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Vorrichtung zur stufenlosen Steuerung elektrischer Verbrau-
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ch nach dem Pha senanschnittprinzip.
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Die Erfindung betrifft eine wie im Oberbegriff des Patentanspruches
1 angegebene Vorrichtung zur stufenlosen Steuerung elektrischer Verbraucher nach
dem Phasenanschnittprinzip, ins-, besondere einen Dimmer.
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Schaltungseinrichtungen für stufenlose Fernsteuerung von elektrischen
Verbrauchern, .R. Dimmer für Beleüchtungseinrichtungen, .sind heute fester Bestandteil
der Hausinstallationstechnik. Bei den heute verwendeten Dimmern, die nach dem Phasenanschnittprinzip
erbeiten, wird der Phasenanschnitt in dem Leistungsteil,der in dem Vebraucherstromkreis
liegt, beispielsweise durch Drehung des Einstellknopfes eines in einem Phasenschieber
enthaltenen Potentiometer gesteurt. Das Einstellpotentiometer und das eigentliche
Schaltgerät, z.B. ein Tyristor oder ein Triac mit einer Treibeschaltung, bilden
dabei eine Baueinheit. Sie werden gewöhnlich in Unterputzawanfgehäusen eingebaut.
Die maximale Schaltleistung von Dimmern dieser Einbauart ist auf etwa 400 Watt beschränkt,
da die an dem Thyristor bzw. an dem Triac abfallende Verlustleistung nur ungenügend
abgeführt werden kann. In einer in der DOS 2 205 414 beschriebenen neuen Installationstechnik
werden extrem flache Befehlsgeber und Folienleitungen auf den Wandputz aufgeklebt
und von diesen Befehlsgebern über ein oder mehrere Steuerteile die Schaltgeräte,
für die Halbeleter-Leistungsschalter vorgesehen sind, betrieben. Bei dieser Installationstechnik
befindet sich der Halbleiter-Leistungsschalter unmittelbar bei dem von ihm geschalteten
Verbraucher.
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Die bischer bekannten Dimmer sind für eine Verwendung in diesem neuen
Installationssystem aufgrund unterschiedlicher Abmessungen
und
Betriebsweise nicht geeignet; insbesondore ist bei den bekannten Dimmern eine Aufteilung
in einen Schwachstrom-Steuerkreis und einen davon elektrisch und räumlich getrennten
Laststromkreis nicht vorgesehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Dimmer anzugeben, der für
diese neue Instalationstechnik geeignet ist und der insbesondere als ein mit den
anderen Bausteinen dieser Installationstechnik kompatibler Baustein ausgebildet
ist.
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Diese Aufgabe wird für eine wie im Oberbegriff des Patentanspruches
1 angegebene Vorrichtung nach der im kennzeichnenden Teil des P.atentanspruches
1 angegebenen Weise gelöst. Gegenüber den in der herkömmlichen Installationstechnik
verwendeten Phasenanschnittsteuerungen hat die Vorrichtung nach der Erfindung den
Vorteil, daß bei ihr eine völlige Trennung zwischen Steuer- und Laststromkreis erreicht
wird. Weiterhin ist es möglich, mit einer dem jeweiligen Betätigungsgeber nachgeschal
teten Codierschaltung die gegebenen Befehle in codierte Signale zu verwandeln, so
daß bei einer Vielzahl von Befehlsgebern jedem Befehlsgeber durch den Code ein entspechendes
Schaltge rät zugeordnet werden kann. Insgesamt kann damit erreciht werden, daß eine
Dimmer-Schaltungeinrichtung aus einzelnen Bausteinen besteht, die mit anderen Bausteinen
dieser in der DOS 2 205 414 angegebenen Installationstechnik kompatibel sind.
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Bevorzugte Aus gestaltungen der Erfindung gehen eus den Un en'0nsprüchen
hervor.
