DE2931880C2

DE2931880C2 - Berührungslos betätigbarer elektronischer Schalter

Info

Publication number: DE2931880C2
Application number: DE19792931880
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dipl.-Ing. 6940 Weinheim Gehl
Original assignee: Pepperl and Fuchs SE
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 1979-08-06
Filing date: 1979-08-06
Publication date: 1988-07-07
Also published as: DE2931880B1

Description

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Die Erfindung betrifft einen berührungslos betätigbaren elektronischen Schalter, insbesondere Wechselspannungs-Schalter, mit zwei separaten Lastkreisen und einer für beide Lastkreise gemeinsamen Steuerelektronik, wobei jeder Lastkreis voo der Steuerelektronik ein- oder ausgeschaltet werden kann derart, daß zu einer bestimmten Zeit jeweils der eine Lastkreis eingeschaltet und der andere Lastkreis ausgeschaltet ist.

Ein derartiger Schalter ist aus dem Katalog der Anmelderin mit dem Titel »Kontex-System«, Ausgabe 1974, Seiten 3 und 4 grundsätzlich bekannt. Der Schalter gemäß Seite 4 dieser Druckschrift kann berührungslos betätigt werden und ist mit nur zwei Anschlußpunkten wahlweise in der Betriebsart »Schließer« oder in der Betriebsart »Öffner« zu betreiben. Es handelt sich dann aber um zwei in der internen Schaltung unterschiedliche Ausführungsformen dieses bekannten Schalters.

Auf der Seite 3 dieser Druckschrift ist die Prinzipschaltung eines elektronischen Schalters mit vier Anschlußpunkten dargestellt und beschrieben, der zwei Lastkreise und eine gemeinsame Steuerelektronik aufweist. Mit diesem bekannten elektronischen Schalter sind die Betriebsart »Schließer«, die Betriebsart »Öffner« und die Betriebsart »Umschalter« möglich, jedoch sind bei den beiden erstgenannten Betriebsarten mindestens drei Anschlußpunkte zu belegen und bei der letzten genannten Betriebsart sogar vier Anschlußpunkte.

Weiterhin ist aus dem erwähnten Prospekt der Anmelderin mit dem Titel »Varikont« ein elektronischer Schalter bekannt, der vier Anschlußpunkte aufweist, wobei zwei Anschlußpunkte für einen Lastkreis notwendig sind, während die beiden anderen Anschlußpunkte zur Einstellung der gewünschten Betriebsart »Schließer« oder »Öffner« dienen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen berührungslos betätigbaren elektronischen Schalter der eingangs näher genannten Art zu schaffen, der nur drei Anschlußklemmen aufweist und über nur zwei Leitungen (2-Draht-Betrieb) durch entsprechende Auswahl von Anschlußklemmen wahlweise für die Betriebsarten »Schließer«, »Öffner« und »Umschalter« in der Weise zu betreiben ist, daß in den beiden Betriebsarten »Schließer« und »Öffner« stets nur die jeweils zugeordnete Last geschaltet wird und bei der Betriebsart »Umschalter« keine gegenseitigen Beeinflussungen der angeschlossenen Lastkreise auftreten können.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Schalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Zwar ist seitens der Firma Pulsotronic Merten GmbH & Co. KG ein berührungsloser Schalter mit der Typenbezeichnung »9800-70« als vorbekannt angeführt, wobei dieser Schalter mit Ausnahme der Versorgung über die Entkopplungsdioden und der Versorgung der Steuerelektronik mit Spannung nachjedem Nulldurchgang des Laststroms vor einer Einschaltung des Lastkreises in den wesentlichen Merkmalen formal übereinstimmt. Dieser Schalter mit der Typenbezeichnung »9800-70« ist jedoch nicht imstande, die vorgenannte Aufgabe zu lösen, da er stets den Anschluß beider Lasten erfordert und somit nur die Betriebsart »Umschalter« verwirklichen kann.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil erreichbar, daß ein Anschlußpunkt bzw. eine Anschlußleitung weniger als bei herkömmlichen Schaltern dazu ausreichen, um die verschiedenen aufgabengemäßen Betriebsarten gewährleisten zu können.

