DE3404085A1

DE3404085A1 - Abschalteinrichtung zum abschalten ueberschuessiger lichtquellen

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Publication number: DE3404085A1
Application number: DE19843404085
Authority: DE
Inventors: David G. Macungie Pa. Luchaco
Original assignee: Lutron Electronics Co Inc
Current assignee: Lutron Electronics Co Inc
Priority date: 1983-02-23
Filing date: 1984-02-06
Publication date: 1984-08-23
Anticipated expiration: 2004-02-07
Also published as: FR2541476B1; GB2135771A; FR2541476A1; GB2135771B; CA1225431A; US4449074A; DE3404085C2; GB8402797D0

Description

Ab schalt einrichtung zum Abschalten überschüssiger Lichtquellen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abschalteinrichtung zum Abschalten überschüssiger Lichtquellen in Innenräumen, die sowohl natürliche als auch künstliche Lichtquellen aufweisen, wobei ein Beleuchtungspegel-Meßfühler vorgesehen ist, der ein Ausgangssignal erzeugt, das dem auf ihn auftreffenden Beleuchtungspegel entspricht.

Es ist gut bekannt, daß in Bereichen, die sowohl durch natürliche als auch künstliche Lichtquellen beleuchtet werden, die Leistung der künstlichen Lichtquellen verringert wird, wenn der Beleuchtungspegel des natürlichen Lichtes in diesem Bereich ausreicht, um vorgegebene Zwecke zu erfüllen.

Ein einfacher Lichtmeßfühler, der ein elektromechanisches Relais in Abhängigkeit von dem Pegel der natürlichen Beleuchtung schaltet, wird allgemein zur Steuerung von Außenbeleuchtungen verwendet, wie beispielsweise der Beleuchtung von Parkplätzen oder der Flutlichtbeleuchtung von Gebäuden. Obwohl die einfache Anordnung eines Lichtmeßfühlers und eines elektromechanischen Relais für die Steuerung von Außenbeleuchtungen befriedigende Eigenschaften aufweist, kann diese einfache Anordnung nicht zur Steuerung der Beleuchtung von Innenräumen verwendet werden. Dies ergibt sich daraus, daß die Steuerung des Beleuchtungspegels in Innenräumen viel kritischer ist als bei Außenbeleuchtungen, so daß die Abschalteinrichtung

Inneiibeleuchtungslampen dauernd ein- und ausschalten würde, um relativ kleine Änderungen der natürlichen Beleuchtung aufgrund von die Sonne verdeckenden Wolken oder dergleichen auszugleichen. Ein Schalten der Abschalteinrichtung bei Außenbeleuchtungen würde hierbei nicht auftreten, weil in diesem Fall die Einstellung relativ unkritisch ist und die künstlichen Lichtquellen nur dann eingeschaltet werden, wenn die Umgebungshelligkeit sehr stark abgesunken ist.

Es ist eine Abschalteinrichtung bekannt (US-PS A- 281 365), die für Innenräume verwendbar ist. Hierbei wird eine Vergleicherschaltung verwendet, die Eingangssignale von photoelektrischen Meßfühlereinrichtungen und von einer Bezugseingangsschaltung empfängt. Eine Hystereseschaltung ist derart vorgesehen, daß der Lichtpegel, bei dem der Ausgangspegel des Vergleichers von einem hohen Zustand auf einen niedrigen Zustand übergeht, wesentlich von dem Lichtpegel abweicht, bei dem der Ausgang von einem niedrigen Zustand zu einem hohen Zustand übergeht. Das Ausgangssignal des Vergleichers betätigt dann eine Zeitsteuereinrichtung, die die Betätigung einer Leistungssteuereinrichtung verzögert, die die Innenbeleuchtung steuert, und die Änderung des Zustandes dieser Innenbeleuchtung für irgendeine feste Periode nach der Änderung des Ausgangszustandes des Vergleichers verzögert. Diese Zeitverzögerung dient dazu, ein häufiges Ein- und Ausschalten zu verhindern, wenn beispielsweise eine aufgerissene Wolkendecke existiert, die häufige Änderungen des natürlichen Beleuchtungspegels hervorruft.

