängigkeit der Bildung der Kontakt platten T2 und
T3 vorgenommen werden kann.
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Auch bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen
Schalters erweist es sich als zweckmäßig, eine COS-MOS-Logik zu verwenden, welche
im Hinblick auf ihre Stromversorgung relativ geringe Anforderungen stellt.
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Um den Herstellungspreis eines derartigen Schalters möglichst niedrig
zu halten, kann dabei die COS-KOS-Logik nicht nur den Flip-Flop-Kreis FF, sondern
auch den Oszillator Oez, die beiden Zähler Z1 und Z2 und den Komparator Comp umfassen.
Eine derartige COS-MOS-Schaltung ist dabei zweckmäßig als COS-MOS-Kundenkreis ausgebildet.
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Da bei dieser Ausführungsform nicht mehr im Nulldurchgang der Netzfrequenz
geschaltet wird, muß zusätzlich eine handelsübliche Entstörungsdrossel vorgesehen
sein, damit die durch die Anschlußsteuerung bedingten Spannungsspitzen unterdrückt
werden. Zweckmäßig ist ferner eine derartige Schaltung mit einem Trimmer verwehen,
mit welchem die Geschwindigkeit einer Verstellung der Hell-Dunkel-Schaltung bei
Berührung der entsprechenden Kontaktplatten T2 und T3 eingestellt werden kann. In
den meisten Fällen kann es
ferner vorteilhaft sein, eine zusätzliche
Miniaturlampe vorzusehen, durch welche der Schalt zustand des elektrischen Schalters
angezeigt werden kann.
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Ein derartiger elektrischer Schalter ist zweckmäßigerweise als elektrischer
Lichtschalter ausgebildet, wobei die Formgebung des elektrischen Schalters derart
gewählt ist, daß derselbe in eine Unterputzdose eingebaut werden kann. Die vordere
Platte eines derartigen elektrischen Lichtschalters ist dabei bei der in Fig. 1
dargestellten Ausführungsform ähnlich wie der vordere Schalterdeckel eines Kippschaltets
ausgebildet, wobei jedoch anstelle des Kippschalters eine der Größe des menschlichen
Fingers entsprechende Ausnehmung mit zwei miteinander rechteckförmigen, metallischen
Kontaktflächen verwehen ist, zwischen welchen eine Berührung mit dem Finger einen
Strom in der Größenordnung von /u Ampere zum Fließen gelangt. Bei der in Fig. 2
dargestellten Ausführungsform ist zweckmäßigerweise die Kon aktplatte T1 für die
Ein- und Ausschaltung des elektrischen Schalters in der Mitte des Schalterdeckels
angeordnet, während beispielsweise oberhalb und unterhalb dieser Kontakt platte
T1 die beiden weiteren Kontakt platten T2 und T3 für die Hell-Dunkel-Schaltang angeordnet
sind.
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In manchen Fällen kann es sich als vorteilhaft erweisen, - anstelle
der Kontaktplatten T1 - T3 mit jeweils zwei Kontaktflächen,zwischen welchen ein
Ohmscher Stromfluß zum Fließen gelangt, - Kontaktplatten vorzusehen, welche kapazitiv
betätigt werden. In diesem Fall muß jedoch eine höhere Frequenz als die Netzfrequenz
- beispielsweise 1o kHz - verwendet werden, damit durch die Annäherung des menschlichen
Körpers an die Kontaktplatten eine hinreichend große Kapazitätsänderung auftritt.
Die in den Fig. 1 und 2
dargestellten elektrischen Schaltkreise
müssen somit zusätzlich mit einem Oszillator versehen werden, welcher das nötige
niederfrequente Signal für die kapazitive Betätigung der Kontaktplatten liefert.