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Zeitautomat zur Steuerung von mit Wechselspannung be-
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trieb enden elektrischen Verbrauchern Die Erfindung betrifft einen
Zeitautomat zur Steuerung von mit Wechselspannung betriehenen elektrischen Ver brauchern,
wie Treppenhausbeleuchtungen oder dgl.
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gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Zeitautomat ist bekannt (DE-OS 29 33 273).
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Bei dem bekannten Zeitautomaten ist dem Triac ein Thyristor parallelgeschaltet,
der gegebenenfalls von einem zweiten Zeitgeber angesteuert wird. Wenn der erste
Zeitgeber den Triac sperrt, wird der zweite Zeitgeber angesteuert und schaltet den
Thyristor über dessen Steueranschluß durch. Der Thyristor ist nur für eine Halbwelle
des Wechselsignals leitfähig, wodurch die dem Verbraucher zugeführte Leistung auf
die Hälfte abgesenkt ist.
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Nach Ablauf des vom zweiten Zeitgeber vorgegebenen zweiten Zeitintervalls
wird auch der Thyristor gesperrt und somit der Verbraucher vollständig abgeschaltet.
Dem Benutzer einer mit solchen Zeitautomaten versehenen Anlage wird durch das Absenken
der Leistung auf die Hälfte angezeigt, daß bald ganz abgeschaltet wird.
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Er hat jedoch ausreichend Zeit sich zu einem der Tastschalter zu begeben
und von neuem auf volle Leistung umzuschalten. Vorteilhaft dabei ist, daß ohne Phasenanschnittsteuerung
gearheitet wird, wodurch jegliche Funkstörung ausgeschlossen ist, also auch keine
besonderen maßnahmen zur Funkentstörung erforderlich sind.
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Wahlweise kann bei dem bekannten Zeitautomaten der Halblast-Zustand
für ein vorgegebenes zweites Zeitintervall oder für Daucrbetrieb eingeschaltet werden,
weil es für bestimmte Anwendungsfälle zweckmäßig sein kann, den Halblast-Zustand
aufrechtzuerhalten. Dahei ist eine
wahlweise Umschaltung möglich.
Dazu ist an den Steueranschluß des Thyristors ein Flipflop geschaltet. Liegt am
Ausgang des Flipflop ein niederpegJiges Signal, wird der Thyristor in der erläuterten
Weise vom zweiten Zeitgeber gesteuert. Liegt am Ausgang des Flipflop ein hochnegeliges
Signal, ist der Thyristor unabhängig vom Zustand des zweiten Zeitgebers ständig
durchgeschaltet. Die Wahl zwischen diesen beiden Betriebsarten kann mittels der
Tastschalter erfolgen, nämlich dadurch, daß festgestellt wird, ob der Tastschalter
länger als ein vorgegebenes drittes Zeitintervall betätigt ist. Aufgrund eines besonders
langen Tastimpulses wird der Thyristor ständig durchgeschaltet gehalten, bis mittels
eines zweiten langen Tastimpulses ein Rückkippen des Flipflop ausgelöst wird.
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Nachteilig bei dem bekannten Zeitautomat ist, daß in der Lastleitung
zwei Halbleiterelemente, nämlich der Triac und der Thyristor liegen, die beide für
Vollastbetrieb ausgelegt sein müssen. Derartige Halbleiterelemente sind vergleichsweise
kostspielig.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den Zeitautomaten der eingangs
genannten Art so weiterzuentwickeln, daß bei im übrigen gleicher Betriebsweise lediglich
ein einziges Halbleiterelement in der Lastleitung vorgesehen sein kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß der Triac einerseits
bei beiden Halbwellen der Wechselspannung und andererseits bei nur einer Halbwelle
der Wechselspannung betriehenwerden kann. in der Lastleitung ist lediglich ein einziges
steuerbaren Halbleiterelement erforderlich. Entsprechend sind auch weniger Kühlflächen
für das nunmehr nur eine steuerbare Halbleiterelement erforderlich, wodurch sich
nicht nur eine Kosten-, sondern auch eine Platzeinsparung ergibt.
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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. l eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Zeitautomaten, Fig. 2 eine zweite Ausfhrungsform eines erfindungsgemäßen Zeitautomaten.
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Der in Fig. 1 dargestellte Zeitautomat ist über eine Anschlußklemme
3 mit der Phasenleitung Ph und über eine Anschlußklemme 4 mit dem Mittelpunktleiter
Mp einer Wechselversorgung (nicht dargestellt) verbunden. Die zu schaltende Last
1, wie insbesondere Beleuchtungskörper od.