Weiterhin besteht bei dem erfindungsgemäßen

Schalter der erhebliche Vorteil, daß keine Änderung des Anschlusses der Last bzw. der Lasten notwendig ist und auch an dem elektronischen Schalter selbst keinerlei Maßnahmen erforderlich sind, um etwa die gewünschte Betriebsart einstellen zu müssen. Vielmehr kann lediglich durch die Wahl der Anschlußpunkte in der jeweils gewünschten Betriebsart gearbeitet werden.

Der erfindungsgemäße Schalter eignet sich wegen seiner außerordentlich großen Flexibilität für ein sehr breites Anwendungsgebiet, und zwar in solchen Anwendungsfallen, in denen bei an sich abgeschalteter Last ein Reststrom durch die Last in Kauf genommen werden kann. Eine verhältnismäßig einfache Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ergibt sich dadurch, daß zumindest zwischen den für die Lastkreise bestimmten Anschlußklemmen und dem einen Anschlußpunkt der Steuerelektronik eine Gleichrichteranorünung jeweils in Reihe zu den Entkopplungsdioden angeordnet ist und daß der andere Anschluß^unkt der Steuerelektronik direkt mit der anderen Anschlußklemme entgegengesetzter Polarität verbunden ist. Wenn als Betriebsspannung eine Gleichspannung oder eine pulsierende Gleichspannung verwendet wird, arbeitet dieser Schalter praktisch genauso wie ein Schalter, bei dem beide Auschlußpunkte der Steuerelektronik über Entkopplungsdioden und Gleichrichteranordnungen mit den Anschlußklemmen verbunden sind. Wenn jedoch als Betriebsspannung eine Wechselspannung verwendet wird, wird die Steuerelektronik nur mit einer Halbwelle der Betriebsspannung versorgt. Außerdem können die Thyristoren auch nur in einer Halbwelle gezündet werden, wenn nicht besondere Maßnahmen in der Steuerelektronik getroffen werden, um eine Zündung über mindestens zwei Halbwellen zu gewährleisten. Solche Maßnahmen bestehen vorzugsweise darin, daß in der Steuerelektronik entsprechende Energie-Speicherkondensatoren vorgesehen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt die einzige Figur ein Schaltschema einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.

Die Funktion der Schaltung nach der Zeichnung wird zunächst für den Fall beschrieben, daß nur die eine Last 3 angeschlossen ist. Dabei wird ein Pol der Betriebsspannungsquelle 1, die vorzugsweise eine Wechselspannungsquelle ist, mit der Anschlußklemme 4 des elektronischen Schalters 2 direkt verbunden, während der andere Pol der Betrlsbsspannungsquelle 1 über die Last 3 mit der Anschlußklemme 5 des elektronischen Schalters 2 verbunden wird. Die Betriebsspannung wird über die in einer Brückenschaltung betriebenen Dioden 7,8, 9 und 10 gleichgerichtet. Der Pluspol der Gleichspannung wird über die Entkopplungsdiode 11 dem Anschlußpunkt 14 der Steuerelektronik 13 zugeführt, während der Minuspol über die Entkopplungsdiode 12 an den Anschlußpunkt 15 der Steuerelektronik 13 geschaltet ist.

Die Steuerelektronik 13 enthält im Prinzip eine Versorgungseinrichtung, die im einfachsten Fall aus einem Vorwiderstand zur Begrenzung der Stromaufnahme bestehen kann oder ein Spannungsregler oder Siruriiregler oder eine Kombination aus beiden sein kann, einen Gleichspannungsverstärker mit zwei antivalenten Ausgängen, und einen berührungslos beeinflußbaren Oszillator, der den Gleichspannungsverstärker steuert.

Diese an sich bekannten Baugruppen der Steuerelektronik 13 sind im einzelnen niclU dargestellt und bedürfen keiner Erläuterung.

Die beiden antivalenten Ausgänge des Gleichspannungsverstärkers in der Steuerelektronik 13 sind auf die Anschlußpunkte 16 und 17 geschaltet. Die Schaltung ist so aufgebaut, daß bei nicht beeinflußtem Oszillator der S Ausgang 16 nicht durchgeschaltet und der Ausgang 17 durchgeschaltet ist. Wird der Oszillator beeinflußt, kehrt sich der Zustand der Ausgänge 16 und 17 um.

