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Zeitrelais
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Die Erfindung betrifft ein Zeitrelais, das sich besonders zum Einsatz
als Treppenlicht-Zeitschalter sowie für andere Einsatzfälle eignet, bei denn ein
Stromkreis kurzzeitig eingeschaltet werden soll.
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Die bis jetzt bekannten, hauptsächlich als Treppenlicht-Zeitschalter
eingesetztsn Zeitrelais schalten nach einer bestimmten, gleichbleibenden Zeit den
von Hand durch Drucktasterbetätigung eingeschalteten Beleuchtungsstromkreis selbsttätig
aus. Die Einschaltdauer läßt sich am Zeitrelais in der Regel zwischen einer und
etwa zehn Minuten mittels eines Einstellgliedes vorwählen.
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Die Vorwahl der Beleuchtungsdauer ist so zu treffen, daß Treppenbenützer
ohne Hast bei eingeschalteter Beleuchtung sicher das oberste Stockwerk erreichen
und eine Türe öffnen können.
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Da bei der Einstellung der Beleuchtungsdauer aus diesem Grunde ein
entsprechender Sicherheitsfaktor eingerechnet werden muß, bleibt die Treppenhausbeleuchtung
im Regelfall zu lange eingeschaltet. Die fest eingestellte Einschaltdauer wird vor
allem dann als Energieverschwendung empfunden, wenn das Treppenhaus nur kurzzeitig,
beispielsweise zur Müllschluokerbenützung, betreten wird.
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Bis jetzt kann dem Nachteil einer fehlenden Handausschaltemöglichkeit
nur durch Austausch des installierten Treppenlicht-Zeitschaltere gegen einen sogenannten
Fernschalter begegnet werden, der nach dem Stromstoßprinzip arbeitet und der bentallu
von unter sich parallel geschalteten Drucktasturn aus betätigt
werden
kann. Fernschalter dieser Art schalten den angeschlossenen Beleuchtungsstromkreis
mit jedem Erregungsstrcmstoß abwechselnd ein und aus, so daß die Möglichkeit gegeben
ist, die Beleuchtungsdauer dem tatsächlichen Bedarf anzupassen.
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Wird jedoch die Ausschaltung unterlassen, bleibt die Beleuchtung so
lange eingeschaltet, bis sie irgendwann nachgeholt wird.
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Da sowohl beim Einsatz von Treppenlioht-Zeitschaltern, als auch von
Fernschaltern aus den zuvor erwähnten Gründen Energie für nicht benötigte Beleuchtung
verschwendet wird, besteht ein echtes BedUrfnis nach einer Lösung, die mit vertretbarem
Aufwand die beschriebenen Nachteile beider Relaissysteme - im ersten Fall die fehlende
Handausschaltemöglichkeit, im zweiten Falle die fehlende Ausschalteautomatik - vermeidet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht,
daß eine nach dem Stromstoßrelaieprinzip, nach dem Remahenzrelaisprinzip oder nach
dem Prinzip eines gepolten Relais arbeitende Stromschließeinrichtung (Rel) manuell
durch Betätigern von Drucktastern (Dr) wahlweise ein- und ausschaltet bar ist, daß
mit jedem Einschaltvorgang nach dem Uffnen des Drucktasters (Dr) der Zeitablauf
eines Zeitgebers (JC) den eingeschalteten Laststromkreis (Glühlampen L) nach Ablauf
einer vorwählbaren Zeitspanne durch Erregung der Relais- oder Relaisabwurfspule
dann automatisch ausschaltet, wenn die Ausschaltung nicht innerhalb der vorgewählten
Zeitspanne manuell erfolgt ist.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht noch darin, die
Eingangsbeschaltung so auszuführen, daß sowohl bereits installierte Treppenlicht-Zeitschalter,
als auch bereits installierte Fernschalter üblicher Ausführung gegen das erfindungsgemäße
Zeitrelais austauschbar sind, ohne die vorliegende Außenbeschaltung ändern oder
Leitungen nachziehen zu müssen. Insbesonders ist die häufig anzutreffende, leitungssparende
Glimmlampenspeisung zur Drucktaster- oder Tableaubeleuchtung zu berücksichtigen,
durch die zwar eine Steigleitungsader eingespart werden kann, die dafür aber einen
die Erregerspule des Treppenlicht-Zeitschalters durchfließenden Ruhestrom von bis
zu fünfzig Milliampere verursacht.