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dgl., ist zwischen Anschlüsse 5 gelegt, deren einer mit dem Mittelpunktanschluß
4 verbunden ist. In der Lastleitung 2 liegt zwischen dem anderen Anschluß 5 (L)
und der Sicherung 28, die dem Phasenanschluß 3 nachgeschaltet ist, als einziges
steuerbares Halbleiterelement ein Triac 6. Der Steueranschluß 7 des Triac 6 wird
zum Durchschalten des Triac 6 angesteuert. Die Ausgangsleitung 9 eines ersten Zeitgebers
8 mit, gegebenenfalls einstellbarem, ersten vorgegebenen Zeitintervall t ist über
eine Diode lo, einen Basiswiderstand 11 und einen Schalttransistor 12 mit dem Steueranschluß
7 des Triac verbunden. Die Ausgangsleitung 15 eines zweiten Zeitgebers 14 mit, gegebenenfalls
ebenfalls einstellbarem, ztveitèn vorgegebenen Zeitintervall t2, ist fieber eine
Diode 16 und einen Transistor 17 ebenfilis mit detn
Steueranschluß
7 des Triac 6 verbunden, Tastschalter 22a, 22b, die beispielsweise im Treppenhaus
verteilt angeordnet sind und mit denen ein Benutzer das Finschalten der Last 1 bewirkt,
liegen einerseits an einem Anschluß S und andererseits an entweder dem Phasenanschluß
3 oder dem Mittelpunktanschluß 4 der Wechselversorgung. Der Anschluß S des Zeitautomaten
ist mit einem Steuersignalgenerator 23 verbunden. Der Steuersignalgenerator 23 enthält
einen optischen Koppler 24, wie eine LED und einen lichtempfindlichen Transistor,
und ist so zwischen Mittelpunktanschluß 4 und Phasenanschluß 3 geerhaltet, daß die
Tastschalter wahlweise gegen den Mittelpunktanschlun 4 oder den Phasenanschluß 3
geschaltet werden können, wie das dargestellt ist, ohne daß dadurch Schwierigkeiten
entstehen, wobei darüberhinaus vom Ausgangskreis des optischen Kopplers 24 ein Ausgangsimpuls
bei Betätigung eines der Tastschalter 22a, 22b abgegeben und über eine Fingangsleitung
13 dem ersten Zeitgeber 8 zugeführt wird. Die Ausgangsleitung 9 des ersten Zeitgebers
8 ist über einen Koppelkondensator 2o mit der Eingangsleitung 21 des zweiten Zeitgebers
14 gekoppelt.
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Die Schaltungsanordnung weist ferner übliche Beschaltungselemente,
wie Dioden, Z-Dioden, Entkopplungswiderstand-und Diodenkombinationen und dgl. auf,
wie sie in der Schaltungstechnik üblich sind.
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Beispielsweise wird das Zeitintervall der Zeitgeber 8, 14 über Widerstand/Kondensatorkombinationen
eingestellt und festgelegt. Wesentlich bei der dargestellten Anordnung ist auch,
daß die Basis des Schalttransistors 17, die mit der usgangs1eitung 15; des zweiten
Zeitgebers 14 gkoppelt ist, mit einem Widerstand 19 verbunden ist, dessen anderes
Ende mit dem Mittelpunktanschluß 4 verbunden ist.
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Bei Drücken eines der Tastschalter 22a, 22b giht der Steuersignalgenerator
23 an die Eingangsleitung 13 des ersten Zeitgebers 8 einen Impuls ab, durch den
der erste Zeitgeber 8 während des eingestellten ersten Zeitintervalls tt 1 einen
Ausgangsimpuls abgibt, der an die Basis des Schalttransistors 12 angelegt wird und
dadurch dessen Kollektor/Emitter-Strecke durchschaltet. Bei durchgeschaltetem Schalttransistor
12, also während des vorgegebenen Zeitintervalls tl, wird der Triac 6 über den Steueranschluß
7 so angesteuert, daß er während beider Halbwellen der Wechselversorgung durchgeschaltet
ist.
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Der Verbraucher 1 arbeitet somit im Vollast-Betrieb.
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Nach dem Ende des ersten eitintervalls tl wird der Transistor 12 wieder
gesperrt, wobei gleichzeitig ein Impuls über den Kondensator 20 zur Eingangsleitung
21 des zweiten Zeitgebers 14 gekoppelt wird, wodurch dieser einen Ausgangsimpuls
mit einer dem zweiten vorgegebenen Zeitintervall t2 entsprechenden Länge über die
Ausgangsleitung 15 abgibt. Durch diesen wird der zweite Schalttransistor 17 durchgeschaltet,
jedoch aufgrund des Widerstands 19 und der Diode 16 nur während positiver Halbwellen
der Wechselversorgung. Daher ist auch der Triac 6 nur während positiver Halbwellen
der Wechselversorgung durchgeschaltet und ist während negativer Halbwellen gesperrt,
da auch der Schalttransistor 17 während der negativen Halbwellen der Wechselversorgung
gesperrt ist. Der Verbraucher I arbeitet somit im Halblast-Betrieb.