Bei nicht beeinflußtem Oszillator, d. h. bei nicht durchgeschaltetem Ausgang 16, wird der Thyristor 18,

&iacgr;&ogr; dessen Gate mit dem Ausgang 16 direkt verbunden ist, nicht gezündet. Die gleichgerichtete Betriebsspannung 1 steht in voller Höhe über die entsprechend gepolten Entkopplungsdioden 11 und 12 an den Anschlußpunkten 14 und 15 der Steuerelektronik 13. Durch die Last 3 fließt nur ein geringer Strom, und zwar der Strom, der von der Steuerelektronik 13 aufgenommen wird. Dieser Strom wird Reststrom genannt.

Wird der Oszillator beeinflußt, schaltet der Ausgang 16 der Steuerelektronik 13 durch. Der Thyristor 18 wird gezündet, und die Anoden-Kathoden-Strecke des Thyristor 18 schließt den Pluspol mit dem Minuspol der Gleichrichterbrücke 7, 8, 9 und 10 kurz.

In diesem Betriebszustand wird die Steuerelektronik 13 nicht mehr mit Spannung bzw. Strom versorgt. Der einmal gezündete Thyristor 18 bleibt jedoch so lange durchgeschaltet, bis sein Haltestrom unterschritten wird, was bei einer als Wechselspannung ausgebildeten Betriebsspannung in jedem Stromnulldurchgang erfolgt. Wird also bei einem Nulldurchgang des Laststromes der Thyristor 18 abgeschaltet, so ist zunächst die gleichgerichtete Betriebsspannung 1 wieder an die Steuerelektronik 13 geschaltet. Die Steuerelektronik 13 kann jedoch auch bei beeinflußtem Oszillator den Thyristor 18 nur dann zünden, wenn die Spannung an der Steuerelektronik 13 bzw. die Betriebsspannung eine Höhe erreicht hat, die zur Zündung des Thyristors 18 ausreichend ist. Das bedeutet, daß nach jedem Nulldurchgang des Laststromes die Betriebsspannung zuerst die Steuerelektronik 13 versorgen muß, bevor es zu einer erneuten Zündung des Thyristors 18 kommen kann. Hierdurch bedingt, tritt ein Spannungsabfall auf,

d. h. die Betriebsspannung 1 wird nicht in voller Höhe an die Last 3 durchgeschaltet.

Wird die Beeinflussung des Oszillators aufgehoben.

so wird der Ausgang 16 nach dem nächsten Nulldurchgang des Laststromes nicht mehr durchgeschaltet. Eine erneute Zündung des Thyristors 18 erfolgt nicht mehr; die gleichgerichtete Betriebsspannung steht wieder in voller Höhe und während der gesamten Zeit, in der der Oszillator nicht beeinflußt ist, an der Steuerelektronik 13. Durch die Last 3 fließt nur der Reststrom.

Die Steuerelektronik 13 kann mit einer Versorgungsspannung von ca. 5 V bei einem Stromverbrauch von ca. 2 mA arbeiten. Der elektronische Schalter 2 ist ab einer Betriebsspannung von ca. 7 V arbeitsfähig. Die maximal zulässige Höhe der Betriebsspannung wird im wesentlichen durch die Sperrspannung der verwendeten Dioden, Thyristoren und Bauelemente in der Steuerelektronik 13 bestimmt. Betriebsspannungsbereiche von 7 V bis 250 V bei einem Reststrom von 2 mA sind heute

UUIlUIIC YVCIlC.

Wird nur die zweite Last 19 angeschlossen, so wird ein Pol der Betriebsspannungsquelle 1 direkt mit der Anschlußklemme 4 verbunden, während der andere Pol über die Last 19 an die Anschlußklemme 6 geschaltet ist. Die Betriebsspannung wird über die Dioden 20,21, 22 und 23 gleichgerichtet. Der Pluspol der Gleichspannung ist über die Entkopplungsdiode 24 dem Anschluß-

punkt 14 der Steuerelektronik 13 zugeführt, während der Minuspol über die Entkopplungsdiode 25 an den Anschlußpunkt 15 der Steuerelektronik 13 geschaltet ist. Der Ausgang 17 der Steuerelektronik 13 ist mit dem Gate des Thyristors 26 direkt verbunden. Die Anode und die Kathode des Thyristors 26 sind zwischen dem Pluspol und dem Minuspol des Briickengleichrichters aus den Dioden 20, 21, 22 und 23 geschaltet.