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Bei der Wahl eines geeigneten Erfindungs-Ausfuhrungsbeispieles wurde
daher ein Anwendungsfall mit einer derartigen Glimmlampenbeschaltung gewählt.
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Nachfolgend wird anhand eines in Abbildung 1 dargestellten Prinzipschaltbildes
ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Das gewählte Ausführungsbeispiel besteht aus einem für Netzspannungserregung
ausgelegten Stromstoßrelais Rel, dessen Lastkontakt mit jedem die Relaisspule durchfließenden
Stromstoß auf bekannte Art seine Schaltlage wechseltXsowie aus einer Steuerelektronik,
deren Funktion nachfolgend erläutert wird.
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Über die Widerstände R1 und R2 liegt eine mittels einer Zenerdiode
Z1 auf zwölf Volt begrenzte, mit der Netzfrequenz pulsierende Gleichspannung an
der Basis des Transistors T1 sowie über Widerstand R3 an dessen Kollektor. Der Basisstrom,
über den Emitter und über die Dioden d3 und d2 gegen Null abfließend, schließt die
Kollektor-Emitterstrecka des als Schalter eingesetzten Transistors T1 und hält den
Kondensator C2 über Widerstand R10 in entladenem Zustand. Beim Schließen einer der
Drucktaster Dr wird der den Widerstand R2 durchfließende Strom von der Transistorenbasis
weg gegen Null abgeleitet. Der "Transistorenschalter" T1 öffnet. Über Widerstand
R3 wird der leere Kondensator C2 bis zur Sättigung vom Strom durchflossen, der über
den Gate-Anschluß des Thyristors Thy nach Null abfließt und die Anoden-Kathodenstrecke
vom nichtleitenden in den leitenden Zustand versetzt. Die Spule des Stromstoßrelais
Rel wird so lange vom Strom durchflossen, bis der Thyristor-Haltestrom unterschritten
wird.
Beim nächsten Nulldurchgang der anliegenden Wechselspannung öffnet der als Netzschalter
dienende Thyristor Thy den Stromkreis wieder. Eine Glättung der Gate-Steuerspannung
erübrigt sich, da Steuer- und Arbeitsstrom gleichphasig verschiebungsfrei pulsieren.
Nach der Arbeitsatromabschaltung bleibt der Kondensator C2 so lange in vollgeladenem
Zustand, bis der betätigte Drucktaster Dr wieder geöffnet wird. Der Kondensator
C2 entleert sich anschließend über den Transistor T1 und Widerstand R10. Dieses
beschriebene Spiel wiederholt sich mit jedem Druck auf einen der Drucktaster Dr,
wobei die Lampen L über den Lastkontakt des Stromstoßrelais Rel abwechselnd ein-
und ausgeschaltet werden. Da die Stromstoßlänge unabhängig von der Länge der Drucktasterbetätigung
allein von der Kapazität des Kondensators C2 abhängt, reicht eine Spulenauslegung
auf geringe Einschaltdauer aus, so daß das Stromstoßrelais Rel erregungsseitig sehr
klein ausgeführt werden kann.
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Mit jeder Lasteinschaltung wird der mit 't3C" bezeichnete, integrierte
Oszillator-Teilerstromkreis an Betriebsspannung gelegt, die über die Zenerdiode
Z2 auf zwölf Volt begrenzt und über den Kondensator C1 geglättet wird. Widerstand
R5 übernimmt die Aufgabe des Lade- und Strombegrenzungswiderstandes, Widerstand
R6 dient als Strombegrenzungsschutz für Transistor T2, dessen Zweck an anderer Stelle
noch beschrieben wird.
