DE2458542A1

DE2458542A1 - Verbesserte fotosteueranlage fuer elektrische lampen

Info

Publication number: DE2458542A1
Application number: DE19742458542
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Electrotec de Occidente SA
Current assignee: Electrotec de Occidente SA
Priority date: 1973-12-14
Filing date: 1974-12-11
Publication date: 1975-06-26
Also published as: DK651874A; US4008415A; BE823356A; BR7410464D0; GB1455520A; FR2254926B1; JPS5091786A; NL7416279A; DK144990B; IT1024436B; FR2254926A1; AU7574174A; DK144990C

Description

PATENTANWÄLTE

de. ing. H. NEGrENDANK (-1973) · dipl-ing. H. HATJCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ dipping. E. GRAALFS · bipl-ing. W. WEHNERT

HAMBURG-MÜNCHEN ZUSTEI/LUNGSANSCHRIFT; HAMBURG 36 · NEUER WAII 41

TEL. 86 74 28 UND 8β 4115 EleCtrOteC de OCCidente, S.A. TEl₁EGH₁NEGEBAPATENTHAMBTrHG

MÜNCHEN 15 · MOZARTSTH. 23

Hernän Cortes Np. 3129 i_Ei.oasosse

Fraccionainiento Monraz, teiegh. negebapatent München

Guadalajara, Jalisco, Mexico

Hamburg, 5. Dezember 1974

Verbesserte.Fotosteueranlage für elektrische Lampen

Die Erfindung bezieht sich auf verbesserte Fotosteueranlagen, wie sie zur automatischen Steuerung des Anschaltens und Abschaltens von elektrischen Lampen bei Sonnenuntergang und Sonnenaufgang benutzt werden.

Ein schwerwiegender Mangel der üblichen, ge-genwärtig vorhandenen Fotosteueranlagen besteht darin, daß sie die Lampen die ganze Nacht hindurch eingeschaltet halten, (durchschnittlich 12 Stunden am Tag), was eine beträchtliche Energieverschwendung bedeutet.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Fotosteueranlage mit einer darin eingebauten elektrischen Zeiteinstellvorrichtung zu schaffen, die die Lampen nach einem programmier: ten Zeitablauf mehrere Stunden vor Sonnenaufgang abschaltet, wenn sie weniger oder überhaupt nicht nötig sind, und so an

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Energie und Lebensdauer der Lampen·spart.

Um ein Beispiel der Zweckmäßigkeit einer solchen Einrichtung und der mit ihr zu erzielenden Kostenersparnis zu geben, sei eine große Stadt ins Auge gefasst, in welcher eine Fotosteueranlage mit Zeitverzögerung installiert ist (jeweils eine für zwei Straßenlampen). Nach Mitternacht würde sich eine von jeweils zwei Lampen ausschalten, so daß bis Sonnenaufgang noch die Hälfte der Lampen der Stadt angeschaltet blieben. Diese Situation bringt offensichtlich keine Gefahren für die Bevölkerung mit sich und spart hunderte von Millionen Watt je Nacht allein in einer großen Stadt.

Anschlagbretter, große Lichtreklamen, Schaufenster usw. wurden ebenso von dieser Steuereinrichtung profitieren, die sie bei Dämmerung einschaltet und nach einer programmierten Zeitdauer abschaltet.

Ein übliche Fotosteueranlage kann diese Aufgabe nicht lösen, und elektromechanische Uhren lassen viel zu wünschen übrig.

Die Hauptnachteile der elektromechanischen Uhren sind die folgenden:

1. Sie schalten die Lampen immer zu einer vorbestimmten Stunde , ungeachtet der zeitlichen Veränderungen des Sonnenunterganges infolge der Wechsel in den Jahreszeiten.

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2. Fehler, die durch Verdunkelungen oder Frequenz- und Spannungsschwankungen in den Hauptleitungen verursacht werden, sind kumulativ.

Die elektronische Zeiteinstel!vorrichtung für die verbesserte Fotosteuer-anlage wird durch Frequenzschwankungen nicht beeinträchtigt; sie wird nicht berührt durch Spannungsschwankungen von bis zu 20 % der Nennspannung und kann keine Zeitfehler infolge von Unterbrechungen der Energie anhäufen, da sie ihre programmierte Zählung jedesmal beim Anzünden der Lampen von Null beginnt.

