DE2753314C2 - Elektrische Schaltung zum kontaktlosen Schalten elektrischer Verbraucher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung zum kontaktlosen 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 verbundenen Kontaktsensor, wobei der elektrische Schalter eine mechanisch kontaktlose Elektronik mit einer Stromversorgungseinrichtung aufweist.

Eine solche Schaltung ist aus der DE-OS 26 18 371 'bekannt. Dort wird über einen normalerweise gesperrten Transistor durch Berühren eines in Reihe mit Widerständen angeordneten Kontaktsensors und kurzzeitiges Durchsteuern des Transistors ein Impuls in einem ersten Schaltungsbereich derart erzeugt, daß in einem zweiten Schaltungsbereich über einen Optokoppler einer Halbleitereinrichtung, die aus Diode und Tyristor besteht, der Befehl gegeben wird, einen Verbraucher an ein Netz zu schalten. Der bekannte Kontaktsensor wird über die berührende Person beim Schalten mit Erde verbunden, so daß die Person einen weiteren Widerstand in Reihe zu den anderen zur Erde hin bedeutet. Mit anderen Worten wird durch den Innenwiderstand der schaltenden Person, welche den Kontaktsensor berührt, ein Stromkreis geschlossen, weil die Person den letzten Widerstand in einem Spannungsteiler bildet Infolgedessen fließt zwangsläufig durch die schaltende Person ein Strom, der infolge von etwaigen Fehlschaltungen in der Elektronik schädlich sein kann. Die bekannte elektrische Schaltung ist nicht in Feuchträumen einsetzbar. Wenn nämlich der Kontaktsensor geerdet würde, z. B. durch Feuchtigkeit, die einen mehr oder weniger großen Widerstand vom Kontaktsensor zur Erde hin bildet, schaltet die bekannte Schaltung durch, denn es wird ein kräftiger Impuls erzeugt Infolgedessen ist es nicht unmöglich, daß durch eine unbeabsichtigt starke Erdung ein höherer Steuerstrom für den Transistor durch den Kontaktsensor fließt der für die übrige Elektronik schädlich sein kann. Die Funktionssicherheit der bekannten Schaltung geht also bei Feuchtigkeit, Verschmutzung oder anderen im Betrieb möglicherweise auftretenden unbeabsichtigten Bedingungen verloren Sie schaltet nicht nur möglicherweise auch dann, wenn es nicht erwünscht ist sondern gefährdet die den Kontaktsensor betätigende Person.

Aus der DE-OS 24 39 242 ist weiterhin eine Schaltung anderer Gattung bekannt die in anderem Zusammenhang einen Optokoppler einsetzt, der somit an sich bekannt ist. Dieses »elektronische Relais« verwendet aber eine Speisespannung im wesentlichen Unterschied zu der erfindungsgemäß beabsichtigten Betätigung des Kontaktsensors. Durch die auf beiden Seiten des Optokopplers verwendeten Spannungen sind die einzelnen Schaltkreise auch bei Einwirkung von Feuchtigkeit nicht jedenfalls funktionssicher und einwandfrei für Personen bei Berührung elektrischer Teile ungefährlich.

Ferner ist aus der DE-OS 20 28 152 ein Annäherungsschalter bekannt, bei dem die schaltende Person zwar nicht vom Strom durchflossene elektrische Teile anzufassen braucht, der aber nicht im Sinne eines normalen Lichtschalters zum Ein- und Ausschalten arbeitet.

Die bekannte Schaltung ist verhältnismäßig kompliziert aufgebaut, denn sie arbeitet mit dem Prinzip der Störung der Oszillation eines Schwingkreises. Die schaltende Person muß also einen Gegenstand, z. B. eine Metallplatte, in die Nähe einer Schwingkreisspule halten, um diese zu bedampfen und ihr Magnetfeld zu stören. Die Person kann eine Einschaltung einer Last nur dann vornehmen, wenn sie den die Schaltung auslösenden Gegenstand in der Nähe der Schwingkreisspule hält. Beim Entfernen wird die Last wieder abgeschaltet. Infolgedessen eignet sich die bekannte Schaltung z. B. nicht für das Einschalten von Beleuchtungskörpern im Haushalt. Außerdem ist nicht der Wechsel zwischen dem Zustand eingeschaltet und ausgeschaltet vorgesehen. Der bekannte Annäherungsschalter reagiert vielmehr fließend je nach der Bedämpfung der Schwingkreisspule. Wenn durch im Haushalt auftretende Fehler, z. B. Wassereinbruch, Kurzschluß oder dergleichen, die Bedienungsstelle beeinträchtigt wird, kann die bekannte Schaltung nicht mehr eingesetzt werden sondern ist lebensgefährlich.