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In der Leitung zwischen den miteinander verbundenen Kollektoren der
beiden Schalttransistoren 12 und 17 und dem Steueranschluß 7 des Triac 6 ist zur
Pufferung ein Widerstand 18 vorgesehen.
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Zweiter ist zwischen dem Phasenanschluß 3 und der Basis des ersten
Schalttransistors 12 eine Reihenschaltung aus einem, im Zeitautomat intern vorgesehenen,
Schalter 27 und einer Diode 29 vorgesehen, wodurch ein Dauerlicht-Betrieb oder Vollast-Betrieb
am Zeitautomaten selbst eingestellt werden kann, was für Reparaturzwecke oder dgl.
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erwünscht sein kann. Dieser Dauerlicht-Betrieb ist jedoch von einem
üblichen Benutzer nicht auslösbar, da direkter Zugang zum Zeitautomaten erforderlich
ist.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 2 dargestellt
ist, erfolgt die Ansteuerung des Triac 6 an dem Steueranschluß 7 mittels Impulsen,
wodurch der Triac 6 mit Impulszündung anstatt Gleichstromzündung betrieben werden
kann, wodurch die Steueranschluß-Belastung des Triac 6 herabgesetzt wird.
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Zu diesem Zweck ist ein Impulsgenerator 25 ansich üblicher Bauart
vorgesehen, dessen Ausgang mit dem Steueranschluß 7 verbunden ist und der Eingangsimpulse
von erstem Zeitgeber 8 von dessen Ausgangsleitung 9 und vom zweiten Zeitgenerator
14 von dessen Ausgangsleitung 15 erhält.
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Weiter ist der Impulsgenerator 25 mit dem Mittelpunktanschluß 4 direkt
verbunden, um eine Synchronisation der Nulldurchgänge zu erreichen. Falls der interne
Schalter 27 und die Diode 29 vorgesehen sind, sind diese ebenfalls mit dem Impulsgenerator
25 verbunden. Der Impulsgenerator 25 arbeitet so, daß bei Erliegen eines Ausgangsimpulses
vom ersten Zeitgeber 8 der Triac 6 für jede Halbvelle der Wechselversorgung durchgeschaltet
ist und daß bei einem Ausgangssignal vom zweiten Zeitgeber 14 der Triac 6 nur während
positiver (oder negativer) Halbwellen der Wechselversorgung durchgeschaltet ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Zeitautomaten kann eine Zusatzschaltung
vorgesehen sein, bei der, wie bei dem eingangs erliuterten bekannten Zeitautomaten,
der Teillast-Betrieb ständig eingeschaltet werden kann und zwar mittels der Tastschalter
22a, 22b. Diese Zusatzschaltung ist im rechten Teil der Schaltungsanordnungen gemäß
der beiden erläuterten Ausführungsformen übereinstimmend dargestellt.
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Die Zusatzschaltung enthält zunächst einen bistabilen Multivibrator,
wie ein Flipflop 30 mit zwei Eingängen 31 und 36 und einem Ausgang 34. Der Ausgang,
34 ist mit der Eingangsleitung 21 des zweiten Zeitgebers 14 verbunden.
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Der erste Eingang 31 des Flipflops 30 ist mit dem Ausgang eines dritten
Zeitgebers verbunden, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen
Transistor 33 und ein an dessen Kollektor angeschlossenes Zeitglied aus einem Widerstand
32 und einem Kondensator 35 twob wobei das Zeitglied das, gegebenenfalls einstellbare,
dritte Zeitintervall t3 bestimmt. Der andere, dynamische Eingang 36 des Flipflops
30 empfängt das Ausgangssignal des Signalgebers 23. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
ist dieses Ausgangssignal des Signalgebers 23 mittels eines zweiten Flipflops 40
gepuffert, an dessen Eingang 42 das Ausgangssignal des Signalgebers 23 liegt und
dessen Ausgangsleitung 41 mit dem dynamischen Eingang 36 des Flipflops verbunden
ist.
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Somit tritt am Ausgang 41 ein Signal mit dem gleichen Pegel wie am
Eingang 42 auf. Im zweiten Flipflop 40 wird daher keine Signalspeicherung erreicht,
es erfolgt lediglich eine Pufferung.
