DE2707345B2 - Schaltungsanordnung zum wahlweisen Anschließen eines elektrischen Verbrauchers an zwei Netzspannungen unterschiedlicher Größe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum

in wahlweisen Anschließen eines elektrischen Verbrauchers an zwei Netzspannungen unterschiedlicher Größe, mit zwei der Größe der beiden Netzspannungen jeweils angepaßten Verbrauchereingängen und mit einem Wählschalter, durch den jeweils einer der beiden Verbrauchereingänge mit dem Netzanschluß des Verbrauchers verbindbar ist

Es besteht oft die Notwendigkeit, einen elektrischen Verbraucher, insbesondere einen im Haushalt an eine Steckdose anzuschließenden Verbraucher, so auszufüh-

2(i ren, daß er sich im Bedarfsfall auf eine andere Netzspannung umschalten läßt Die an Steckdosen zur Verfügung stehende Netzspannung beträgt zwar in einer großen Anzahl von Staaten 220 Volt; in einer Vielzahl von Staaten aber hat die Netzspannung auch 110 Volt, Insbesondere dann, wenn z.B. ein elektrisch betriebenes Haushaltsgerät in größeren Serien hergestellt wird, kann höchstens in seltenen Fällen vorherbestimmt werden, welche Geräte von diesen einmal an 220VoIt und welche Geräte an UOVoIt betrieben werden sollen. Vielfach findet man innerhalb eines Raumes Steckdosen für beide Netzspannungen. Deshalb müssen derartige Geräte mit einem Wählschalter versehen sein, mit dem sich die Anpassung des betreffenden Gerätes an die jeweils zur Verfügung stehende Netzspannung in einfacher Weise vornehmen läßt.

Diese Anpassung wird aber vor der Inbetriebnahme häufig vergessen, auch wenn am Gerät, auf der Verpackung oder in der Gebrauchsanweisung ausdrück-

Hch darauf hingewiesen wird, daß die Übereinstimmung zwischen der am Gerät eingestellten Netzspannung und der an der Steckdose tatsächlich vorhandenen Netzspannung überprüft werden muß. Wird aber ein elektrisches Gerät an einer zu hohen Netzspannung betrieben, so brennen zumindest die Sicherungen durch.

Bei einem Betrieb an einer zu niedrigen Netzspannung

funktioniert das Gerät nicht einwandfrei; in einigen

Fällen können auch Beschädigungen auftreten. Bei einer bekannten Schaltungsanordnung der ein-

gangs genannten Art (DE-PS 19 36 912) wird zwar der jeweils angeschlossene Verbraucher selbsttätig abgeschaltet, wenn die anliegende Netzspannung mit der am Wählschalter eingestellten Spannung nicht übereinstimmt

Anschließend muß aber die Einstellung der richtigen Spannung am Wählschalter von Hand vorgenommen werden. Dies ist wegen des zusätzlichen Bedienungsaufwandes sehr nachteilig. Es ist ferner in einem anderen Anwendungsbereich, und zwar für Mehrspannungsheizanlagen, bekannt (DE-AS 10 59 550), eingangsseitig zunächst eine Stabili-I sierschaltung anzuordnen, mit der eine von der Größe der jeweils anstehenden Spannungen unabhängige j Betriebsspannung erzeugt wird. Hierzu wird unter

65!anderem auch eine Vergleichsschaltung benötigt, mit deren Hilfe die Größe der jeweils anstehenden Spannung vorab gemessen werden muß. Eine derartige Schaltung wäre für Anwendungen der eingangs

beschriebenen Art wesentlich zu aufwendig.

Hiervon ausgehend lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine in ihrem Aufbau einfache Schaltungsanordnung zu schaffen, die die erforderliche Überprüfung der jeweils anstehenden Netzspannung und die gegebenenfalls erforderliche Umschaltung selbsttätig durchführt und die nur einen geringen technischen Aufwand erfordert

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Wählschalter mittels eines ersten Schaltelementes betätigbar ist, daß ein zweites Schaltelement das erste Schaltelement an die jeweilige Netzspannung anschließt, wobei dann der Wählschalter den Netzeingang mit dem der höheren Netzspannung zugeordneten Verbrauchereingang verbindet, daß das zweite Schaltelement über eine Spannungsschwelle ebenfalls an die jeweilige Netzspannung angeschlossen ist, wobei die Spannungsschwelle durchschaltet bei einem Wert, der höher ist als die niedrigere der beiden möglichen Netzspannungen, und das erste Schaltelement von der Netzspannung trennt, und daß ferner das erste Schaltelement eine größere Ansprechzeit hat als das zweite Schaltelement und beim Anstehen der niedrigeren Netzspannung den Wählschalter auf den dieser zugeordneten Verbrauchereingang umschaltet.

