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DIMMERSCHALTUNG MIT ZEITVERHALTEN
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Die Erfindung geht aus von einer Dimmerschaltung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 Solche Schaltungen sind in verschiedenen Ausführungen als sogenannte
Dimmer im Handel. oie dienen der stufenlosen Helligkeitseinstellung von zumeist
am Licht stromnetz betrie= benen Beleuchtungskörpern und sind sehr einfach aufgebaut.
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Die Einstellung des Ladestroms des Starterkondensators geschieht hier
in der Regel durch ein manuell einstellbares lotentiometer. Das Potentiometer bestimmt
bei vorgegebener Kapazität des Starterkondensators dessen Ladezeit bis zum Durchschalten
des Triggers und damit den Shasenanschnitt= winkel der Schaltung.
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heben diesen einfachen Dimmern sind auch wesentlich kompli= zierter
aufgebaute Lichtsteuergeräte bekannt ( siehe z.B.
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DE-OS 2017 916 , DE-OS 27 36 746, US-I'S 3 816 797 ) , die die Helligkeit
von Lichtquellen nach vorgegebenen Programmen oder abhängig von gespeicherten oder
fortlaufend erzeugten Analogsignalen steuern. Die Durchschaltung der Wechselstrom
schalter geschieht in diesen Licht steuergeräten nicht mehr nach dem einfachen Dimmerprinzip
mit Trigger und Starter kondensator, sondern mit Hilfe eines besonderen, steuerbaren
.=bü.ndimpulsgenerators. Solche Lichtsteuergeräte lassen sich allenfalls in großen
Beleuchtungsanlagen sowie in der Werbe-und Unterhaltungstechnik wirtschaftlich einsetzen,
für Anwendungen im Hause sind sie zu kompliziert und zu teuer.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerung der Helligkeit
von Beleuchtungskörpern nach einer Zeitfunktion mit einfachen mitteln zu ermöglichen,
insbesondere soll mit der Erfindung ein selbsttätiges, langsames Verlöschen von
Beleuchtungskörpern nach Ablauf einer vorgegebenen Betriebs zeit oder aber ein langsames
Hellwerden von Beleuchtungs= körpern nach Einschaltung erreicht werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die t.erknale des Eatent= anspruchs
1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Dimmerschaltung kann zum Beispiel zur Steuerung
der Beleuchtung von Hausfluren und Treppenhäusern anstelle der heute gebräuchlichen
elektromechanischen oder elektronischen Zeitschaltungen verwendet werden, welche
die Beleuchtung nach einer bestimmten Zeit abrupt abschalten und dadurch gefährliche
Situationen hervorrufen können, z.B.
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wenn ältere oder gebrechliche Personen mitten auf einer Treppe von
der Abschaltung iiberrascht werden. Die Dimmerschaltung nach der Erfindung bewirkt
in jedem Falle ein so langsames Verlöschen der Beleuchtung, daß eine in dem beleuchteten
Raum befindliche Person ohne Eile zum nächsten Schalter gelangen und diesen(erneut)betätigen
kann.
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Bei etwas anderer Dimensionierung kann die erfindungsgemälçe Dimmerschaltung
dazu verwendet werden, lreleuchtungskörper langsam hell zu steuern. Dies ist insbesondere
bei hoch belasteten Glühfadenlampen (z.B. Projektorlampen), die durch eine hohe
Einschaltstromspitze leicht geschädigt werden können, von Vorteil.
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bine besonders einfache Ausgestaltung der Dimmerschaltung nach der
Erfindung ist im Anspruch 2 wiedergegeben. Aufgrund der geringen Steuerströme der
komplementären Transistoren
läßt sich bereits mit Speicherkondensatoren
relativ niedriger Kapazität ein Zeitverhalten erreichen, das fvr den Einsatz zur
Steuerung von Treppenhausbeleuchtungen sehr gut geeignet ist.
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Der Einsatz teurer, hoch spannungsfester 'l'ransistoren wird dabei
in einer im Anspruch 3 angegebenen Ausgestaltung ver= mieden.
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Bei Verwendung von Feldeffekttransistoren, wie in Anspruch 4 vorgeschlagen,
können erheblich kleinere Speicherkondensatoren zum Einsatz kommen.
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Eine- Weiterbildung der Dimmerschaltung nach der Erfindung ist in
Anspruch 5 wiedergegeben und dient der Begrenzung des Ladestromes der Speicherkondensatoren.
,unit wird die Belastung der Speicherkondensatoren und der Ladeschaltung reduziert.
