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Elektrische Schaltung zum leistungslosen Schalten
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elektrischer Verbraucher Die Erfindung betrifft eine elektrische
Schaltung zum leistungs- und kont aktlosen Schalten von elektrischen Verbrauchern
mit einem Netzanschluß, der mit einem elektrischen Schalter und dem Verbraucher
verbunden ist, und mit mindestens einem mit dem elektrischen Schalter über leistlngsarme
Leitungen verbundenen Schaltauslöser.
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Das Schalten von elektrischen Verbrauchern, in der Regel ohmschen
Verbrauchern, ist von der Beleucht:ungsinstailation von Gebäuden bekannt. Danach
wird eine entsprechend abaesicherte Netzleitung in dem jeweils zu beleuchtenden
Raum an eine Verteilerdose geführt, mit deren Hilfe dieser Netzanschluß sowohl mit
dem elektrischon Verbraucher, bei privaten Gebuden eist ein Beleuchtungskörper,
und andererseits mit einem elektrischen Schalter verbunden ist, der an einer für
die manuelle Betätigung praktischen Stelle in dem zu beleuchtenden Raum angeordnet
ist. Dies ist die klassieche Art der
Elektroinstallation z. B. in
Eigenheimen. Dabei muß in nachteiliger Weise ein die elektrische Leistung des Verbrauchers
führende Leitung bis zu dem elektrischen Schalter geführt werden, weil bei dieser
Art Schaltung der gesamte durch den Verbraucher geführte Strom auch durch den elektrischen
Schalter geführt wird. Außerdem unterliegt dieser Schalter, der seit einigen Jahren
als Kippschalter ausgeführt ist, dem mechanischen Verschleiß.
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Man ist daher auch schon dazu übergegangen, elektrische bzw. elektronische
Schalter anstelle der rr..echanischen Kippschalter zu verwenden, um die Nachteile
des Verschleißes und die damit verbundenen Gefahren auszuschalten. Aber auch einige
bei dieser Art Schaltung müssen die /100 Watt-Leistung führenden Leitungen bis zu
dem Schalter an der Bedienungsstclle herangeführt werden.
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Ferner ist es bekannt, die langen und daher auch kostspieligeren Leitungen
mittlerer Leistungen, die zum Teil bis zu 500 oder auch 2000 Watt führen müssen,
dadurch zu vermeiden, daß man an den jeweiligen Bedienungsstellen lediglich ein
Relais schaltende mechanische Schalter vorsieht, das Relais als den eigentlichen
elektrischen Schalter in die Nähe der Verteilerdose legt und so in der Lage ist,
die vom Relais bis zu den Bedienungsstellen geführten Leitungen als Schwachstromleitungen
auszuführen. Aber auch diese Schaltungsart hat Nachteile, nämlich den mechanschen
Verschleiß, dem sowohl die
Schalter an den einzelnen Eedienungsstellen
als auch der zentrale Schalter für den Verbraucher unterliegen. Das geringste Problem
hierbei ist ein zusätzliches Netzgerät zur Gleichstromversorgung des Relais.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schaltung
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die mechanischen Verschleißteile
möglichst sowohl in dem elektrischen Schalter als auch in den Schaltauslösern eliminiert
werden können und außerdem die Verwendung leistungsstarker Leitungen vermieden werden
kann.
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Diese Aufgabe wird gemäß der'Erfindung dadurch gelöst, daß der elektrische
Schalter eine mechanisch kontakt lose Elektronik mit Versorgungsnetzteil aufweist
und der Schaltauslöser ein nicht-mechanischer, induktiver Sensor ist und daß die
leistungsarme Leitung eine einadrige, abgeschirmte Leitung 2 mit einem Querschnitt
von weniger als 0,5 i:im ist.