Vor dem Anschließen des elektrischen Verbrauchers an eine Netzspannung braucht also die Größe derselben nicht mehr überprüft zu werden. Die Schaltungsanordnung befindet sich zunächst in demjenigen Schaltzustand, in dem die Netzspannung auf den höheren Netzspannungswert zugeordneten Verbrauchereingang geschaltet ist, so daß in diesem Fall der Wählschalter nicht anzusprechen braucht. Eine Umschaltung findet nur statt, falls der Verbraucher an die mögliche niedrigere Netzspannung angeschlossen wird. Die Schaltungsanordnung ist somit in bezug auf Aufbau und Funktionsweise sehr einfach und insbesondere auch sicher, da bei defekten Bauelementen das Gerät geschützt ist.

Somit läßt sich die nach der Erfindung ausgebildete Schaltungsanordnung wegen der geringen Zahl der erforderlichen Schaltungselemente auch mit entsprechend geringen Kosten herstellen. Ferner ist der zur Unterbringung der Schaltungsanordnung erforderliche Raum klein, so daß sich z. B. auch bereits vorhandene Geräte ohne Schwierigkeiten mit der Schaltungsanordnung nachrüsten lassen. Die Schaltungsanordnung läßt sich als gedruckte Schaltung z. B. aiuch in Fc rm einer Steckkarte herstellen, so daß sich in der praktischen Verwendung ein entsprechend kleines Zusatzgerät ergibt.

Die vorgeschlagene Schaltung arbeitet im übrigen auch sehr zuverlässig, was dadurch bedingt ist, daß man elektrische Schaltungselemente mit guter Genauigkeit nach dem Überschreiten eines vorbestimmten Spannungswertes ansprechen lassen kann, was für das Unterschreiten eines vorbestimmten Spannungswertes nicht in diesem Maße gilt.

Nachfolgend werden einige Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben. Ein von diesen besteht darin, daß als erstes Schaltelement ein durch die Netzspannung betätigbares, mit dem Wählschalter verbundenes Schaltrelais dient, dessen Relaisspule bei Anstehen der möglichen höheren Netzspannung von dieser getrennt wird oder getrennt bleibt. Günstig ist es ferner, wenn in den Stromkreis des ersten Schaltelementes ein Ruhekontakt eines Steuerrelais gefaltet ist, welches das zweite Schaltelement bildet und das erst bei einer höheren als der möglichen niedrigeren Netzspannung anspricht In diesem Fall kann der Relaisspule des Steuerrelais eine entsprechend bemessene Zenerdiode vorgeschaltet sein, die das Ansprechen des Steuerrelais erst bei einer höheren als der möglichen niedrigeren Netzspannung zuläßt

Grundsätzlich läßt sich die vorgeschlagene Schaltungsanordnung natürlich mit unterschiedlichen Schallungen verwirklichen. Als besonders vorteilhaft hat sich

ι η aber noch eine weitere Ausführungsform herausgestellt, bei der die Schaltungsanordnung so aufgebaut ist, daß das zweite Schaltelement ein in den Stromkreis des ersten Schaltelementes geschalteter Thyristor ist und daß an der Steuerelektrode des Thyristors anliegende

i; Spannung mittels eines Schalters, vorzugsweise mittels eines Transistors, kurzschließbar ist indem der Schalter bzw. Transistor bei Anstehen der möglichen höheren Netzspannung schließt bzw. durchschaltet Zur Vereinfachung des Schaltungsaufbaus kann in jedem Fall das erste Schaltelement in spannungslosem Zustand der Schaltungsanordnung mit der eingangsseitigen Anschlußklemme verbunden sein.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 die Schaltungsanordnung in einer ersten Ausführungsform;

F i g. 2 die Schaltungsanordnung in einer zweiten Ausführungsform.

jo Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 ist der Netzanschluß eines elektrischen Verbrauchers in Form von zwei Anschlußklemmen 10 dargestellt, die in der Praxis mit der Netzanschlußsdv.iur des Verbrauchers verbunden sein werden. Ein hier nicht im einzelnen dargestellter elektrischer Verbraucher hat einen ersten Verbrauchereingang 11 für eine Netzspannung von 110 Volt und einen zweiten Verbrauchereingang 12 für eine Netzspannung von 220 Volt. Eine Umschaltung zwischen diesen beiden Verbrauchereingängen 11 und 12 erfolgt mittels eines zweipoligen Wählschalters 13, der in diesem Fall zusammen mit einer Relaisspule 14 ein Schaltrelais bildet. In vielen Fällen wird auch eine einpolige Umschaltung ausreichen.