Da der Ausgang 17 zum Ausgang 16 der Steuerelektronik 13 antivalent ist, wird in der bereits beschriebenen Art die Zündung des Thyristors 26 bei nicht beeinflußtem Oszillator erfolgen, während bei beeinflußtem Oszillator keine Zündung erfolgt. Die Anschlußklemme 6 hat gegenüber der Anschlußklemme 5 des elektronischen Schalters 2 also ebenfalls antivaientes Verhalten. Wenn eine Last an die Anschlußklemme 5 angeschaltet ist, hat der elektronische Schalter 2 z. B. »Schließerverhalten«, während bei einem Anschluß einer Last an die Anschlußklemme 6 der elektronische Schalter 2 »Öffnerverhalten« hat. Beim Betrieb des elektronischen Schalters 2 mit nur einer Last ist es selbstverständlich möglich, die Last mit jedem Anschlußpunkt des elektronischen Schalters 2 zu verbinden, ohne daß die Funktion beeinträchtigt wird.

Beim Betrieb des elektronischen Schalters 2 mit nur einer Last haben die Entkopplungsdioden 11 und 12 sowie 24 und 25 folgende Funktion: Ist nur die Last 3 in der beschriebenen Art angeschlossen und der Thyristor 18 nicht gezündet, so ist der Thyristor 26 gezündet. In diesem Betriebszustand verhindert bei der einen Polaritat der Betriebsspannung die Entkopplungsdiode 24 und bei der umgekehrten Polarität der Betriebsspannung die Entkopplungsdiode 25, daß die Betriebsspannung über den durchgeschalteten Thyristor 26 an die Last 3 durchgeschaltet werden kann. In der Last 3 fließt also tatsächlich nur der Reststrom. Ist nur die Last 19 in der beschriebenen Art angeschlossen und der Thyristor 26 nicht gezündet, so ist der Thyristor 18 gezündet. In diesem Betriebszustand verhindert bei der einen Polarität der Betriebsspannung die Entkopplungsdiode 11 und bei umgekehrter Polarität der Betriebsspannung 1 die Entkopplungsdiode 12, daß die Betriebsspannung über den durchgeschalteten Thyristor 18 an die Last 19 durchgeschaitet werden kann. In der Last 19 fließt also tatsächlich nur der Reststrom.

Sind an den elektronischen Schalter 2 beide Lasten 3 und 19 gleichzeitig angeschlossen, übernehmen die Entkopplungsdioden 11 und 12 sowie 24 und 25 folgende Funktion: Ist die Betriebsspannung über den Thyristor 18 an die Last 3 durchgeschaltet, so verhindern die Entkopplungsdioden 11 und 12, daß auch die Last 19 über den Thyristor 18 an die Betriebsspannung geschaltet wird. Ist die Betriebsspannung über den Thyristor 26 an die Last 19 durchgeschaltet, so verhindern die Entkopplungsdioden 24 und 25, daß auch die Last 3 über den Thyristor 26 an die Betriebsspannung geschaltet ist.

Beim Betrieb mit zwei Lasten gleichzeitig tritt noch folgende Besonderheit auf: Ist die Betriebsspannung über den Thyristor 18 an die Last 3 durchgeschaltet, so wird die Steuerclcktronik 13 über die Last 19 weiter mit Spannung versorgt, d. h. daß nach dem Löschen des Thyristors 18 beim Nulldurchgang des Laststromes der Thyristor 18 sofort gezündet werden kann, da an der Steuerelektronik 13 Spannung ansteht. Die Betriebsspannung wird damit in voller Höhe an die Last 3 durchgeschaltet. Das gleiche tritt dann auf, wenn die Betriebsspannung über den Thyristor 26 an die Last 19 durchgeschaltet ist. Die Steuerelektronik 13 wird dann über die Last 3 ständig mit Spannung versorgt.