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Im folgenden weden Ausführungsbeipiele der Erfindung beschrieben wird
anhand der Figuren näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der gesamten Vorrichtung nach der
Erfindung, Fig. 2 ein Blockschaltbilder des in Fig. 1 mit 2 bezeichneten Steuerteiles,
Fig.3
zeigt ein Blockschaltbild der Speichervorrichtung 22, Fig. 4 zeigen Blocksehaltbilder
von Ausführungsformen des bis 6 Steuerteils 2, Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild
für einen Befehlsgeber, Fig.8 zeigt ein Schaltbild eines speziellen Ausführungsbeispiels
In Fig.1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch dargestellt. Mit 1 ist
ein Befehlsgeber bezeichnet, der z.B. aus einem astabilen Multivibrator besteht
und der beispielsweise alle 500 msec einen 10 msec dauernden Impuls abgibt, solange
die Betätigungstaste gedrückt wird. Der Steuerteil 2 nimmt die vom Befehlsgeber
1 ausgehenden Impulse auf und steuert in Abhängigkeit von der Zahl dieser Impulse
die Lage des Zündimpulses für den Halbleiter-Leistungsschalter 3 relativ zum Null-Durchgang
der aus der Netzspnnungsquelle 4 kommenden Wechselspannung. Zur Triggerung dient
dabei eine Triggerleitung 6.
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Der Verbraucher 5 ist in Reihe mit dem Halbleiter-Leistungsschalter
3 geschaltet.
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Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Steuerteiles 2. Dabei ist mit
21 ein erster Zähler bzeichnet, der die vom Befehlsgebcr 1 ausgehenden Impulse zählt.
Er ist dabei so ausgelegt, daß er bis zu einem Maximalwert hochzählt, bei Erreichen
des Maximalwertes in der Betriebsart umgeschaltet wird, dann wieder herunterzählt
und bei Erreichen eines Minimalwertes wieder auf Hochzählen umgeschaltet wird. Auf
diese Weise wird erreicht, daß allein durch die Dauer der Betätigung des Befehlsgebers
der Halbleiter-Leistungsschalter 3 in den gewünschten Schaltzustand gebracht werden
kann. Dem ersten Zähler 21 ist eine Speichervorrichtung 22 nachgeschaltet, die den
Stand dieses ersten Zählers aufnimmt. In einer ersten Ausführungsform ist diee S;peichervorrichtung
22 ein Zwischenspeicher, bei dem am Ausgang der am Eingang eingegebene Wert erscheint.
In einer zweiten Ausführungsform besteht diese Speichervorrichtung 22 aus einem
Register 221 und einem diesem Register 221 nachgeschalteten Festwertspeicher 222
(Fig. 3). Das Register 221 ordnet dabei
jedem am Ausgang des ersten
Zählers 21 auftretenden Digitalwort eine vorgegebene feste Adresse des Festwertspeichers
zu. Die unter dieser Adresse des Festwertspeichers gespeicherte digitale Größe tritt
dann am Ausgang des Festwertspeichers und damit am Ausgang der Speichervorrichtung
22 auf. Damit wird erreicht, daß die Speichervorrichtung 22 zu jedem an ihrem Eingang
eingegebenen Digitalwort W am Ausgang eine eindeutig zugeordnete andere digitale
Größe g = g(W) angibt. Diese zweite Ausführungsform erlaubt eine Anpassung der Vorrichtung
an die Verbraucherkennlinie des Verbrauchers 5. Eine solche Anpassung ist insbesondere
dann wünschenswert, wenn die vom Verbraucher, z.B. eine elektrische Lampe, aufgenommene
elektrische Leistung nicht linear mit der vom Verbraucher zu erzielenden weiteren
Wirkung, z.B. der Beleuchtungsstärke, zusammenhängt.
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In bevorzugter Ausgestaltung enthalten der Zwischenspeicher bzw. das
Register 221 MNOS-Transistoren als Speicherelemente.
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Mit solchen Speichertransistoren wird ermöglicht die im Speicher enthaltene
Information auch nach dem Abschalten oder dem Ausfall der Betriebsspannung über
ein Jahr lang aufrechtzuerhalten. Sie eignen sich demnach besonders für Fälle, in
denen zwar ein/ausgeschaltet, aber der Zählerstand nur sehr selten vom Betätigungsteil
aus verändert wird. Ein solcher Fall legt beispielsweise vor, wenn der zu steuernde
Laststrom durch einen gesonderten Ein-Aus-Schalter abgeschaltet wird und nicht etwa
durch Betätigung der Betätigung.mteile auf Null zurückgeregelt wird.