Die Erfindung schafft eine neue Art Fotosteuereinrichtung durch den erstmaligen Einbau einer Fotosteuerung und einer elektronischen Zeiteinstel!vorrichtung in ein und derselben Einheit.

Die Funktionen der Fotosteuereinrichtung sind wie folgt:

a) Halten der Lampen im abgeschalteten Zustand, solange noch genügend Sonnenlicht vorhanden ist,

b) Anschalten der Lampen und der elektronischen Zeiteinstellvorrichtung, wenn das Licht in der Umgebung unter, einen vorgegebenen Wert abfällt.

Die Funktionen der Zeiteinstellvorrichtung sind wie folgt:

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a) Rückstellung und Einleitung der Zählung von Null jedesmal beim Einschalten der Lampen.

b) Abschalten der Lampen nach einem vorgegebenen Zeitablauf.

Es gibt zahlreiche Möglichkeiten zur Auslegung verschiedener Stromkreise. Es werden hier drei Beispiele gegeben, um zu zeigen, wie eine elektrische Zeiteinstel!vorrichtung in drei der meist üblichen Arten von Fotosteueranlagen eingebaut werden können, und zwar:

1. Die Foto'steueranl age mit einem elektromagnetischen Relais.

2. Die Fotosteueranlage mit einem bimetal 1ischen, auf Wärme ansprechenden Relais (Thermostat).

3. Die Feststoff-Fotosteueranlage mit einem Feststoff-Relais.

Der Einfachheithalber wird ein Stromkreisbeispiel und eine Betriebstheorie für eine Zeiteinstellvorrichtung zunächst beschrieben und später darauf als "die Zeiteinstellvorrichtung" Bezug genommen.

Die Erfindung wird nunmehr mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen die Figuren 1 und 2 die Zeiteinstell vorrichtung und die Figuren 3 bis 5 die oben erwähnten wahlweise möglichen Anlagen zeigen.

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Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Zeiteinstellvorrichtung, bestehend aus-einer Gleichstromquelle (Kasten 1) und einem Oszillator (Kasten 2) sowie einem Impulszähl- und -teil kreis (Kasten 3).

Die Bezugszeichen 4 und 5 bezeichnen Wechselstromeingänge. Die Leitung 6 ist der Ausgang für das "Aus"-Signal. Bezugszeichen 7 bezeichnet die "gemeinsame" oder "Erd"-Leitung des Stromkreises.

Wenn bei dem in Fig. 2 gezeigten·Stromkreis die Last (Lampe) angeschaltet ist, dann wird auch auf die Anschlüsse 4 und 5 des Transformators 10 eine Wechselspannung übertragen. Die Sekundärwicklung des Transformators 10 liefert eine niedrige Wechselspannung an einen Vollweggleichrichter (Dioden 11 und 12). Die Gleichspannung wird von einem Kondensator 13 gefiltert und von einem I.C.-Netz 14 geregelt. Bei zahlreichen wahlweise möglichen Stromkreisen könnte sowohl der Transformator 10 (bei Austausch gegen ein Spannungsteilernetz) als auch der Spannungsregler in Fortfall kommen. Beim Empfang von Gleichspannung stellen sich die Impulszähler 8 und 9 durch den kurzzeitigen Leitzustand des Transistors 17 auf Null zurück (15, 16, 17, 18 und 19 bilden ein Rückstell/Zählnetz). Gleichzeitig beginnt der Oszillator 20 mit der Erzeugung von Viereckwellenimpulsen und sendet diese zu dem Impulszä'hl- und Teil-

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netz 8. Die Frequenz dieser Impulse wird durch das von den Elementen 21, 22, 23 und 24 gebildete Netz bestimmt.

Das Netz 22, 23 mit festen Widerständen kann durch ein temperaturabhängiges Widerstandsnetz ersetzt werden; bei Verwendung eines Thermistors in Verbindung mit einem oder mehreren festen Widerständen oder zweier Thermistoren und mehrerer fester Widerstände. Der Zweck dieser Maßnahme besteht darin, die Frequenz des Oszillators als eine Funktion der Temperatur zu verändern, und zwar sie bei kaltem Wetter wie im Winter langsamer und bei wärmerem Wetter wie im Sommer schneller zu machen. Auf diese Weise ist der Einschalteeustand im Sommer kürzer, wenn die Sonne später untergeht und die Nächte kürzer sind, und im Winter länger, wenn die Sonne früh untergeht und die Nächte länger sind.