Die ebenfalls von den Anschlußklemmen 10 abgegriffene Spannungsversorgung für die Schaltungsanordnung hat an ihrem Eingang zunächst einen Gleichrichter 15, so daß die Schaltungsanordnung sowohl mit Gleichspannung als auch mit Wechselspannung arbeiten kann. Nach dem Gleichrichter 15 ist eine zu der Relaisspule 14 führende Leitung 16 abgezweigt, die über einen Ruhekontakt 17 geführt ist. An die Ausgangsseite des Gleichrichters 15 ist ferner eine Zenerdiode 18 angeschlossen, über die Spannung zu einer Relaisspule 19 gelangen kann; letztere bildet zusammen mit dem Ruhekontakt 17 ein Steuerrelais.

Zur Glättung der der Relaisspule 19 zugeführten Gleichspannung dienen ein Widerstand 20 und ein der Relaisspule 19 parallelgeschalteter Kondensator 21. Ein in die Leitung 16 geschalteter Widerstand 22 und ein der Relaisspule 14 parallel geschalteter Kondensator 23 bilden ein Zeitglied, durch das das Ansprechen des Schaltrelais 13,14 verzögert wird.

Die Zenerdiode 18 ist so bemessen, daß sie erst dann eine Spannung durchläßt, wenn die an ihr anstehende Eingangsspannung über 110 Volt liegt. Die Kapazität des Kondensators 21 ist wesentlich kleiner als diejenige des Kondensators 23 und gerade nur so groß, wie es für die erforderliche Glättung der GleichsDannune notwen-

dig ist, denn das Ansprechen des Steuerrelais 17, 19 soll nicht unnötig verzögert werden.

Die in F i g. 1 dargestellte Schaltung befindet sich hier in spannungslosem Zustand, d. h., daß die Relaisspule 14 zunächst noch an die von den Anschlußklemmen 10 kommende Spannung angeschlossen ist. Der Wählschalter 13 ist auf den Geräteeingang 12 für die höhere Netzspannung von 220 Volt geschaltet.

Wird jetzt an die Anschlußklemmen 10 eine Netzspannung von 220 Volt gelegt, so kann diese aufgrund ihrer Größe ein Durchschalten der Zenerdiode 18 bewirken und auf die Relaisspule 19 gelangen, die den Ruhekontakt 17 öffnet. Bis zu diesem öffnen bestand zwar eine elektrisch leitende Verbindung auch zu der Relaisspule 14. Aufgrund der verhältnismäßig großen Kapazität des Kondensators 23 jedoch konnte sich die Spannung an der Relaisspule 14 noch nicht in ausreichendem Maße aufbauen und eine Größe erreichen, wie sie zum Anziehen des Wählschalters 13 erforderlich gewesen wäre. Aufgrund der Abschaltung der Relaisspule 14 bleibt der Wählschalter 13 also in der in F i g. 1 dargestellten Stellung.

Ist an die Anschlußklemmen 10 jedoch eine Netzspannung von 110 Volt angelegt, so wird diese durch die Zenerdiode 18 von der Relaisspule 19 ferngehalten. Der Ruhekontakt 17 bleibt deshalb geschlossen. Sobald sich an der Relaisspule 14 eine ausreichend große Spannung aufgebaut hat, wird der Wählschalter 13 auf den Geräteeingang 11 für 110 Volt umgeschaltet.

Bei der Schaltung nach F i g. 2 ist ein Netzanschluß ebenfalls an die Anschlußklemme 10 angeschlossen. Von dem zugehörigen elektrischen Gerät ist hier der Primärteil 24 eines Eingangstransformators dargestellt, der in zwei Primärwicklungen 24a und 24b unterteilt ist. Diese können mittels eines Wählschalters 25 entweder in Reihe oder parallel zueinander geschaltet werden. Die in Fig.2 gezeigte Stellung des Wählschalters 25 entspricht der Reihenschaltung und damit einem für 220 Volt Netzspannung ausgelegten Geräteeingang. In der anderen Stellung des Wählschalters 25 sind die beiden Primärwicklungen 24a und 24b parallelgeschaltet, was einem Geräteeingang für 110 Volt entspricht.