Außerdem ist bei der bekannten Schaltung ein Relais vorgesehen, welches für das Schalten des leistungsstarken Verbrauchers erforderlich ist. Bekanntlich unterliegt ein solcher mechanischer Schalter dem Verschleiß. Das übliche Schalten elektrischer Verbraucher und insbesondere Beleuchtungskörper in Gebäuden erfolgt in bekannter Weise ebenfalls über mechanische Schalter, z. B. Kippschalter. Eine entsprechend abgesicherte Netzleitung wird in dem jeweils zu beleuchtenden Raum an eine Verteilerdose geführt, mit deren Hilfe

dieser Netzanschluß sowohl mit dem elektrischen Verbraucher als auch mit dem mechanischen Schalter verbunden ist, der an einer für die manuelle Betätigung praktischen Stelle angeordnet ist. Dabei aber muß nachteilig ein die elektrische Leistung de· Verbrauchers führende Leitung bis zum elektrischen Schalter geführt werden, weil bei dieser Art der üblichen Elektroinstallation in Eigenheimen der gesamte durch den Verbraucher geführte Strom auch durch den elektrischen Schalter geführt wird. Gegen Feuchtigkeit oder Kurzschlüsse ist eine solche Installation selbstverständlich nicht gesichert

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte elektrisch«: Schaltung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß ein funktionssicheres und zuverlässiges Schalten auch bei widrigen Bedingungen gewährleistet ist, insbesondere in Feuchträumen, ohne außerdem die Gesundheit der Benutzer bzw. schaltenden Personen zu gefährden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kontaktsensor die körpereigene Spannung aufnimmt und an den elektrischen Schalter weitergibt, wobei eine galvanische Trennung zwischen der körpereigenen Spannung und der Speise- und/oder Netzspannung vorgesehen ist.

An den jeweiligen Bedienungsstellen werden als Schaltauslöser nicht mehr mechanische Schalter sondern die in anderem Zusammenhang bekannten Kontaktsensoren verwendet, die dem mechanischen Verschleiß nicht mehr unterliegen. Bei Beschädigungen einer solchen Schaltung gemäß der Erfindung ist eine absolut sichere Trennung der mit dem Körper der schaltenden Person in galvanische Berührung kommende elektrische Teile, z. B. des Kontaktsensors, und der Netzspannung gewährleistet. Selbst wenn die schaltende Person ganz oder teilweise im Wasser steht, sogar bei Kurzschließen des Kontaktsensors mit Erde durch Feuchtigkeit, Verschmutzung oder eine bestimmte Art von Kleidung der schaltenden Person, ist die Funktion der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung einwandfrei, d. h. es erfolgt weder eine Schaltung noch eine Schädigung.

Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei welchem die schaltende Person der letzte Widerstand in einer Widerstandsreihe zur Erde hin darstellt, wird erfindungsgemäß mit der Körperspannung der Person von 90 V praktisch leistungslos ein Impuls gegeben, der durch die eigene elektrostatische Körperspannung erzeugt wird. Es versteht sich, daß dies insbesondere in Feuchträumen oder bei Verschmutzungen viel sicherer und dabei für den Benutzer absolut ungefährlich ist.