Der integrierte Stromkreis 8 hat eine begrenzte Kapazität zur Impulszählung. Wenn diese Grenze erreicht ist, dann wird von dem integrierten Stromkreis 8 ein Viereckwellenimpuls zum integrierten Stromkreis 9 gesendet. Der integrierte Stromkreis stellt sich auf Null zurück und ist bereit, wieder eine Zählung zu beginnen.

Der integrierte Stromkreis 9 hat ebenso eine begrenzte Kapazität für die Zählung. Wenn diese Kapazität erreicht ist, dann sendet der integrierte Stromkreis 9 einen Impuls durch den Aus-

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gang 6 der Zeiteinstellvorrichtung. Dieses ist das "Aus"-Si gnal .

Diese Kette von impulszähl ern (oder Kaskadenzählern) kann verlängert werden, je nach der erwünschten Gesamtzeit, die zwischen dem Anschalten der Außenlast (Lampen) und dem "Aus"-SignaT, das von dem letzten Zähler innerhalb der Kette kommt, verstreichen soll, in Abhängigkeit von der Frequenz des Oszillators 20 und seinem Netz 21, 22, 23 und 24. Das Abschaltesignal besteht aus der ersten Viereckwelle, die von dem letzten Zähler/Teiler innerhalb dieser Kette erzeugt wird. Dieses Signal wird durch den Anschluß 6 zu dem Gatter des gesteuerten Halbleiters 31 gesendet, gezeigt, in den Figuren 3, 4 und 5.

Die gesamte Zeiteinstellvorrichtung kann in einem einzigen Element (integrierter Stromkreis) zusammengefasst oder mit getrennten bestandteilen oder jeder beliebigen anderen Kombination integrierter Stromkreise und getrennter Bestandteile zusammengebaut werden.

Bei der in Fig. 3 gezeigten elektromechanischen, relaisbetätigten Fotosteueranlage verursacht das bei Tage auf die Fotozelle 29 auftreffende Licht einen hochgradigen Leitzustand derselben und gestattet somit den Durchstrom eines ausreichenden Stromes durch die Spule 27 des Relais und zwingt es, die Kontakte 33

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elektromechanisch offen zu halten.

Die Dunkelheit nach Sonnenuntergang macht die Fotozelle 29 zu einem hochgradigen Widerstand. Der Strom durch die Spule 27 fällt ab und entspannt die elektromagnetische Kraft, die die Kontakte 33 geöffnet hielt.

Zu diesem Zeitpunkt wird die Lampe 32 angeschaltet, die Zeiteinstellung schaltet sich ein, stellt sich auf Null zurück und beginnt mit der Zählung ihres programmierten Zeitablaufs.

Nach der vorgewählten Zeitdauer sendet die Zeiteinstellvorrichtung das "Aus"-Signal zu dem gesteuerten Halbleiter 31 und versetzt ihn in den Leitzustand unter elektrischer Nebenschaltung der Fotozelle 29, die sich infolge der Nachdunkelheit noch im Zustand eines starken Widerstandes befindet.

Wenn der gesteuerte Halbleiter 31 leitend wird, dann fließt Strom durch die Spule 27 und erzwingt ein öffnen der Kontakte 33 und schaltet somit die Lampe 32 und die Zeiteinstellvorrichtung ab.

Bei Sonnenaufgang fällt der elektrische Widerstand der Fotozelle 29 unter den Wert des Widerstandes 30 ab und nimmt damit

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dem Halbleiter 31 den erforderlichen "Haltestrom" und 31 wird abgeschaltet. Es ist nundie Funktion der fotoelektrischen Zelle 29, weiterhin genügend Strom durch die Spule 27 zu leiten, um die Kontakte 33 tagsüber offen zu halten.

Der Widerstand 25 begrenzt die Spannung und den Strom durch das fotoelektrische Netz.