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Ist keiner der Tastschalter 22a, 22b gedrückt, so ist der Transistor
33 durchgeschaltet und damit der Kondensator 35 des Zeitglieds entladen. Wird einer
der Tast-
schalter 22a, 22b gedrückt, also betätigt, wird der Transistor
33 während der Betatigungsdauer durchgeschaltet, weshalb sich der Kondensator 35
über den Widerstand 32 während des Sperrzustands des Transistors 33 auflädt.
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Der dynamische Eingang 36 des ersten Flipflops 30 liegt auf dem gleichen
Pegel wie die Basis des Schalttransistors 33, d.h. vorzugsweise und wie bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel, auf niedrigem Pegel.
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Wenn die Betätigung des Tastschalters 22a, bzw. 22b nach bestimmter
Zeit beendet wird, geht der Pegel am dynamischen Eingang 36 des ersten Flipflops
30 wieder auf den anderen, hohen Pegel über (sogenannte aktive Flanke). Eine Anderung
des Ausgangspegels des Flipflops 30 an der Ausgangsleitung 34 erfolgt jedoch nur
dann, wenn sich während der Betätigungszeit des Tastschalters 22a bzw. 22b der Kondensator
35 des Zeitglieds auf einen Pegel aufgeladen hat, der dem hohen Pegel des anderen
F.ingangs 31 des Flipflops 3o entspricht. Ist dieser Pegel nicht erreicht, ändert
sich der Pegel des Ausgangssignals des Flipflops 30 nicht.
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Wenn der zweite Zeitgeber 14 durch niedrige Pegel am Eingang 21 getriggert,
d.h. angesteuert wird, wird dann, wenn das Ausgangssignal am Ausgang 34 des ersten
Flipflops 30 auf niedrigem Pegel liegt, der zweite Zeitgeber 14 jedesmal nach Ablauf
des zweiten Zeitintervalls t2 neuerlich angesteuert (nachgetriggert), wodurch der
Teillast-Betrieb dauernd aufrechterhalten bleibt.
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Ist also der Steuersignalimpuls am Eingang 42 des zeiten Flipflops
40 kürzer als das dritte vorgegebene Zeitintervall t3, das der Aufladezeit des Kondensators
35 auf den dem hohen Pegel des ersten Flipflops 30 entsprechenden Wert am Eingang
31 entspricht, so ändert sich der Ausgangspegel des Flipflops 30 nicht. Wird nun
ein Impuls vom
Steuersignalgenerator 23 mit einer Länge abgegeben,
die länger als dieses dritte vorgegebene Zeitintervall t3 ist, so kippt das Ausgangssignal
des zweiten Flipflops 30 auf die Ausgangsleitung 34.
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Wird also nach Einstellen des Dauerbetriebes für den Teillast-Betrieb
in der erläuterten Weise einer der Tastschalter 22a, 22b erneut länger als das dritte
vorgegebene Zeitintervall t3 gedrückt, so wird auf die bereits erläuterte Weise
das erste Flipflop 30 derart angesteuert, daß das Ausgangssignal wieder auf den
ursprünglichen (hohen) Signalpegel zurückkippt, wodurch der zweite Zeitgeber 14
nicht mehr ständig angesteuert wird und daher nach Ablauf des gerade laufenden zweiten
Zeitintervalls t2 der Triac 6 über den Schalttransistor 17 bzw. den Impulsgenerator
25 wieder gesperrt wird.
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Es ist zu erwähnen, daß beispielsweise erster und zweiter Zeitgeber
8, 14 in einer gemeinsamen integrierten Schaltung, beispielsweise vom Typ LM 556
der Firma National Semi-Conductors, enthalten sein können und daß auch erstes undozweites
Flipflop 30, 4o ebenfalls in einer gemeinsamen integrierten Schaltung wie das CMOS-JR-Neifachflipflop
vom Typ CD 4027 der Firma RCA enthalten sein können, wodurch sich der Schaltungsaufbau
weiter vereinfacht.
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Die Versorgungsanschlüsse für die Zeitgeber und die Flipflops sind
in den Figuren nicht dargestellt.
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Selbstverständlich sind noch andere Ausführungsformen der Erfindung
möglich. Insbesondere ist zu erwähnen, da.S der erfindungsgemäße Zeitautomat sich
zwar in hesonderer Weise als Schalter für Treppenhausbeleuchtungen eignet, jedoch
auch bei anderen nur bedarfsweise einzusetzenden elektrischen Verbrauchern, wie
beispielsweise elektrischen Heizungen und dgl. angewendet werden kann.
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L e e r s e i t e