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Elektronischer Installationsschalter
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Die Erfindung betrifft einen Installationsschalter mit zumindest einem
Betätigungselement, das einer als Steuerelement dienenden Steuerlogik eingangsseitig
zugeordnet ist, die mit ihrem Ausgang über eine Treiberstufe mit einem elektronischen
Lastschalter in Verbindung steht, der im Stromkreis einer Last diese schalten kann.
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Derartige elektronische Schalter sind bekannt (DE-AS 23 13 941). Ein
Betätigungselement bestehend aus einem Sensor und einer monostabilen Kippstufe ist
mit einer bistabilen Kippstufe als Steuerlogik verbunden. Die bistabile Kippstufe
steuert einen Triggerkreis, der das Signal mittels eines Feldeffekttransistors verstärkt
und dann einem Lastschalter zuführt. Die Steuerlogik wird über einen Gleichrichter
aus dem Stromkreis der Last mit elektrischer Energie versorgt. An die Steuerlogik
können eingangsseitig auch weitere Betätigungselemente als Nebenstellen angeschlossen
werden.
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Die Steuerlogik und die Betätigungselemente eines solchen bekannten
Installationsschalters erfordern eine ständige Stromversorgung. Vom Lastkreis abzweigend
führt dazu über eine Gleichrichterdiode eine Verbindung zur Steuerlogik.
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Im Ausschaltzustand benötigt die Steuerlogik zwar nur einen Ruhestrom,
der kleiner ist als der Betriebsstrom, die Stromversorgung der Steuerlogik ist jedoch
so ausgelegt, daß der höhere Betriebsstrom ständig gewährleistet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerlogik mit einem
niedrigen Ruhestrom zu versorgen und nur im Einschaltzustand des Installationsschalters
einen hohen Betriebs strom zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, - daß die Steuerlogik
über einen Gleichrichter und ein Strombegrenzungsglied für den Ruhe strom von einer
Spannungsquelle versorgt ist, - daß die Steuerlogik mit ihrem Ausgang über die Treiberstufe
außerdem mit einem elektronischen Uberbrückungsschalter in Verbindung steht, der
parallel zum Strombegrenzungsglied zwischen Gleichrichter und Steuerlogik angeordnet
ist und dessen Einschaltzustand auf den des elektronischen Lastschalters abgestimmt
ist, wodurch infolge Überbrückung des Strombegrenzungsgliedes ein relativ hoher
Betriebsstrom für die Steuerlogik zur Verfügung gestellt ist, und - daß ein Energiespeicher
parallel zur Steuerlogik angeordnet ist, wodurch dessen Ladung bis zum Schliessen
des elektronischen tYberbrückungsschalters durch einen Strom über das Strombegrenzungsglied
aufgebaut wird, und von dem Ladung dann im Betriebszustand abgezogen wird, um den
Energiebedarf der Steuerlogik zu decken, wobei ein ständiges Nachladen Über den
tfberbrückungsschalter erfolgt.
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Durch den Installationsschalter nach der Erfindung wird der Vorteil
erzielt, daß die Steuerlogik energiesparend mit einem minimalen Ruhe strom versorgt
wird.
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Trotzdem sichert der Installationsschalter nach Schalten eines der
Betätigungsglieder einen ausreichend hohen Betriebsstrom durch die Steuerlogik.
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Die Stromversorgung für die Steuerlogik ist aus einem Energiespeicher
sichergestellt, der als Kondensator ausgebildet, im Ruhezustand aufgeladen wird.
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Gleichzeitig mit dem Lastschalter, der im Stromkreis der Last - insbesondere
einer Lampe - angeordnet ist, wird ein Überbrückungsschalter stromführend, der das
Strombegrenzungsglied überbrückt. Infolge dieser über brückung ist ein ständiges
Nachladen des Energiespeichers während des Betriebszustandes gewährleistet.
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Die Steuerlogik benötigt einen höheren Betriebs strom im Vergleich
zum Ruhestrom und zieht dazu Ladung vom Energiespeicher ab. Nach der Erfindung wird
in dieser Zeitspanne der Energiespeicher über den stromführenden tfberbrückungsschalter
ständig nachgeladen.