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Dem Oszillator-Teiler-3C fällt die Aufgabe zu, nach einer über Potentiometer
P vorwählbaren Zeitspanne dem Strcmstoßrelais Rel
durch Triggern
des Thyristors Thy über Diode d4 und Widerstand R4 einen Stromstoß zur Lastabschaltung
zu vermitteln. Bei dem verwendeten JC ist die Teilerrücksetzung in Ausgangsposition
intern mit dem Betriebsspannungseingang gekoppelt, so daß der als Zähler eingesetzte
Frequenzteiler jeweils mit Anlegen der Betriebsspannung von Null an von neuem zu
zählen beginnt. Die Zeitvorwahl wird durch Verändern der Schwingfrequenz des aus
dem Potentiometer P, den Widerständen R7 und R8 sowie dem Kondensator C4 einschließlich
JC-integrierten Aktivbauelementen bestehenden Schwingkreis vorgenommen. Die Zeitvorwahl
kann ferner noch grobstufig durch Programmierung von drei weiteren, in Abbildung
1 nicht dargestellten Anschlüssen verändert werden.
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Nach Ablauf der vorgewählten Zeit springt der mit 8 bezeichnete JC-Ausgang
von tief auf hoch und zündet den Thyristor Thy über den zuvor beschriebenen Strompfad
so lange, bis das erregte Stromstoßrelais Rel seinen Lastkontakt öffnet, wodurch
die Betriebsspannung, über Kondensator C1 geringfügig verzögert, abgeschaltet wird.
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Während der Betätigung einer der Drucktaster Dr wird über die Widerstände
R3 und R9 und über Diode d5 die Basis des Transistors T2 an Pluspotential gelegt.
Das an JC-Anschluß 14 liegende Pluspotential der Betriebsspannung wird gegen Null
kurzgeschlossen, wodurch der Start des integrierten Teilers bis nach erfolgter Drucktasteröffnung
verzögert wird. Erst nach Drucktasteröffnung wird der Zählvorgang gestartet, so
daß, von diesem Zeitpunkt an
gerechnet, die Lampen L nach Ablauf
der eingestellten Zeitspanne automatisch abgeschaltet werden, wenn nicht vorher
die Last durch zwischenzeitliches Betätigen einer der Drucktaster Dr von Hand ausgeschaltet
worden ist.
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Die Anschlüsse C und D sind jeweils über eine Diode (d1, d2) gegen
die negative Wechselspannungshalbwelle abgeblockt. Die Diode d3 sperrt die über
die Lampen L auf Anschluß B gelangenden, negativen Halbwellen, die über R5, R6,
Z2 in Richtung Z1 und R1 Potentialausgleich suchen.
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Um einsatzübliche Treppenlicht-Zeitschalter gegen Zeitrelais gemäß
vorliegender Erfindung austauschen zu können, muß die Eingangsbeschaltung so ausgeführt
werden, daß parallel zu den Drucktastern Dr liegende Glimmlampen Gl nicht zur unbeabsichtigten
Stromstoßrelais-Erregung führen können, ferner dürfen diese Glimmlampen Gl die sichere
Funktion der Drucktaster Dr nicht stören.
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Der bei bestehenden Anlagen funktionsbedingt auf etwa fünfzig Milliampere
begrenzte Glimmlampenstrom soll nach Austausch gegen ein Zeitrelais gemäß vorliegender
Erfindung die Glimmlampen auf einem Weg durchfließen, der an keiner Stelle die beschriebene
Schaltung störend durchläuft. Diese Forderung wird bei der beschriebenen Schaltung
voll erfüllt. Die negative Halbwelle des Glimmlampenstromes wird durch Diode dl
abgeblockt, die positive bleibt unwirksam, da die über der Zenerdiode Z1 liegende
Spannung kleiner als die an Anschluß C liegende Glimmiampen-Zündspannung ist. Durch
die Überbrückung der Klemme A mit C über einen ohmschen Widerstand R11 und/oder
kapazitiven Wechselstromwiderstand C3 wird der Glimmlampenstrom voll wirksam an
der
elektronischen Schaltung vorbeigeführt. Bei Drucktasterbetätigung
werden die Glimmlampen Gl zwangsläufig kurzgeschlossen, was zu einem erhöhten, jedoch
noch beherrschbaren Kurzschlußstrom durch C3 und/oder R11 führt.