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An den jeweiligen Bedienungsstellen werden als Schaltauslöser nicht-mcchanische,
induktive Sensoren verwendet, die man auch mit Sensorplatte oder mit Sensorkontaktplatte
bezeichnet, und die ansich bei anderen elektrischen Schaltungen bekannt sind. Es
ist aher erfindungsgemäß überraschend, daß auch der eigentliche zentrale elektrische
Schalter für den Verbraucher jetzt im wesentlichen durch eino mechanisch kontaktlose
Elektronik gewährleistet ist, so daß die bei den
bekannten Schaltungen
stets auftretenden mechanischen Verschleißerscheinungen durch die neue Schaltung
gemäß der rfindung eliminiert sind. Durch die weit fortgeschrittene Ifalbleiter-
und Elektronikindustrie, die zur Zeit Schaltungselektroniken in großen Stückzahlen
sehr preiswert liefert, ist der Schalterkostenaufwand, auch wenn man die induktiven
Sensoren einbezieht und mit den herkömmlichen Schaltungen vergleicht, erheblich
geringer. Zusätzlich ist auch der Leitungsaufwand geringer, wenn man die leistungsschwachen
Leitungen, deren Länge und Querschnitt mit denen der leistungsstarken Leitungen
bei den herkömmlichen Schaltungsarten vergleicht.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Querschnitt der lei-2 stungsarmen
Leitung mit Abschirmung weniger als 0,2 mm bcträgt. Durch die Maßnahmen gemäß der
Erfindung bedeutet es keinen großen Mehraufwand, wenn man einen elektrischen Verbraucher
nicht nur von einer oder zwei Bedienungsstellen sondern stattdessen von vier, fünf
oder mehr Bedienungsstellen aus schaltet. Die materialsparenden leistungsarmen Leitungen
sind nicht nur preiswert bei vollständiger Funktionssicherheit sondern bieten auch
eine erheblich größere Sicherlleit, insbesondere in Feuchtraumen, in denen die Schaltauslösung
durch Berührungsplatinen und die Signalübermittlung mittels der eigenen elektrostatischen
XörperSPannun ersichtlich sehr viel sicherer und dabei für die Benutzer absolut
ungefährlich ist im Vergleich zu den herkömmlichen Schaltanordnungen in solchen
Feuchträumon.
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Gemäß der Erfindung ist es ferner zweckmäßig, wenn der elektrische
Schalter für jeden Schaltkreis einen VerstSrker und eine Schalteinheit, z. B. einen
integricrten Schaltkreis (IC), aufweist, in welcher die bei Empfang eines vom schaltauslösenden
Sensor gegebenen Signals den Verbraucher mit Hilfe eines elektronischen Kopplers
bzw. Treibers und eines Leistungshalbleiters mit dem Netzanschluß verbindet, wobei
in dem Schalter der Hochspannungsteil vom Niederspannungsteil galvanisch getrennt
ist. Der erwähnte elektronische Koppler kann induktiv, kapazitiv oder optisch arbeiten.
Durch ihn ist eine galvanische Trennung von Hochspannungs- und Niederspannungsteil
ohne weiteres möglich.
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Besonders zweckmaßig ist es erfindungsgemäß dabei, wenn die Schalteinheit
ein integrierter Schaltkreis ist, der elektronische Koppler ein OptoRoppler mit
vorgeschaltetem Treiber ist undwennder Leistungsh albleiter ein Triac ist. Diese
Schaltung hat sich in Gebrauch schon über längere Zeit als sehr zuverlässig erwiesen
und ist preiswert herstellbar. Dabei kann man erfindung 5 gemäß ferner das Triac
mit einer stufenlosen Steuereinrichtung verbinden. Als solche venzendetman z. B.
ein Potentiometer, einen Rcgelwiderstand, einen Fotowiderstand oder einen integrierten
Schaltkreis (IC).
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Bei Mehrfamilienhäusern wird man zweckmäßigerweise jeweils eine Etage
bzw. eine Wohnung über einen entsprechenden Sicherungskasten getrennt an den Netzanschluß
legen, und es ist
dann zweckmäßig, wenn für mehrere elektrIsche
Schalter ein einziges Versorgungsnetzteil vorgesehen ist. Es ist auch daran gedacht,
für ein tchrfamilienhaus aus Kostengründen nur ein einziges Versorgungsnetzteil
zu venvenden, wobei man dann ein Reservenetzteil danebenschalten sollte, damit nicht
alle Scnaltauslösefunktionen bei Ausfall des einzigen, zentralen Versorgungsnetzteils
ausfallen.