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Bei besonders hochohmiger Dimensionierung des beanspruchten Strombegrenzungswiderstandes
nimmt die Einschaltzeit immer mehr zu, so daß sich die Schaltung, wie bereits oben
erwähnt, zur langsamen Bellsteuerung von Beleuchtungskörpern eignet.
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Eine in Anspruch 6 beschriebene Ausgestaltung der Dimmer= schaltung
nach der Erfindung ist dazu geeignet, den Verlöschungs= vorgang von der vorausgegangenen
Betriebszeit zu entkoppeln, sodaß auf eine lange Betriebszeit nicht ein unnötig
langsam ablaufender Verlöschungsvorgang folgen muß.
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Die Ansprüche 8 und 9 beziehen sich auf die Verwendung der Dimmerschaltung
nach der Erfindung als Steuerschaltung für Treppenhausbeleuchtung bzw. als Steuerschaltung
für hoch belastete Lichtquellen.
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it Hilfe dreier Figuren soll nun die Dimmerschaltung nach der Erfindung
anhand eines Ausführungsbeispiel ausfbhrlich beschrieben und ihre Funktion erklärt
werden.
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Die Figuren zeigen im einzelnen: Fig. 1: eine bekannte, einfache Dimmerschaltung
Fig. 2: eine Dimmerschaltung nach der Erfindung Fig. 3: einen typischen Licl1tstärkeverlauf
In Fig. 1 ist eine gebräuchliche Dimmerschaltung dargestellt.
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>3ie enthält als elektronischen Wechselstromschalter einen Triac
TR, dessen Schaltstrecke in Reihe mit einem Verbraucher V an einer Wechselspannungsquelle
N, z.B. dem Lichtstromnetz, liegt. Steuerseitig ist dem Triac ein Trigger, in diesem
Falle ein Diac DI , vorgeschaltet, dessen zweiter Anschluß über einen Starterkondensator
C1 mit einer eite der Wechselspan= nungsquelle N und über eine Reihenschaltung aus
einem festen Vorwiderstand RV und einem regelbaren Vorwiderstand RP mit der anderen
Seite der Wechselspannungsquelle verbunden ist.
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Im Betrieb lädt sich der Starterkondensator C1 während jeder Halbwelle
der Wechselspannung iiber die beiden Vorwiderstände bis zur Sperrspannung des Diacs
auf. Bei Erreichen dieser Sperrspannung wird der Diac leitend und erlaubt eine Teil
entladung des Starterkondensators über die Steuerstrecke des Triacs TR . Der.über
die Steuerstrecke des Triacs fließende Stromstoß steuert den Triac durch. Da der
Zeitpunkt, zu dem die Diac - Sperrspannung erreicht wird, bei vorgegebener Kapazität
des Starterkondensators von dessen Auf ladungsge= schwindigkeit und damit vom Wert
der Vorwiderstände abhängt, läßt sich mit dem regelbaren Vorwiderstand RP der Ehasenan=
schnittwinkel der Schaltung und damit die Helligkeit einer als Verbraucher angeschlossenen
Lichtquelle verändern.
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Die Dimmerschaltung nach der Erfindung (Fig.2) enthält anstelle der
Vorviderstande zwei parallelgeschaltete kom= plementäre Transistoren Tl,T2. Die
Emitteranschlüsse der Transistoren sind dabei über Schutzdioden D5,D6 mit dem Diac
und dem Starterkondensator verbunden. Zur Wechselspannungs= quelle hin ist den Transistoren
eine Spannungsbegrenzungs= schaltung, bestehend aus zwei Z-Dioden Z1,Z2 , zwei Dioden
1)3,1)4 und einem Widerstand R4 vorgeschaltet. Die Basisan schlüsse der Transistoren
sind über hochohmige Widerstände R1, B2 mit Speicherkondensatoren C2, C3 verbunden,
welche bei Betätigung eines Schalters S durch eine Ladeschaltung, bestehend aus
einem Strombegrenzungswiderstand R3 und zwei Dioden D1,D2 auf Spannung unterschiedlicher
Polarität gegen über einem gemeinsamen, mit der Wechselspannungsquelle ver= bundenen
Anschluß P aufgeladen werden.
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Die Funktion der Schaltung ist wie folgt: Während kurzzeitiger Betätigung
des Schalters S, der in der Regel ein Druckknopf schalter sein wird, laden sich
beide Speicherkondensatoren über die Lade schaltung auf nahezu die Spitzenspannung
der Wechaelspannungsquelle auf. Der Speicher= kondensator C2 wird dabei positiv,
der Speicherkondensator G3 negativ gegenüber dem gemeinsamen Anschluß P aufgeladen.
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Über die Widerstände R1 und R2 fließen nun Basisströme über die Steuerstrecken
der ransistbren, welche, solange die Speicherkondensatoren auf eine genügend hohe
Spannung auf= geladen sind, ausreichen, die Transistoren durchzusteuern.