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Der Überbrückungsschalter schaltet auch gleichzeitig mit dem Lastschalter
aus, so daß dann wieder nur der Ruhestrom für die Steuerlogik durch das Strombegrenzungsglied
fließt.
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Die Steuerlogik wird nach der Erfindung zuverlässig zu jedem Zeitpunkt
mit der benötigten elektrischen Energie versorgt, obwohl der Installationsschalter
mit einer kleinen Ruheleistung betrieben wird.
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Für den Installationsschalter nach der Erfindung eignen sich als elektronische
Schalter Triacs, deren Gate von einem Steuersignal beaufschlagt wird. Das Strombegrenzungsglied
ist durch einen hochohmigen Widerstand realisierbar. Ein Kleinthyristor kann die
von der Steuerlogik kommenden Signale verstärken, die z.B.
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ein D-Flip-Flop sein kann. Der Energiespeicher kann ein Kondensator
sein, der eine so große Kapazität aufweist, daß der Betriebsstrom möglichst geglättet
wird.
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In Reihe mit der Last kann eine Ringkerndrossel geschaltet sein,
die zusammen mit einem Kondensator eine Funkentstörung gewährleistet.
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Als Betätigungselemente sind Sensoren oder Kontakte bekannter Bauweise
einsetzbar. Werden an die Steuerlogik eingangsseitig Nebenstellen angeschlossen,
dann kann eine meist lange Nebenstellenleitung als Antenne wirken, die Störeinflüsse
von außen aufnehmen könnte.
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Solche Störspannungen auf einer Nebenstellenleitung bleiben nach der
Erfindung durch den Einsatz eines Kaltleiters, der parallel zum Eingang der Steuerlogik
angeschlossen, dessen Innenwiderstand stark herabsetzt, ohne Wirkung. Ist das Betätigungselement
einer Nebenstelle durch eine Glimmlampe überbrückt, so verhindert der Kaltleiter,
daß der Strom durch die Glimmlampe die Steuerlogik schaltet.
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Der Installationsschalter nach der Erfindung ist ein zweipoliges Gerät
und benötigt keine gesonderten Zuleitungen für die Spannungsversorgung der Steuerlogik.
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Er läßt sich deshalb an zwei Leitern anschließen.
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Daher kann man herkömmliche Aus-Schalter leicht ersetzen, Die für
die Elektronik des Installationsschalters benötigte Gleichspannung läßt sich vorteilhaft
durch einen Zweiweggleichrichter aus der Netzspannung gewinnen. Das ermöglicht den
Einsatz des Installationsschalters in einer Zuleitung mit Steckeranschluß, z.B.
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für Tischleuchten, da die Funktion dann unabhängig davon gewährleistet
ist, welcher Pol des Steckers am Außenleiter angeschlossen wird.
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Wird das Betätigungselement ständig durchgeschaltet, beispielsweise
über einen Schalter mit dem N-Leiter verbunden, dann gibt das Steuerelement an seinem
Ausgang eine Signalfolge ab. Wenn die Last eine Lampe ist, blinkt diese dann, was
als Warnblinken einer TUrbeleuchtung Verwendung finden kann.
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Zur Funktionsanzeige können Glimmlampen in Zuleitungen für die Spannungsversorgung
von z.B. Steuerelement oder Nebenstelle mit einem vorhandenen ohmschen Widerstand
in Reihe geschaltet sein, wobei dann der ohmsche Widerstand kleiner zu dimensionieren
ist, so daß die Summe der Widerstände gleich bleibt.
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Die Erfindung soll anhand eines in der Zeichnung grob schematisch
wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert werden: Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild
des Installationsschalters.
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Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltung des Installationsschalters.
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Fig. 3 stellt eine Nebenstelle mit Sensor dar.
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Fig. 4 veranschaulicht eine Nebenstelle mit Folienkontaktschalter.