Bei dieser bekannten Einrichtung kann jedoch unabhängig

von der für die Betriebsweise gewählten Zeitverzögerungsperiode eine schnelle Änderung der natürlichen Tageslichtbedingungen immer noch ein so häufiges Schalten bewirken, daß sich äußerst unangenehme Arbeitsbedingungen für Personen innerhalb dieses in seiner Beleuchtung gesteuerten Bereichs ergeben. Weiterhin müssen verschiedene getrennte Einstellungen vorgenommen werden, um die Betriebsweise der Abschalteinrichtung oder des Systems durchzuführen. Beispielsweise muß der Einschaltpegel, der Abschaltpegel (oder die Größe der Hysterese), die Zeitverzögerung für das Einschalten der Lichtquellen, nachdem der Beleuchtungspegel über einen vorgegebenen Schwellwert angestiegen ist, und die Zeitverzögerung zum Beginn der Verringerung des Lichtpegels nach dem Erreichen eines niedrigeren Schwellwertes eingestellt werden. Diese getrennten Einstellungen erfolgen im allgemeinen mit Hilfe von Potentiometern oder dergleichen, und jede einzelne Einstellung kann alle anderen beeinflussen. Entsprechend ist die Einstellung eine schwierige und mühsame Aufgabe und erfordert eine erhebliche Zeit, weil die Betriebsweise des Systems über sich stark ändernde Bereiche von natürlichem Licht und anderen Bedingungen beobachtet werden muß und weil die Person, die die Einstellung durchführt, gute Kenntnisse der Betriebsweise des Systems haben muß. Als Ergebnis dieser Schwierigkeiten wurde festgestellt, daß bei praktisch verwendeten Installationen das System niemals in befriedigender Weise eingestellt wurde, so daß die möglichen Vorteile des Systems für den durchschnittlichen Benutzer nicht zur Verfügung stehen und die theoretisch denkbaren Energieeinsparungen nicht erreicht werden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abschalteinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die lediglich eine einfache Einstellung durch den Benutzer erfordert und dennoch ein unnötiges Schalten der Abschalteinrichtung auf ein Minimum verringert, so daß sich erhebliche Energieeinsparungen erzielen lassen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Abschalteinrichtung wird das Ausgangssignal eines Lichtmeßfühlers durch ein adaptives elektrisches Filternetzwerk geleitet, bevor es dem Eingang einer Vergleicherschaltung zugeführt wird. Das Filter dient dazu, die erforderlichen zwei Zeitverzögerungen zur Vergrößerung bzw. Verringerung der Kunstlicht-Beleuchtungspegel zu erzeugen. Die erzeugten Zeitverzögerungen sind automatisch änderbar und hängen von der Eigenart des natürlichen Lichtes ab, das zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt gemessen wird. Das neuartige erfindungsgemäße Filter bewirkt, daß sich die Betriebsparameter der Abschalteinrichtung an die momentanen Bedingungen anpassen. Aufgrund dieser Möglichkeiten einer adaptiven Steuerung ist es möglich, viele der Systemparameter auf feste Werte festzulegen, wobei lediglich eine einzige Einstellmöglichkeit vorgesehen ist, die der Benutzer nach dem Einbau der Abschalteinrichtung bedienen muß oder kann.

Gemäß einer "bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine neuartige Anzeigeschaltung vorgesehen, die dem Benutzer anzeigt, wenn ein geeigneter Einstellpegel an der einzigen Einstelleinrichtung, wie beispielsweise einem Potentiometer, erreicht wurde.

Die erfindungsgemäße Abschalteinrichtung verringert die Anzahl von Ein-/Aus-Schaltzyklen und es wird eine erhebliche Energie eingespart, wobei gleichzeitig Störungen der Benutzer in dem gesteuerten Bereich auf einem Minimum gehalten werden.

Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Abschalteinrichtung wird der Lichtmeßfühler vorzugsweise in einer vorgegebenen Stelle in dem gesteuerten Bereich angeordnet und der Lichtmeßfühler weist ein optimal gewähltes räumliches Ansprechverhalten derart auf, daß das Ansprechen des Lichtmeßfühlers auf natürliches Licht sehr groß und sein Ansprechen auf Kunstlicht sehr klein ist, und zwar unabhängig von der Tatsache, daß der Lichtmeßfühler innerhalb des gesteuerten Bereichs angeordnet ist. Eine Anordnung eines derartigen Lichtmeßfühlers ist in der US-PS 4- 236 101 gezeigt. Durch die Anordnung des Lichtmeßfühlers in dem gesteuerten Bereich ist der gemessene Naturlichtpegel den gleichen Fenstermodifikationswirkungen unterworfen (beispielsweise aufgrund der Glasfläche, der Durchlässigkeit und des Blendschutzes), so daß eine genauere Steuerung möglich ist, wodurch die Energieeinsparungen sehr groß werden und immer eine ausreichende Beleuchtung des gesteuerten Bereichs aufrechterhalten wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Abschalteinrichtung unter Verwendung eines einzigen Lichtmeßfühlers und eines einzigen elektromechanischen Relais,

Fig. 2 eine zweite bekannte Abschalteinrichtung, bei der eine Vergleicherschaltung und eine Zeitverzögerungsschaltung zusammen mit einer eine einstellbare Hysterese aufweisenden Schaltung und einer einstellbaren Bezugsschaltung verwendet werden,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Abschalteinrichtung, die ein neuartiges Filter zwischen dem Ausgang des Lichtmeßfühlers und dem Eingang des Vergleichers aufweist,

Fig. 4- eine zweite Ausführungsform der Abschalteinrichtung, die eine neuartige Anzeigeeinrichtung verwendet, die anzeigt, wenn ein einziges Einstellglied den gewünschten Einstellwert nach dem Einbau der Abschalteinrichtung erreicht hat,

Fig. 5 ein ausführliches Schaltbild der

Ausführungsform nach Fig. 4-,

In Fig. 1 ist eine einfache gut bekannte Schaltung gezeigt, die allgemein zur Steuerung der Beleuchtung eines Außenbereichs, wie beispielsweise eines Parkplatzes oder der Flutlichtbeleuchtung eines Gebäudes, verwendet wird. Eine geeignete Leistungsversorgung, die schematisch als Batterie 10 dargestellt ist, ist in Serie mit einem geeigneten Photowiderstands-Meßfühler 11 und der Relaiswicklung 12 eines üblichen elektromechanischen Relais 13 geschaltet. Das Relais 13 könnte beispielsweise Ruhekontakte 14 aufweisen. Die Ruhekontakte 1A- sind dann in Serie mit einer elektrischen Leistungssehaltung geschaltet, die die Außenbeleuchtung, wie beispielsweise Flutlichtbeleuchtungen oder dergleichen, einschaltet. Der Photowiderstands-Meßfühler 11 weist einen von dem Pegel der einfallenden Beleuchtung abhängigen Widerstand auf. Wenn der auf den Meßfühler 11 fallende Beleuchtungspegel ansteigt, so sinkt der Widerstand dieses Meßfühlers ab, bis ein ausreichender Strom in der Relaiswicklung 12 fließt, damit die Relaiskontakte 14- ihren Zustand ändern. Wenn das Relais 13 Ruhekontakte aufweist, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, so öffnen sich die Kontakte 1A-, um die Außenbeleuchtung abzuschalten, wenn das Kunstlicht einen ausreichenden Pegel erreicht, so daß Energie eingespart wird, die nicht mehr erforderlich ist, um den betreffenden Bereich zu beleuchten.