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Durch diese neue Schaltung gemäß der Erfindung ist es auch möglich,
durch zonen entsprechenden Zeitschalter eine Art Diebstahlsicherung dadurch vorzusehen,
daß man verschiedene Licntquellen mehr oder weniger unregelmäßig an- und abschaltet.
Diese und weitere Schaltungsmöglichkeiten sind durch die Erfindung begünstigt und
vereinfacht.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
Es zeigen: Fig. 1 schematisch die Schaltung mit einem elektrischen Verbraucher,
elektrischen Schalter und Sensorplatte, Fig. 2 in größerer Einzelheit den Aufbau
des elektrischen Schalters und Fig. 3 den elektrischen Schalter mit Versorgungsnetzteil
und Sicherungen, wie sie in einem Schaltkasten für eine Etage
oder
eine Wohnung verwendet werden können.
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Das Prinzip der Erfindung geht am deutlichsten aus der vereinfachten
Schaltung gemaß Figur 1 hervor. Als elektrischer Verbraucher ist ein ohmscher Verbraucher,
eine Lampe 1 vorgesehen, die über die Netzverteilerdose 2 für 220 Volt über eine
übliche, leistungsstarke, dreiadrige wird, die Leitung 3 gespeist 220 Volt führt
und in der Regel einen Leitungsquerschnitt für eine Ader von 1,5 mm² hat. Hierbei
ist die Leitung 3S der Schutzleiter, die Leitung 3 0 der Nullleiter und die Leitung
R eine stromführende Phase für 220 Volt. Mit der Netzverteilerdose 2 ist der elektrische
Schalter 4 über eine 220 Volt führende, zweiadrige Leitung 5 verbunden, deren Leitungsquerschnitt
ebenfalls 2 z. B.-1,5 rm2beträgt. Der elektrische Schalter 4 seinerseits ist über
eine leistungsarme, abgeschirmte, zweiadrige Leitung 6, die man auch als Koaxialkabel
bezeichnet, mit der Sensorplatte 7 verbunden Der geerdete Kreis in der Leitung 6,
der mit8 bezeichnet ist, veranschaulicht die Abschirmung der Leitung 6.
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Die Sensorplatte 7, die Lampe 1, die Leitungen und die Netzverteilerdose
2 sind ansich bekannt und brauchen hier nicht mehr beschrieben zu werden. Der elektrische
Schalter 4 weist im wesentlichen zwei Teile auf, welche durch die gestrichelte Linie
9 voneninander getrennt sind, welche die galvanische Trennlinie darsstellt. In der
links oben in Figur 1 befindlichen
Hälfte wird der Hochspannungsteil,
d. h. der eine Spannung von 220 Volt führende Teil des elektrischen Schalters angenommen,
der andere Teil ist lediglich ein Niederspannungsteil und beinhaltet im vesentlichen
die Niederspannungselektronik.
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Dieser elektrische Schalter 4 kann auch als Sensorschalter bezeichnet
werden.
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Figur 2 zeigt die elektrische Schaltung gemäß der Erfindung in größerer
Einzelheit. Links von der gestrichelten Linie 9 befindet sich der Niederspannungsteil,
rechts davon die leistungsführenden Leitungen. Man erkennt wieder die Sensorplatton
7, die Verbindungsleitungen 6 mit den Abschirmungen 8 und auf der gegenüberliegenden
Seite die zu den darsestellton ohmschen Verbrauchern1 führenden, mit 220 Volt heaufschlagten
Leitungen 3. Herzstück dieser Schaltung, insbesondere es elektrischen Schalters
4,ist eine integrierte Schaltung 10, die zwei unabhängige Schaltwege enthält, die
bei der Schaltung gemäß Figur 2 ausoenutzt sind, deshalb die Schaltung bezüglich
einer in Figur 2 in der Mitte von links nach rechts gedachten Linie spiegelsymmetrisch
aufgebaut. Durch die hier verwendete integrierte Schaltung 10 mit der Bezeichnung
IC 7473 sind zwei Verbraucher über die Leitungen 3 unabhängig voneinander schaltbar.