Wenn an den elektronischen Schalter 2 zwei Lasten gleichzeitig angeschlossen sind, hat der elektronische Schalter 2 ein Verhalten, das einem »Umschalter« entspricht.

Es ist möglich, den elektronischen Schalter 2 nach der Zeichnung so zu vereinfachen, daß die Entkopplungsdioden 12 und 25 entfernt werden und der Anschlußpunkt 15 der Steuerelektronik 13 direkt mit der Anschlußklemme 4 des elektronischen Schalters 2 verbunden wird. Ist die Betriebsspannung eine Gleichspannung oder pulsierende Gleichspannung, tritt keinerlei Änderung der grundsätzlichen Funktion auf. Ist die Betriebsspannung jedoch eine Wechselspannung, so wird die Steuerelektronik 13 nur mit einer Halbwelle der Betriebsspannung versorgt. Außerdem könnten die Thyristoren 18 und 26 nur in einer Halbwelle gezündet werden, wenn nicht besondere Maßnahmen in der Steuerelektronik 13 getroffen werden, um eine Zündung über mindestens zwei Halbwellen zu gewährleisten. Die besonderen Maßnahmen können darin bestehen, daß in der Steuerelektronik 13 Kondensatoren zur Energiespeicherung angeordnet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Berührungslos betätigbarer elektronischer Schalter, insbesondere Wechselspannungs-Schalter, mit zwei separaten Lastkreisen und einer für beide Lastkreise gemeinsamen Steuerelektronik, wobei jeder Lastkreis von der Steuerelektronik ein- oder ausgeschaltet werden kann derart, daß zu einer bestimmten Zeit jeweils der eine Lastkreis eingeschaltet und der andere Lastkreis ausgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (13) zwischen den beiden Anschlußklemmen (5,6) für Lasten (3,19), die mit dem einen Pol einer Spannungsversorgungsquelle (1) verbunden sind, einerseits und einer mit dem anderen Po' der Soannungsversorgungsquelle (1) verbindbaren Anschlußklemme (4) andererseits angeordnet ist, daß in jeder Verbindungsleitung zwischen einer der Anschlußklemmen (5, 6) und der Steuerelektronik (13) eine Entkopplungsdiode (11,24) angeordnet ist, daß die Polung der Entkopplungsdioden (11, 24) derart gewählt ist, daß eine Parallelschaltung der Lasten (3,19) verhindert ist, daß die Steuerelektronik (13) über die Entkopplungsdioden (11, 24) abhängig von der Last mit Spannung versorgt wird und daß nachjedem Null-Durchgang des Laststroms zuerst die Steuerelektronik (13) mit Spannung versorgt wird, bevor es zur Einschaltung des Lastkreises kommt.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (13) einen Gleichspannungsverstärker mk zwei antivalenten Ausgängen (16, 17) aufweist und daß der Gleichspannungsverstärker durch einen berührungslos beeinflußbaren Oszillator steuerbar ist.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden antivalenten Ausgänge (16, 17) des Gleichspannungsverstärkers jeweils mit dem Gate eines Thyristors verbunden sind und daß bei beeinflußtem Oszillator der Ausgang durchgeschaltet und der zugehörige Thyristor (18, 26) gezündet ist.

4. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwischen den für die Lastkreise bestimmten Anschlußklemmen (5,6) und dem einen Anschlußpunkt (14) der Steuerelektronik (13) eine Gleichrichteranordnung (7 bis 10,20 bis 23) jeweils in Reihe zu den Entkopplungsdioden (11,24) angeordnet ist und daß der andere Anschlußpunkt (15) der Steuerelektronik (13) direkt mit der anderen Anschlußklemme (4) entgegengesetzter Polarität verbunden ist.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlußpunkte (14, 15) der Steuerelektronik (13) über Entkopplungsdioden (11,12,24,25) und Gleichrichteranordnungen (7 bis 10,2" bis 23) mit den Anschlußklemmen (4, 5, 6) verbunden sind.

6. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (13) wenigstens einen Energie-Speicherkondensator aufweist.