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Die Schaltstrecken der Transistoren sind damit während dieser Seit
niederohmig una die Auf ladung des Starterkondensators erfolgt ohae Verzögerung.
Damit wird der Triac bereits zu Beginn jeder Halbwelle der Wechselspannung durchgeschaltet
und die als Verbraucher angeschlossene Lichtquelle gibt nahezu die volle Leistung
ab. Die positive Aufladung des Starter kondensators erfolgt dabei über den Transistor
T2, die nega= tive Aufladung über den Transistor Tl.
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Ist die Spannung der Speicherkondensatoren nach einer gewissen Zeit
auf etwa ein drittel bis ein viertel ihres Anfangswertes abgesunken, so wird der
Basisstrom über die Steuerstrecken der Transistoren so niedrig, daß er zu deren
vollst;ndirer Durch Schaltung nicht mehr ausreicht. iit weiterer Abnahme des sasisstrorls
werden die Schaltstrecken der Yransistoren zu nehmend hochoiinig und verzögern die
Aufladung des Starter= kondensators C1 . Damit verschiebt sich der Phasenanschnitt
langsam zum Ende der Wechselspannungs-@albwellen hin, bis es schli.eßlich iiberhaupt
nicht er zur Durchschaltung des Triac kommt. Während dieser Betriebsphase verlischt
die Lichtquelle langsam.
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Fig.3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Lichtstärke L einer mit der
erfindungsgemäßen Dimmerschaltung betriebenen Lichtquelle.
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Während einer vorgegebenen Betriebszeit ZT nimmt die Licht= stärke
nicht merklich ab. Erst während des anschließenden Ver= löschungsvorganges VV ,
der z.B. eine Zeit von ein drittel bis ein viertel der Betriebszeit ZT in Anspruch
nehmen kann, wird die Helligkeitsabnahme bemerkt. Es bleibt dann für eine in dem
von der Lichtquelle beleuchteten Raum befindliche Person noch geniigend Zeit,zu
dem in dem beleuchteten Raum befindlichen Schalter S zu gehen und diesen erneut
zu betätigen.
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Bei längeren vorgegebenen Betriebszeiten ZT verlängert sich zwangsläufig
auch der Verlöschungsvorgang. Dies kann bei Be= triebszeiten über 5 Minuten Dauer
dazu führen, daß sich das menschliche Auge an das sehr langsame Verlöschen gewöhnt
und so der Verlöschungsvorgang erst sehr spät wahrgenommen wird.
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Es empfiehlt sich deshalb bei längeren vorgegebenen Betriebs dauern,
den Schalter S in Fig.2 als einstellbaren Zeitschalter auszuführen. Die vorgegebene
Betriebszeit der Dimmerschaltung, die dann erst abzulaufen beginnt, wenn der Zeitschalter
abgeschaltet
hat, kann in diesem Falle kürzer eingestellt werden, so daß auch der Verlöschungsvorgang
in entsprechend kurzer Zeit abläuft.
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ms besteht auch die öglichkeft, den Verlöschungsvorgang in zwei Schritten
ablaufen zu lassen, indem die Speicherkondensato= ren und/oder die Basiswiderstände
der Transistoren unterschiedlich groß dimensioniert werden. Es wird dann zunächst
eine Halbwelle der Wechselspannung langsam abgeschaltet, erst später folgt die zweite
Halbwelle. Besonders deutliches 'Lb= schalten einer der Halbwellen erfolgt, wenn
in eine der Basis= zuleitungen der Transistoren z.B. eine Glimmlcsmpe oder ein anderes,
unterhalb einer vorgegebenen Spannung hochohmig wer dendes Bauelement geschaltet
wird. Der Verlöschungsvorgang beginnt dann mit einer abrupten Iteduzierung der Kellin,keit
der Lichtquelle und wird so auf jeden Fall bemerkt.
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In der in der Fig.2 dargestellten Dimmerschaltung kann auf die Spannungsbegrenzungsschaltung
Z1,32,D3,D4,R4 , die einen geringen Dauerleistungsverbrauch (ca.lW) bedingt, verzichtet
werden, wenn hoch spannungsfeste Transistoren verwendet werden.
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Die Spannungsbegrenzungsschaltung kann auch ein Übertrager oder ein
Spartransformator sein. Bei Treppenhausbeleuchtungen bietet sich eine Kopplung mit
einem dort ohnehin benötigten Klingeltransformator an.
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In der Figur 1 und 2 nicht dargestellt ist eine für alle uimmerschaltungen
vorgeschriebene Funkentstörung.