Vorteilhaft ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn zwischen dem Kontaktsensor und dem elektrischen Schalter eine abgeschirmte Leitung angeordnet ist. Dies bedeutet keinen großen Mehraufwand im Vergleich zu den normalen Leitungen, die zum Teil Leistungen bis zu 500 oder auch 200 W führen müssen, während die verwendeten leistungsarmen Leitungen erfindungsgemäß einen Querschnitt von weniger als 0,5 mm² und vorzugsweise weniger als 0,2 mm² haben. Eine solche leistungsarme Leitung mit Abschirmung zu verwenden, bedeutet im Vergleich zur Verwendung der üblichen leistungsstarken Leitungen nicht einmal dann einen Mehraufwand, wenn man einen elektrischen Verbraucher nicht nur von einer oder zwei Bedienungsstellen sondern stattdessen von vier, fünf oder mehr Bedienungsstellen aus zu schalten vorsieht. Die erfindungsgemäß eingesetzten leistungsarmen Leitungen sind materialsparend, einwandfrei funktionssicher und auch für den Benutzer gefahrerlos, weil dieser lediglich seine körpereigene Spannung einsetzt

Bei vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der elektrische Schalter für jeden Schaltkreis einen Verstärker und eine Schalteinheit auf. Diese verbindet bei Empfang eines vom schaltauslösenden Kontaktsensor gegebenen Signals den Verbraucher mit Hilfe des elektronischen Kopplers bzw. Treibers und eines Leistungshalbleiters mit dem Netzanschluß, 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 und auf kleinem Raum möglich.

Besonders zweckmäßig ist es erfindungsgemäß dabei, wenn als galvanische Trennung ein Optokoppler, vorzugsweise mit vorgeschaltetem Treiber, verwendet wird, die Schalteinheit ein integrierter Schaltkreis und der LeistungshaJbleiter ein Triac ist. Diese Schaltung hat sich in Gebrauch schon über längere Zeit als sehr zuverlässig erwiesen und ist preiswert herstellbar. Dabei kann man erfindungsgemäß ferner das Triac mit einer stufenlosen Steuereinrichtung verbinden. Als solche verwendet man z. B. ein Potentiometer, einen Regelwiderstand, einen Photowiderstand oder einen integrierten Schaltkreis (IC)

.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 Mehrfamilienhaus aus Kostengründen nur ein einziges Versorgungsnetzteil zu verwenden, wobei man dann ein Reservenetzteil danebenschalten sollte, damit nicht alle Schaltauslösefunktionen bei Ausfall des einzigen, zentralen Versorgungsnetzteils ausfallen.

Durch diese neue Schaltung gemäß der Erfindung ist es auch möglich, durch einen entsprechenden Zeitschalter eine Art Diebstahlsicherung dadurch vorzusehen, daß man verschiedene Lichtquellen mehr oder weniger unregelmäßig an- und abschaltet. Diese und weitere Schaltungsmöglichkeiten sind durch die Erfindung begünstigt und vereinfacht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigt

F i g. 1 schematisch die Schaltung mit einem elektrischen Verbraucher, elektrischen Schalter und Kontaktsensor,

F i g. 2 in größerer Einheit den Aufbau des elektrischen Schalters und

F i g. 3 den elektrischen Schalter mit Versorgungsnetzteil und Sicherungen, wie sie in einem Schaltkasten für eine Etage oder eine Wohnung verwendet werden können.

Das Prinzip der Erfindung geht am deutlichsten aus der vereinfachten Schaltung gemäß Fig. 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 Leitung 3 gespeist wird, die 220 Volt führt und in der Regel einen Leitungsquerschnitt für eine Ader von 1,5 mm² hat. Hierbei ist die Leitung 35 der Schutzleiter, die Leitung 3O der Nulleiter und die

Leitung R eine stromführende Phase für 220VoIt. Mit der Netzverteilerdose 2 ist der elektrische Schalter 4 über eine 220 Volt führende, zweiadrige Leitung 5 verbunden, deren Leitungsquerschnitt ebenfalls z. B. 1,5 mm² beträgt. Der elektrische Schalter 4 seinerseits ist über eine leistungsarme, abgeschirmte, zweiadrige Leitung 6, die man auch als Koaxialkabel bezeichnet, mit dem Kontaktsensor 7 verbunden. Der geerdete Kreis in der Leitung 6, der mit 8 bezeichnet ist, veranschaulicht die Abschirmung der Leitung 6.

Der Kontaktsensor 7, die Lampe 1, die Leitungen und die Netzverteilerdose 2 sind an sich bekannt und brauchen hier nicht beschrieben zu werden. Der elektrische Schalter 4 weist im wesentlichen zwei Teile auf, welche durch die gestrichelte Linie 9 voneinander getrennt sind, welche die galvanische Trennlinie darstellt. In der links oben in F i g. 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 wesentlichen die Niederspannungselektronik. Dieser elektrische Schalter 4 kann auch als Sensorschalter bezeichnet werden.