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Der Installationsschalter nach Fig. 1 weist mindestens ein Betätigungselement
1 auf, das mit dem Eingang 21 einer Steuerlogik 2 verbunden ist. Diese Steuerlogik
2 steht über eine Treiberstufe mit Gleichrichter 3 mit einem elektronischen Lastschalter
4 in Verbindung, der im Stromkreis einer Last 5 diese schaltet, Die Steuerlogik
2 wird im Ruhezustand über ein Strombegrenzungsglied 6 durch einen niedrigeren Strom
als den
Betriebsstrom versorgt. Der Versorgung der Steuerlogik
2 im Betriebszustand dient ein parallel zu ihr geschalteter Energiespeicher 7, sowie
ein elektronischer Ubebrückungsschalter 8, der parallel zum Strombegrenzungsglied
6 angeordnet ist und mit dem Last schalter 4 gekoppelt, gleichzeitig und gleichsinnig
mit diesem schaltet. Bei stromlosem Uberbruckungsschalter 8 wird der Energiespeicher
7 über das Strombegrenzungsglied 6 aufgeladen. Er sichert danach im Betriebszustand
den benötigten Strom zur Steuerlogik 2 und wird über den Überbrückungsschalter 8
ständig nachgeladen.
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Mit der Steuerlogik 2 kann am Eingang 22 zumindest ein weiteres Betätigungselement
10 als Nebenstelle über eine meist lange Nebenstellenleitung 11 und eine Nebenstellenschaltung
9 gekoppelt sein. In Reihe mit den Anschlußklemmen der Last 5 ist ein Funkentstörschaltglied
mit Sicherung 12 angeordnet.
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Die Last 5 nach Fig0 2 liegt in einem Wechselstromkreis.
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Sie ist mit einem ersten Triac 13 als Lastschalter 4 (Fig. 1) sowie
mit einer Ringkerndrossel 14 und einer Sicherung 15 als Teil des Funkentstörschaltgliedes
mit Sicherung 12 (Fig. 1) in Reihe geschaltet. Parallel zum Triac 13 und zur Ringkerndrossel
14 ist ein Kondensator 16 als weiterer Teil des Funkentstörschaltgliedes mit Sicherung
12 (Fig. 1) angeordnet. Ein Brückengleichrichter 17 steht mit dem Außenleiter 43
der Wechselspannung in Verbindung und erzeugt aus ihr eine Gleichspannung, die zur
Versorgung der Elektronik des Installationsschalters benötigt wird. Die Steuerlogik
2 (Fig. 1), bestehend aus einem Monoflop 18 und einem nachgeschalteten Speicher
19,wird mit einem niedrigen Ruhestrom über etn Strombegrenzungsglied 6 (Fig. 1)
in Gestalt eines hochohmigen Widerstandes 20 versorgt.
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Ein kleiner ohmscher Widerstand 78 am Triac 13 sichert einen ausreichenden
Strom durch den Brückengleichrichter 17.
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Mit dem Monoflop 18 ist eingangsseitig als Betätigungselement 1 (Fig.
1) ein Berührungsschalter 30 verbunden, der durch in Reihe geschaltete hochohmige
Widerstände 31 und 32 für kleine Ableitströme ausgelegt ist. Ein ohmscher Widerstand
33 definiert die Empfindlichkeit des Beruhrungs s chalters 30 und leitet eine eventuelle
elektrostatische Aufladung des Beruhrungsschalters 30 zum Bezugspotential ab. Ein
Kondensator 34 leitet Hochfrequenzeinstrahlungen ab und ein ohmscher Widerstand
35 schützt den Eingang 21 des Monoflops 18 vor zu hohen Spannungen.
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Als Betätigungselement 1 (Fig. 17 kann auch ein Folienkontaktschalter
mit bekannter Bauweise eingesetzt werden.