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Da eine Glimmiampenspeisung in zahlreichen Einsatzfällen auf die beschriebene
Art gar nicht notwendig ist, besteht die Möglichkeit, auf den Einbau des Kondensators
C3 und/oder des Widerstandes R11 in das Gehäuse des erfindungsgemäßen Zeitrelais
zu verzichten, wobei im Bedarfsfalle eine Zusatzbeschaltung außerhalb des Gehäuses
jederzeit vorgenommen werden kann.
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Beispielsweise erübrigt sich der Kondensator C3 und/oder Widerstand
R11 auch dann, wenn in fernschaltergesteuerten Beleuchtungsanlagen der Fernschalter
durch ein Zeitrelais gemäß vorliegender Erfindung ersetzt werden soll. Bedingt durch
die generell übliche Spulenauslegung auf hundert Prozent Einschaltdauer sind die
Spulen relativ hochohmig und daher ungeeignet, einen zusätzlichen Glimmlampenstrom
bis fünfzig Milliampere aufnehmen zu können. Eventuell zur Drucktaster- oder Tableaubeleuchtung
installierte Glimmiampen werden daher über eine besondere, zusätzliche Leitung gespeist.
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Außer mit netzspannungserregten Fernschaltern sind noch Installationen
mit Kleinspannungserregung üblich. Sie sind bevorzugt dort anzutreffen, wo aus Sicherheitsgründen
netzspannungsführende Leitungen vermieden werden sollen. Auch für derartige Einsatzfälle
lassen sich Zeitrelais gemäß vorliegender Erfindung herstellen. Eine Auslegung der
beschriebenen
Schaltung auf Kleinspannung ist jedoch einfach und
jedem Fachmann naheliegend, sO daß auf eine diesbezügliche Beschreibung verzichtet
wurde.
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Der Erfindungsgedanke lässt auch die Verwendung eines doppelkontaktbestückten
Stromstoßrelais zu, mit dessen zweiten, potentialfreien Kontakt Lasten mit beliebiger
Stromart und Spannung geschaltet werden können.
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Der in der Beschreibung noch nicht erwähnte, jedoch in Abbildung 1
dargestellte Schalter Sch, vorzugsweise als Schlüsselschalter ausgaführt, dient
dazu, einem besonderen personenkreis eine Dauerbeleuchtungseinschaltung, beispielsweise
zur Treppenhausreinigung, zu ermöglichen.
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Dank der kurzen Einschaltdauer des eingesetzten Stromstoßrelais kann
dessen Spule verhältnismäßig klein ausgeführt werden, so daß das vollständige Zeitrelais
gemäß vorliegender Erfindung in einem heute bevorzugt verwendeten, nur siebzehn
Millimeter breiten Verteilergehäuse zur Reihenmcntage auf einer sogenannten Hutschiene
Platz findet.
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Zusammenfassend Das erfindungsgemäße Zeitrelais erfüllt alle als Erfindungsaufgabe
gestellten Anforderungen: 1) Der Last stromkreis kann manuell beliebig ein- und,
innerhalb einer vorwählbaren Zeitspanne, beliebig ausgeschaltet werden.
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2) Bei Uberschreitung dieser Zeitspanne erfolgt die Ausschaltung selbsttätig.
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3) Das erfindungsgemäße Zeitrelais kann sowohl handelsübliche Treppenlicht-Zeitschalter
unter Berücksichtigung der besonderen,
leitungssparenden Glimmlampenschaltung,
als auch Fernschalter üblicher Ausführung ersetzen.
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4)Der für die Aufgabenlösung benötigte Mehraufwand ist vertretbar
gering.
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