Die für die Schaltungsanordnung an den Anschlußklemmen 10 abgenommene Spannung gelangt zunächst auf einen aus zwei Dioden 26 und 27 sowie einen Kondensator 28 bestehenden Schaltungsteil. Der Kondensator 28 dient in Verbindung mit den Widerständen 29 und 36 als Spannungsteiler; er kann auch z. B. durch einen ohmschen Widerstand ersetzt werden. Über einen Widerstand 29 kann die Spannung an die Steuerelektrode eines Thyristors 30 gelangen, der in den zu einer Relaisspule 31 führenden Spannungsweg eingeschaltet ist. Die Relaisspule 31 bildet zusammen mit dem Wählschalter 25 das Schaltrelais der Schaltungsanordnung. Um ein ausreichend verzögertes Ansprechen des Schaltrelais 25,31 zu gewährleisten, ist in die eine zur Relaisspule 31 führende Leitung 32 ein Widerstand 33 eingeschaltet, der zusammen mit einem ausreichend großen und der Relaisspule 31 parallel geschalteten Kondensator 34 ein Zeitglied bildet.

Die am Ausgang des Gleichrichters 27 anstehende Gleichspannung kann ferner über einen weiteren Gleichrichter 35 und einen aus einem Widerstand 36 und einem Kondensator 37 gebildeten Schaltungsteil, der zu einem weiteren Glätten der Gleichspannung dient, zu einem Transistor 38 gelangen, der so an die Steuerelektrode des Thyristors 30 angeschlossen ist, daß durch ein

Durchschalten des Transistors 38 die Steuerspannung des Thyristors 30 kurzgeschlossen bzw. überbrückt wird. In diesem Fall sperrt der Thyristor 30, so daß die Relaisspule 31 keine Spannung erhält.

Mittels eines Stellwiderstandes 39 kann die dem Transistor 38 zugeführte Steuerspannung so eingestellt werden, daß der Transistor 38 durchschaltet, wenn der Schaltungsanordnung eine höhere Netzspannung zugeführt wird als 110 Volt. Der Transistor 38 schaltet nicht durch, wenn nur 110 Volt anstehen. Im einzelnen hat diese Schaltungsanordnung folgende Arbeitsweise:

F i g. 2 zeigt zunächst auch hier den spannungslosen Zustand, in dem die Anschlußklemmen 10 noch nicht Spannung führen. Wird dann der Netzanschluß mit einer Steckdose verbunden, die z. B. 220 Volt führt, so entsteht an der Steuerelektrode des Transistors 38 eine so große Spannung, daß er durchschaltet und damit, wie zuvor bereits beschrieben, den Thyristor 30 sperrt. Aufgrund der durch den Widerstand 33 und den Kondensator 34 bewirkten Zeitverzögerung hat sich bis dahin an der Relaisspule 31 noch keine zum Ansprechen ausreichende Spannung aufbauen können, obwohl bis zum Durchschalten des Transistors 38 noch eine Steuerspannung am Thyristor 30 anstand und er somit kurzzeitig noch leitend war.

Liegt jedoch an den Anschlußklemmen 10 nur eine Spannung von 110 Volt an, so reicht diese nicht aus, um ein Durchschalten des Transistors 38 zu bewirken. Der Thyristor 30 bleibt deshalb in seinem angesteuerten Schaltzustand, so daß die Relaisspule 31 nach Ablauf der Verzögerungszeit anspricht und den Wählschalter 25 umschaltet. Wie zuvor bereits erwähnt, ist damit der Geräteeingang auf eine Netzspannung von 110 Volt umgeschaltet.

Es sind zahlreiche Abwandlungen der beiden beschriebenen Schaltungen denkbar, die ebenfalls noch das von der Erfindung vorgeschlagene Schaltungsprinzip verwenden. So kann z. B. auch das Schaltrelais 13,14 bzw. 25,31 jeweils auch durch Thyristoren oder andere elektronische Bauelemente ersetzt sein.