Fig.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 Kontaktsensoren 7, die Verbindungsleitungen 6 mit den Abschirmungen 8 und auf der gegenüberliegenden Seite die zu den dargestellten ohmschen Verbrauchern 1 führenden, mit 220 V beaufschlagten Leitungen 3. Herzstück dieser Schaltung, insbesondere des elektrischen Schalters 4, ist als Schalteinheit eine integrierte Schaltung 10, die zwei unabhängige Schaltwege enthält, die bei der Schaltung gemäß F i g. 2 ausgenutzt sind, deshalb ist die Schaltung bezüglich einer in F i g. 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 lange Leitungen 6 verwendet werden können und ein eindeutiges Schaltsignal an die integrierte Schaltung 10 liefern. Letztere wird mit einer Gleichspannung von 5VoIt von einem Gleichrichter 12 versorgt, der seinerseits von einem Netztrafor 13 220 Volt/5 Volt beschickt wird. Die Pfeile 14 veranschaulichen die Wechselspannung 220 Volt für die Speisung dieses 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 galvanische 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 F i g. 1 symbolisch dargestellt ist. Gegebenenfalls läßt sich das Triac 19 über den jeweiligen Dimmer 20 stufenlos steuern.

F i g. 3 zeigt eine Anlage für eine Wohnung in einem größeren Mehrfamilienhaus. Es sollen die Lampen 1

ίο geschaltet werden. 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 Niederspannung«- und Hochspannungsteil ist in F i g. 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 Schalterleitungen 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 RSTversorgt 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 Leitung R in F i g. 1 links oben entspricht. Die jeweilige Phase wird über Sicherungen 23 an den elektrischen Schalter 4 geführt, wobei nur für die eine Sicherung links oben der elektrische Schalter 4 voll dargestellt ist, während die anderen elektrischen Schalter 4 lediglich durch kurze, aufeinanderzu gerichtete Pfeile sinnbildlich veranschaulicht sind, um die Darstellung der F i g. 3 übersichtlicher zu halten. Das Versorgungsnetzteil 15 wird über eine Phase mit 220 Volt verbunden, namentlich der Netztrafo 13, dessen Sekundärseite (5VoIt) den Gleichrichter 12 speist. Wie bei F i g. 2 steht das Versorgungsnetzteil 15 mit der als integrierte Schaltung ausgebildeten Schalteinheit 10, in der auch z. B. Verstärker 11 enthalten ist, 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 8 mit den Kontaktsensoren 7 in Verbindung.

Wie schon in Verbindung mit F i g. 2 erwähnt, können zur vollen Ausnutzung der integrierten Schaltung mindestens zwei Verbraucher in zwei unabhängigen Schaltwegen vorgesehen sein, wie in F i g. 3 gezeigt ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltung zum kontaktlosen 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 verbundenen Kontaktsensor, wobei der elektrische Schalter eine mechanisch kontaktlose Elektronik mit einer Stromversorgungseinrichtung aufweist, dadurchgekennzeichnet, daß der Kontaktsensor (7) die körpereigene Spannung aufnimmt und an den elektrischen Schalter (4) weitergibt, wobei eine galvanische Trennung zwischen der körpereigenen Spannung der Speise- und/oder Netzspannung vorgesehen ist

2. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kontaktsensor (7) und dem elektrischen Schalter (4) eine abgeschirmte Leitung (6) angeordnet ist.

3. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter (4) für jeden Schaltkreis einen Verstärker (11) und eine Schalteinheit (IC, 10) aufweist

4. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als galvanische Trennung ein Optokoppler (18), vorzugsweise mit vorgeschaltetem Treiber (16), verwendet wird, die Schalteinheit ein intergrierter Schaltkreis (IC) und der Leistungshalbleiter ein Triac (19) ist.

5. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Triac (19) mit einer stufenlosen Steuereinrichtung (20) verbunden ist.

6. Elektrische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Versorgungsnetzteil (12-15) für mehrere elektrische Schalter (4) vorgesehen sst.