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Der Ausgang 23 des mit dem Monoflop 18 gekoppelten Speichers 19 ist
über einen ohmschen Widerstand 36 mit dem Gate 37 eines Kleinthyristors 38 der Treiberstufe
3 (Fig. 1) verbunden. Der Kleinthyristor 38 ist mit einer Zenerdiode 39 in Reihe
geschaltet, wodurch dann, wenn Potential am Gate 37 des Kleinthyristors 38 liegt
und die Zenerspannung überschritten ist, diese an Gate 40 und Kathode 41 eines zweiten
Triacs 42 des Überbrückungsschalters 8 (Fig. 1) anliegt. Das verursacht einen Stromfluß
vom Außenleiter 43 über eine Diode 171 des Briickengleichrichters 17, das Gate 40
und die Kathode 41 des zweiten Triacs 42, die Zenerdiode 39, den Kleinthyristor
38, dann über eine Diode 172 des Brückengleichrichters 17 und über das Gate 44 und
die Kathode 45 des ersten Triacs 13 und dann über die Last 5 zum Neutralleiter,
hier N-Leiter 47 genannt.
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Der zweite Triac 42, der in Reihe mit einem Schutzwiderstand 46, als
Überbrückungsschalter 8 (Fig. 1) parallel zu dem der Strombegrenzung dienenden hochohmigen
Widerstand 20 geschaltet ist, wird hierdurch leitend.
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Gleichzeitig wird durch den Stromfluß durch das Gate 44 und die Kathode
45 des ersten Triacs 13 dieser leitend, so daß der volle Strom durch die in Reihe
mit dem ersten Triac 13 angeordnete Last 5 vom Außenleiter 43 zum N-Leiter 47 fließen
kann.
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Das Monoflop 18 wird nach einer kurzen Zeitspanne von weniger als
einer Sekunde zurückgesetzt, die durch die Aufladedauer des Kondensators 48 am Rücksetzeingang
24 des Monoflops 18 über die ohmschen Widerstände 49 und 50 bestimmbar ist. Danach
wird der Kondensator 48 über den ohmschen Widerstand 50 und eine Diode 51 entladen
und somit ein erneutes Schalten ermöglicht. Die kurze Totzeit verhindert ein doppeltes
Schalten bei kurz hintereinander folgenden, unvorhergesehenen BerWhrungen des Berührungsschalters
30.
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Ein Elektrolytkondensator 52 als Energiespeicher 7 (Fig. 1) ist parallel
zur Spannungsversorgung des Monoflops 18 und des Speichers 19 geschaltet. Eine parallel
geschaltete Zenerdiode 53 begrenzt in Jedem Fall die Spannung am Kondensator 52.
Der Elektrolytkondensator 52 wird über den hochohmigen Widerstand 20 und - im Einschaltzustand
- über den Triac 42 aufgeladen und sichert den Betriebsstrom für das Monoflop 18
und den Speicher 19.
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Mit einem Eingang 22 des Monoflops 18 kann über eine Nebenstellenschaltung
9 (Fig. 1) zusätzlich ein zweites Betätigungselement 10 (Fig. 1) als Nebenstelle
(Fig. 3 und 4) in Verbindung stehen. Die Nebenstellenschaltung 9 (Fig. 1) weist
eine Diode 54, einen Spannungsteiler 55 und einen Kondensator 56 auf, der Hochfrequenzeinstrahlungen
entgegenwirkt.
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Die Nebenstellenleitung 11, die die Nebenstellenschaltung 9 (Fig.
1) mit dem zweiten Betätigungselement 10 (Fig. 1) verbindet, ist länger als die
Zuleitung zum ersten Betätigungselement 1 (Fig. 1) ausgebildet und ist daher an
einem Abgriff vor dem Spannungsteiler 55 über einen Kaltleiter 57 mit dem Bezugspotential
verbunden.
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Ein als solcher bekannter Kaltleiter 57 beseitigt Störeinflüsse von
außen auf die Nebenstellenleitung 11 durch seinen kleinen Kaltwiderstand.
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Der Anschluß 58 der Nebenstellenleitung 11 kann durch einen Schalter
59 überbrückt werden. In diesem Fall bewirkt die Signalfolge des Monoflops 18 ein
periodisches Ein- und Ausschalten der Last 5. Ist die Last 5 eine Lampe, so wird
Dauerblinklicht erzeugt.