Die Schaltung nach Fig. 1 muß irgendwelche Einrichtungen zur Einstellung des Pegels aufweisen, bei dem die Relaiskontakte 14· betätigt werden. Diese Einstellung erfolgt

allgemein auf mechanische Weise, beispielsweise dadurch, daß der Photomeßfühler in geeigneter Weise gegenüber der Sonne ausgerichtet wird, oder dadurch, daß ein beweglicher Blendenverschluß verwendet wird, der in seiner Position festgelegt sein kann, um einen Teil des Meßfühlerbereichs abzuschatten. Zweitens müssen Einrichtungen vorgesehen sein, die ein unnötiges Ein- und Ausschalten der Lampen aufgrund sich ändernder natürlicher Lichtpegel verhindern. Beispielsweise können an einem teilweise bedeckten Tag Änderungen der Tageslichtpegel über einen Bereich von 10:1 oder mehr auftreten, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die Sonne durch eine Wolkendecke verdeckt oder freigegeben ist. Bei der einfachen Anordnung nach Fig. 1 stellt dies kein Problem dar, weil der Pegel, bei dem sich die Relaiskontakte 14 öffnen, so niedrig ist, daß selbst bewölkte Zustände während der Tageslichtstunden immer noch viel heller sind als der Schwellwert. Weiterhin können die Relaiseigenschaften so ausgelegt werden, daß der Strom durch die Spule 12, der zum Öffnen der Ruhekontakte 14 erforderlich ist, wesentlich größer ist als der Strom, bei dem sich die Kontakte schließen. Wenn daher der Betätigungspunkt einmal erreicht ist, muß der Lichtpegel sehr stark absinken, damit das Relais durchschaltet. Ein derartiger niedriger Lichtpegel wird typischerweise nicht erreicht, bevor die Sonne untergeht.

Die einfache Anordnung nach Fig. 1 kann nicht ohne weiteres zur Steuerung von Innenbeleuchtungen verwendet werden. Dies ergibt sich daraus, daß die Einstellung des außerhalb des Gebäudes befestigten Meßfühlers oder eines Meßfühlers, der eine mechanische Einstellung aufweist, schwierig und zeitraubend ist, und daß das

Einstellverfahren so kompliziert und zeitraubend ist, daß die Wahrscheinlichkeit groß ist, daß eine richtige Einstellung nicht erzielt werden kann. Weiterhin können die Lichtpegel, die im Inneren von Gebäuden für normale Arbeitsbedingungen erforderlich sind, wesentlich größer als die Pegel sein, die für typische äußere Anwendungen erforderlich sind, und das Ausmaß der sich aus der natürlichen Beleuchtung ergebenden Lichtstärke im Innenraumbereich ist wesentlich kleiner als in den außerhalb des Gebäudes gelegenen Bereichen, weil das Licht normalerweise durch Fenster oder Deckenöffnungen mit begrenzter Fläche und Lichtdurchlässigkeit hindurchgelangen muß. Dennoch treten große Änderungen der natürlichen Beleuchtungsstärke auf. Unter diesen Bedingungen kann die einfache Schaltung nach Fig. 1 keine geeigneten Betriebseigenschaften für einen wirkungsvollen Energiesparbetrieb ergeben.

Die Anordnung nach Fig. 2 zeigt eine bekannte Abschalteinrichtung ähnlich der, wie sie in der US-PS 4 281 365 beschrieben ist. Die Abschalteinrichtung nach Fig. 2 verwendet einen üblichen Lichtmeßfühler 20, der mit einem Eingang eines !Comparators 21 verbunden ist, der einen Ausgangsanschluß 22 aufweist, der seinen Zustand zwischen einem hohen und einem niedrigen Zustand ändert, wenn der Ausgang des Photomeßfühlers 20 durch irgendeinen vorgegebenen Schwellwert hindurchläuft.