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Auf diese Speichervorrichtung 22 folgt eine Schaltungsanordnung, die
an den Halbleiter-Leistungsschalter den Zundimpuls abgibt und dabei die Lage dieses
Zündimpulses zum Null-Durchgang der Wechselspannungsphase jeweils nach der am Ausgang
der Speicher vorrichtung 22 auftretenden digitalen Größe steuert. Diese .Schaltungsanordnung
stellt damit einen "Digital-Analog-Wandler" 23 der, der die am Ausgang der Speichervorrichtung
22 auftretonde digitale Größe aufnimmt, und bei dem die von dieser digitalen
Größe
bestimmte analoge Größe die Zeitdifferenz zwischen dem Null-Durchgang der Wechselspannungsphase
und dem abgegebenen Zündimpuls ist. Ein solcher Wandler 23 enthält in einer ersten
Ausführungsform (Fig.4) einen startbaren und setzbaren Zähler 231, der beim Null-Durchgang
der Wechselspannungsphase auf einen Wert gesetzt und gestartet wird, wobei dieser
Wert son der am Ausgang der Speichervorrichtung 22 erscheinenden digitalen Größe
bestimmt wird. Dieser Zähler zählt mit einem Zähltakt bis zu einem Maximalwert hoch
und gibt bei Erreichen dieses Maxialwertes den Zündimpuls ab. Der Zähltakt wird
dabei von einem Taktgeber 234 bestimmt. Das Startsignal für den Zähler 231 gibt
ein Trigger 235, der bei Erreichen des Null-Durchganges der Wechselspannung einen
Impuls an den Zähler 231 abgibt. Dieser Trigger 235 ist über eine Triggerleitung
6 mit der Netzwechselspannungquelle 4 verbunden. Nach Erreichen des Maximalwertes
und dem Abgeben des Zündimpulses wird der Zähler 231 vom nächsten, von dem Trigger
235 abgegebenen Startimpuls wieder auf den von der Speichervorrichtung 22 vorgegebenen
Wert gesetzt und erneut gestartet. Die Impulsfrequenz des Taktgebers 234 ist zweckmäßigerweise
so gewählt, daß sie ein ganzzahliges Vielfaches der Netzfrequenz, das der Anzahl
der möglichen Schaltzustände des Zählers 231 e-tspricht, beispielsweise bei einem
6-stufigen Binärzähler 23 das 64-fache dr Netzfrequenz, beträgt, Durch die Wahl
der Impulsfolgefrequenz des Taktgebers 234 wird die Periode der Netzfrequenz in
entsprechend viele Teilstücke aufgelöst, so daß auf diese Weise die Steuerung mit
der Phasenanschnitsterung sehr fein gestaltet werden kanne Ein spezielles Beispiel
für eine solche Ausführungsform des Steuerteiles2 ist in Fig. 4 dargestellt. Sie
besteht aus einem Zähler 21, für den beispielsweise ein binärer 4-Bit-Umkehrzäh-1er
des Typs Siemens FLJ 211 verwendet wird An diesen Zähler ist eine T-Flip-Flop-Richtungsumkehrschaltung
angeschlossein, die den Zähler bei Erreichen eines maximalen Standes auf Abwärtszühlen,
bei Efleichrjn eines minimalen Standes auf Aufwärtszählen
umschaltet.
Auf diesen Zähler 21 folgt als Speichervorrichtung 22 ein Zwischenspeicher, die
wie oben beschrieben in bevorzugter Ausführungsform MNOS-Speichertransistoren enthält.
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Auf diesen Zwischenspeicher folgt eine Schaltungsanordnung mit einem
zweiten Zähler 231, die als "Digital-ANALOG-Wandler" 23 aufgefaßt werden Irann.
Als zweiter Zähler 231 kann ebenfalls ein 4-Bit-Umkehrzähler des Typs Siemens FLJ
211 verwendet werden. Mit diesem 4-Bit-Umkehrzähler wird dann die Phase der zu steuernden
Netzspannung in 24 = 16 Teile unterteilt. Der zweite Zähler 231 arbeitet im Abwärtsbetrieb.