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Die Beschaltung einer entfernt vom Installationsschalter angeordneten
und mit diesem durch die Nebenstellenleitung 11 verbundenen Nebenstelle 10 (Fig.
1) weist einen Berührungsschalter 60 (Fig. 3) oder einen Folienkontaktschalter 61
(Fig. 4) auf.
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Im Ruhezustand lädt sich ein Kondensator 62 nach Fig.3 und 4 über
einen hochohmigen Widerstand 64 auf eine durch eine Zenerdiode 63 vorgegebene Spannung
auf. Der Berührungsschalter 60 (Fig. 3) oder der Folienkontaktschalter 61 (Fig.
4) steht mit der Basis eines Transistors 65 und über einen hochohmigen Schutzwiderstand
72 mit der Nebenstellenleitung 11 in Verbindung.
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Der Kollektor des Transistors 65 ist über einen niederohmigen Widerstand
76 mit dem N-Leiter 47 verbunden und der Emitter des Transistors 65 ist mit dem
Gate 77 eines Verstärkers, insbesondere eines Kleinthyristors 68, sowie über einen
Kondensator 66 und einen ohmschen
Widerstand 67 mit der Nebenstellenleitung
11 verbunden.
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Der Kleinthyristor 68 ist zwischen Nebenstellenleitung 11 und N-Leiter
47 angeordnet.
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Ein Betätigen des Berührungsschalters 60 (Fig. 3) oder des Folienkontaktschalters
61 (Fig. 4) erzeugt einen kleinen Ableitstrom von der Nebenstellenleitung 11 über
das Gate 77 des Kleinthyristors 68 und die Emitter-Basis-Strecke des Transistors
65. Dadurch wird der Transistor 65 geöffnet und der Kondensator 62 kann sich über
die im Vergleich zum ohmschen Widerstand 64 kleinen ohmschen Widerstände 76 und
67 und den Transistor 65 entladen.
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Das während des Entladens am Gate 77 des Kleinthyristors 68 liegende
Potential öffnet diesen, der dann die Nebenstellenleitung 11 gegen den N-Leiter
47 durchschaltet.
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Der Kleinthyristor 68 sperrt wieder, wenn der Kondensator 62 entladen
ist.
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Die Kombination aus ohmschen Widerstand 67 und Kondensator 66 verhindert
ein Einschalten des Kleinthyristors 68 durch Überspannungstransienten. Eine Diode
69 im N-Leiter 47 schützt die Nebenstelle vor Schäden, die durch ein Vertauschen
der Anschlüsse für die Nebenstellenleitung 11 und den N-Leiter 47 entstehen könnten.
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Ein Berührungsschalter 60 (Fig. 3) ist über zwei ohmsche Widerstände
70 und 71 mit der Basis des Transistors 65 verbunden.
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Als weitere Ausgestaltung kann ein Folienkontaktschalter 61 zwischen
der Basis des Transistors 65 und dem N-Leiter 47 angeordnet sein. Ein ohmscher Widerstand
73
ist dabei zwischen der Basis des Transistors 65 und dem Folienkontaktschalter
61 angeordnet und ein weiterer ohmscher Widerstand 74 befindet sich zwischen dem
Folienkontaktschalter 61 und der Anschlußklemme des N-Leiters 47. Die beiden ohmschen
Widerstände 73 und 74 begrenzen den Strom bei einer eventuellen Verletzung des Folienkontaktschalters
61.
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In Reihe mit dem ohmschen Widerstand 64 kann eine Glimmlampe 75 geschaltet
sein (Fig. 4), die ein Betätigen.des Folienkontaktschalters 61 anzeigt. Dabei ist
dann der ohmsche Widerstand 64 so viel kleiner zu dimensionieren, daß die Summe
der Widerstände im N-Leiter 47 durch den Einbau der Glimmlampe 75 nicht vergrößert
wird, 4 Figuren 17 Patentansprüche
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