Die Diode 26 und der Kondensator 28 führen gefilterten Gleichstrom zum Halbleiter 31, der erforderlich ist, um seinen Leitzustand aufrechtzuerhalten, nachdem er durch das "Aus"-Signal der Zeiteinstellvorrichtung geschaltet worden ist.

Bei der in Fig. 4 gezeigten bimetal Iisehen*, rela^isbetätigten Fotosteueranlage ist die Betriebstheorie ähnlich derjenigen nach Fig. 3, abgesehen davon, daß die Spule 27 der Fig. 3 durch einen Heizwiderstand 25 ersetzt wird und die Kontakte 33 nicht durch Elektromagnetismus sondern durch die Biegewirkung der verschiedenen Ausdehnungsfaktoren des bimetallischen Relais unter der Einwirkung der von dem Widerstand 25 freigesetzten Wärme geöffnet werden.

Der Kondensator 36 führt während der negativen Halbperioden Strom zu dem Halbleiter 31, um ihn nach seiner Schaltung durch das "off-Signal der Zeiteinstellvorrichtung leitend zu halten

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Bei der in Fig. 5 gezeigten Feststoffrelais-Fotosteueranlage bezieht die Fotozelle 29 Spannung von dem Gatter eines Transistors 43 und verhindert so dessen Anschaltung bei Tage.

Nach der Dämmerung gestattet der hohe widerstand in der Fotozelle 29 die Zuführung von genügend Spannung zu dem Gatter 43, zündet es, und anschließend wird auch das Halbleiterrelais 45 geschaltet. Wenn das Feststoffrelais in den Leitzustand umgeschaltet worden ist, dann wird die Lampe (Last ) angeschaltet und die Zeiteinstellvorrichtung in Betrieb gesetzt.

Wenn die festgesetzte "Ein"-Zeit erreicht ist, dann sendet die Zeiteinstellvorrichtung das "Aus"-Signal zum Gatter des Halbleiters 31, versetzt es in den Leitzustand und nimmt dem Transistor 43 die erforderliche Spannung, die ihn in Betrieb hält. Diese Tätigkeit schaltet auch das Feststoffrelais 45 und die Last ab. Bei Tage wird die Fotozelle 29 hochgradig leitend und nimmt dem Halbleiter 31 den erforderlichen -Haitestrom, so daß er sich ausschaltet. Die fotoelektrische Zelle 29 zieht weiterhin Spannung, solange genügend Licht da ist, und verhindert die Erregung des Gatters des Feststoffrelais 45 und hält so die Lampe und die Zeiteinstellvorrichtung ausgeschaltet. Die Dioden 37, 38, 39 und 40 bilden eine Vollweggleichrichterbrücke. Der feste Widerstand 41 und der Fotowiderstand 29 bilden ein lichtabhängiges Spannungsteilnetz.

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Der Schaltkreis für das Feststoffrelais 45 wird durch den Widerstand 42, den Transistor 43 und den Impulstransformator 44 gebildet. Der Widerstand 46 und der Kondensator 47 bilden ein Suchnetz, ("snoober" gleich Srocper "?" network). Bei der Feststoff-Fotosteueranlage gestattet· es der Stand der Technik, den gesamten Stromkreis oder einen Teil desselben in einem einzigen Stück eines integrierten Stromkreises unterzubringen.

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Claims

Patentansprüche :

1/ Fotosteueranlage für elektrische Lampen, gekennzeichnet durch die Kombination von

a) Stromkreiseinrichtungen für die elektrischen Lampen mit

b) Relaiseinrichtungen zur Steuerung der Stromkreiseinrichtungen zum An- und Abschalten der Lampen,

c) Fotoelektrischen Einrichtungen, die auf die Intensität des Lichtes der Umgebung ansprechen, um die Relaiseinrichtungen zu betätigen, sowie

d) Elektronische! Zeiteinstellvorrichtungen, die so eingestellt werden können, daß sie von Null zu zählen beginnen, wenn die Lampen eingeschaltet werden, und die Stromkreiseinrichtungen zum Abschalten einer äußeren elektrischen Last nach einem vorgegebenen Zeitablauf steuern.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relaiseinrichtung ein elektromagnetisches Relais ist.
3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais ein wärmeempfindliches bimetallisches Relais ist.
4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais ein Feststoffrelais ist.

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