An seinen Ausgängen befindet sich ein RS-Flip-Flop, das den "Digital-Analog-Wandler"
2-3 solange sperrt, bis ein neuer, vom Null-Durchgang der Netzwechselspannung abgeleiteter
Triggerimpuls eintrifft. Die von den Befehlsgebern ausgehenden Signale werden an
den Eingang 7 des Zählers 21 gelegt. Der Eingang 8 des Zählers 231 wird an den Taktgeber
254, der Eingang 9 an den Trigger 235, der Ausgang 110 an de-n Halbleiter-Leistungsschalter
angeschlossen.
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In einer anderen Ausführungsform (Fig. 5) der erfindungsgemäßen Vorrichung
enthält der "Digital-Analaog-Wandler" ein Schieberegister 232 mit einer festen Umlauffrequnez.
Der Umlauf wird dabei von einen Taktgeber 234 gesteuert, durch den ebenso die Umlauffreuenz
bestimmt ist. Aus dem ersten Zähler 21 wird über die Speichervorrichtung 22 in das
Schiebereigister 232 eingelesen, an welchem Platz des Schiebregisters die den Zündimpuls
auslösende Information "1" auftritt. Der Beginn des Umlaufes dieses Schiebeegisters
232 wird ebenfalls durch eine. Triggerleitung 6 vom Null-Durchgang der Weschselspannungsphase
gesteuert.
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Als Zündimpuls dient bei dieser Ausführungsform ein Impuls, der an
dem Scheibeegister dann auftritt, wenn die "1" Information am Ende des Registers
erscheint.
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In einer weiteren Variante (Fig. 6) der erfindungsgemäßen Vorrichtung
enthält der "Digital-Analog-Wandler" einen Speicher 233 mit einer fasten Adressenfolge.
Zur Festlegung, zu welchen Zeitpunkt relativ zum Null-Durchgang der Wechselspannung
der Zündimpuls am Ausgang erscheinen soll, wird eine Information "1" auf einen bestimmten
Speicherplatz dieses Speichers eingeksen.
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Das Auslesen in fester Adressenfolge erfolgt durch einen von einem
Taktgeber 234 getakteten Zähler 236; dieser Zähler wird
durch einen
Triggerimpuls des Triggers 235 beim Null-Durchgang, der Netzwechselspannung gestartet.
Es werden.sodann die einzelnen Adressen des Speichers nacheinander abgefragt und
beim Auftreten einer "1" in dem Speicher ein Zündimpuls an den Halbleiter-Leistungsschalter
abgegeben.
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Der Halbleiter-Leistungsschalter 3 kann bei allen Ausführungsformen
ein Thyristor oder ein Triac sein, der aus Sicherheitsgründen potentialmäßig getrennt
an den Steuerteil 2 angeschlossen werden kann.
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In einer anderen Ausführungsform ist jeder Befehlsgeber 1 als Zwillingsbetätigungsteil
ausgebildet. Bei Betätigung des ersten Teiles 11 wird die Schaltleistung erhöht,
bei Betätigung des zweiten Teiles 12 erniedrigt. Zur Anpassung an diesen Zwillingsbetätigungsteil
hat -in dieser Ausführungsform der erste Zähler 21 zwei Eingänge, 211 und 212, so
daß er bei Eintreffen von Impulsen auf den ersten Eingang 211 bis zu einem Maximalwert
hochzählt, bei Eintreffen von Impulsen auf den zweiten Eingang 212 bis zu einem
Minimalwert herunterzählt. In dieser Ausführungsform braucht der erste Zähler nicht
mit einer Umschaltung bei Überlauf ausgelegt worden. -Der Zähler 21 weist Jedoch
einen oberen Anschlag auf, damit er nicht -bei Erreichen des Maximalwertes auf Null
zurückfällt. Entsprechendes ist für das Minimum vorgesehen5 damit der Zähler bei
Erreichen des Minimums nicht auf Maximum durchscha)et.
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7 Patentansprüche 8 Figuren
Als Schalteinheiten können
für die erfindungsgemäßen Vorrichtungen im einzelnen verwendet werden: Bezugszeichen
Siemens Typ als Impulsgeber 1, 11, 12 als erster Zähler 21 als Register 221 als
Festwertspeicher 222 als zweiter Zähler 231 als Taktgeber 234 als Trigger 235 als
Schieberegister 232 als Speicher mit fester 233 adressenfolge als getakteter Zähler
236 als Halbleiter-Leistungs- 3 schalter