Zwischen dem Koaxialkabel 6 und der integrierten Schaltung 10 sind Verstärker 11
eingesetzt, so daß auch sehr langc Leitungen 6 verwendet werden können und ein eindeutiges
Schaltsignal an die integrierte Schaltung 10 liefern. Letztere wird mit einer Gleichscannung
von 5 Volt von einem Gleichrichter 12 versorgt,
der seinerseits
von einem Netztrafo 13 220 Volt/5 Volt beschickt wird. Die Pfeile 14 veranschaulichen
die Wechselspannung 220 Volt für die Speisung dicses allgemein mit 15 bezeichneten
Versorgungsnetzteils. Der integrierten Schaltung 10 sind für jede Stufe ein Treiber
16 nachgeschaltet, der über die Leitung 17 jeweils mit dem Optokoppler 18 verbunden
ist. Durch diesen erfolgt die galvani:clle Trennung zwischen dem links von der gestrichelten
Linie 9 befindlichen Niederspannungsteil und dem rechts davon befindlichen Leitungsteil..
Der eigentliche elektrische Schalter ist das Triac 19, das auch in Figur 1 symbolisch
dargestellt ist. Gegebenenfalls läßt sich das Triac 19 über den jeweiligen Dimer
20 stufenlos steuern.
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Figur 3 zeigt eine Anlage für eine Wohnung in einem größeren Mehrfamilienhaus.
Es sollen die Lampen 1 geschaltet werden.
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Hier sind zwei Lampen als ohmsche Verbraucher dargestellt, weil pro
Sensorschalter bzw. pro elektrischen Schalter 4 zwei Verbraucher separat schaltbar
sind. Im Gegensatz zu der wieder gezeigten gestrichelten Linie 9 innerhalb des elektrischen
Sensorschalters 4 für die galvanische Trennung zwischen Niederspannungs- und Hochspannungsteil
ist in Figur 3 in vertikaler Richtung eine weitere gestrichelte Linie 22 gezeigt,
die sozusagen die Grenze darstellt zwischen einem Schaltkasten oder Zählerkasten
links dieser Linie 22 im Wohngebäude und dem
Teil rechts davon
für die Licht- und Schaltcrleitungen in den Zimmern. Diese Leitungen 3 verlaufen
jeweils aus dem rechten Teil, d. h. von den einzelnen Räumen des Gebäudes, zum Schalt-
oder Zählerkasten, d. h. zu dem Teil links von der Linie 22. Dieser Schalt- oder
Zählerkasten wird durch die drei stromführenden Phasen RST versorgt und liegt am
Nulleiter 30 und dem Schutzleiter 3S, fünf Leitungen, die links durch Pfeile dargestellt
sind. Die drei Phasen R, S und T sind 220 Volt-stromführende Leitungen, von denen
die Leitung R der Leitunq R in Figur 1 link; oben entspricht. Die jeweilige Phase
wird über Sicherungen 23 an den elektrischen Sensorschalter 4 geführt, wobei nur
für die eine Sicherung links oben der elektrische Sensorschalter 4 voll dargestellt
ist, während die anderen elektrischen Schalter 4 lediglich durch kurze, aufeinanderzu
gerichtete Pfeile sinnbild.1 ich veranschaulicht sind, um die Darstellung der Figur
3 übersichtlicher zu halten. Das Versorgungsnetzteil 15 wird über eine Phase mit
220 Volt verbunden, namentlich der Netztrafo 13, dessen Sekundärseite (5 Volt) den
Gleichrichter 12 speist. Wie bei Figur 2 steht das Versorgungsnetzteil 15 mit der
als integrierte Schaltung ausgebildeten Schalteinheit 10 in elektrischer Verbindung.
Die Schaltelektronik 10, die sich im Niederspannungsteil unterhalb der gestrichelten
Linie 9 im elektrischen Schalter 4 befindet, steht über die Leitungen 6 mit der
Abschirmung & S mit den Sensorplatten 7 in Verbindung.
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Wie e schon in Verbindung mit Figur 2 erwähnt, können zur vollen Ausnutzung
der integrierten Schaltung mindestens zwei Verbraucher in zwei unabhängigen Schaltwegen
vorgesehen sein, wie in Figur 3 gezeigt ist.
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