Die den für ein Ansprechen bei 220 Volt vorgesehenen Schaltungsteil betreffenden Schaltungselemente, wie z. B. die Zenerdiode 18 oder der Stellwiderstand 39, werden zweckmäßig jeweils so ausgelegt sein, daß das nachgeschaltete Schaltelement wie das Steuerrelais 17, 19 bzw. der Transistor 28 etwa bei einem Spannungswert anspricht, der der halben Spannungsdifferenz zwischen den beiden möglichen Netzspannungen entspricht. Es ist im übrigen auch denkbar, die Schaltungsanordnung für mehr als zwei unterschiedliche Netzspannungen zu verwenden. So kann man z. B. zwei der hier beschriebenen Schaltungsanordnungen so zusammenschalten, daß ein nachgeschalteter elektrischer Verbraucher sich an vier unterschiedliche Netzspannungen anschließen läßt, wobei die erforderliche Spannungsumschaltung immer selbsttätig erfolgt

Es wurde bisher noch kein bestimmtes elektrisches Gerät genannt, für das die Schaltungsanordnung anwendbar ist Eine Anwendung ist möglich für alle Arten von Haushaltsgeräten, Rundfunk und Fernsehgeräte sowie alle anderen Geräte dieses Bereiches, ferner für optische Vorführgeräte aller Art, wie z. B. Episkope und Projektoren.

Grundsätzlich ist eine Anwendung aber auch für jedes elektrische Gerät möglich, das für einen Betrieb an unterschiedlichen Netzspannungen vorbereitet sein muß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum wahlweisen Anschließen eines elektrischen Verbrauchers an zwei Netzspannungen unterschiedlicher Größe, mit zwei der Größe der beiden Netzspannungen jeweils angepaßten Verbrauchereingängen und mit einem Wählschalter, durch den jeweils einer der beiden Verbrauchereingänge mit dem Netzanschluß des Verbrauchers verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wählschalter (13; 25) mittels eines ersten Schaltelementes (Relaisspule 14; Relaisspule 31) betätigbar ist, daß ein zweites Schaltelement (Ruhekontakt 17, Relaisspule 19; Thyristor 30) das erste Schaltelement (Relaisspule 14; Relaisspule 31) an die jeweilige Netzspannung anschließt, wobei dann der Wählschalter (13; 25) den Netzeingang (Anschlußklemmen 10) mit dem der höheren Netzspannung zugeordneten Verbrauchereingang (12) verbindet, daß das zweite Schaltelement (Ruhekontakt 17, Relaisspule 19; Thyristor 30) aber eine Spannungsschwelle (Zenerdiode 18; Transistor 38) ebenfalls an die jeweilige Netzspannung angeschlossen ist, wobei die Spannungsschwelle (Zenerdiode 18; Transistor 38) durchschaltet bei einem Wert, der höher ist als die niedrigere der beiden möglichen Netzspannungen, und das erste Schaltelement (Relaisspule 14; Relaisspule 31) von der Netzspannung trennt, und daß ferner das erste Schaltelement Relaisspule 14; Relaisspule 31) eine größere Ansprechzeit hat als das zweite Schaltelement (Ruhekontakt 17, Relaisspule 19; Thyristor 30) und beim Anstehen der niedrigeren Netzspannung den Wählschalter (13; 25) auf den dieser zugeordneten Verbrauchereingang (U) umschaltet.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als erstes Schaltelement ein durch die Netzspannung betätigbares, mit dem Wählschalter (13) verbundenes Schaltrelais dient, dessen Relaisspule (14) bei Anstehen der möglichen höheren Netzspannung von dieser getrennt wird oder getrennt bleibt

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreis des ersten Schaltelementes (Relaisspule 14) ein Ruhekontakt (17) eines Steuerrelais (Relaisspule 19) geschaltet ist, welches das zweite Schaltelement bildet und das erst bei einer höheren als der möglichen niedrigeren Netzspannung anspricht

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Relaisspule des Steuerrelais (Relaisspule 19) eine entsprechend bemessene Zenerdiode (18) vorgeschaltet ist, die das Ansprechen des Steuerrelais (Relaisspule 19) erst bei einer höheren als der möglichen niedrigeren Netzspannung zuläßt.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schaltelement ein in den Stromkreis des ersten Schaltelementes (Relaisspule 31) geschalteter Thyristor (30) ist und daß die an der Steuerelektrode des Thyristors (30) anliegende Spannung mittels eines Schalters, vorzugsweise mittels eines Transistors (38), kurzschließbar ist, in dem der Schalter bzw. Transistor (38) bei Anstehen der möglichen höheren Netzspannung schließt bzw. durchschaltet.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltelement (Relaisspule 14, Relaisspule 31) im spannungslosen Zustand der Schaltungsanordnung mit der eingangsseitigen Anschlußklemme (10) verbunden ist