Eine Rückführungsschaltung ist über einen einstellbaren Hysterese-Widerstand 23 gebildet, der eine Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluß 22 des· Vergleichers 21 und seinem zweiten Eingang in der gezeigten Weise herstellt. Diese Hysterese-Rückführung bewirkt, daß der

Komparator-Ausgangspegel bei einem beträchtlich abweichenden Lichtpegel von einem hohen auf einen niedrigen Zustand übergeht, als der, bei dem der Ausgang von einem niedrigen Zustand auf einen hohen Zustand überging. Durch Einstellung des Potentiometers 23 ist es möglich, die Differenz in den Lichtpegeln einzustellen, bei denen das Schalten erfolgt, um ein Ein- oder Abschalten zu bewirken. Eine einstellbare Bezugsspannungsquelle 24- ist über den Widerstand 25 mit einem Ende des Hysterese-Widerstandes 23 und dem nicht-invertierenden Eingang des Kornparat ors 21 verbunden.

Der Ausgangsanschluß 22 des !Comparators 21 ist dann mit einer einstellbaren Zeitverzögerungsschaltung 26 in der gezeigten Weise verbunden. Die Zeitverzögerungsschaltung 26 liefert eine geeignete Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt, zu dem sich der Zustand des Ausgangsanschlusses 22 ändert, und der Zeit, zu der ein geeigneter Eingangsstrom an die Relaiswicklung 27 des Relais 28 angelegt wird, damit die normalerweise offenen Relaiskontakte 29 ihren Zustand ändern.

Die Relaiskontakte 29 sind mit einer geeigneten Netzleitung verbunden, die die Ansteuerung der Innenbeleuchtung des Bereichs steuert, dessen Helligkeit beeinflußt werden soll. Der Zweck der einstellbaren Zeitverzögerungsschaltung 26 besteht darin, die Anzahl von Ein-/Ausschaltzyklen der künstlichen Beleuchtungsschaltung zu verringern, wobei derartige Ein-/Ausschaltzyklen normalerweise bei Vorhandensein einer aufgelockerten Wolkendecke oder bei anderen häufigen Änderungen des natürlichen Beleuchtungspegels auftreten können, der auf den Lichtmeßfühler

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20 einwirkt. Wenn daher der Ausgang des Vergleichers 21 seinen Zustand für eine Periode ändert, die kleiner als die Verzögerungszeit der einstellbaren Verzögerung 26 ist, tritt keine Änderung des Ausgangszustandes auf, und ein möglicherweise unnötiger Schaltzyklus wird gesperrt.

Wie dies weiter oben erwähnt wurde, ist der natürliche Lichtpegel, bei dem die künstliche Beleuchtung eingeschaltet werden muß, bei Innenbeleuchtungsanwendungen wesentlich höher als im Fall eines Außenbeleuchtungssystems nach Fig. 1. Dies bedeutet in Kombination mit der Tatsache, daß ein wesentlich niedrigerer maximaler Tageslichtpegel in dem gesteuerten Bereich vorherrscht, daß die Hysterese für die Innenraumsteuerung wesentlich kleiner sein muß als die für ein Außenbeleuchtungssteuersystem, wenn ein Schalten erfolgen soll. Als Beispiel der vorstehenden Ausführungen sei ein außenliegender Parkplatz betrachtet, der durch das künstliche Beleuchtungssystem nach Fig. 1 mit 20 lm/m (2 Fuß Kerzen) beleuchtet werden muß. Die Steuerung muß dann so eingeschaltet werden, daß die Lichter eingeschaltet werden, wenn der Tageslichtpegel unter den Pegel von 20 lm/m fällt. Wenn die Hysterese in dem Relais 13 nach Fig. 1 für ein Verhältnis von 20:1 zwischen den Ausschalt- und Einschaltpegeln eingestellt ist, so schalten die Lampen bei

2 P

400 lm/m ab und schalten bei den gewünschten 20 lm/m ein. Das 20:1-Verhältnis, das für das Relais 13 zur Verfügung steht, ergibt einen ausreichenden Schutzbereich gegen typische durch Wolken hervorgerufene Änderungen von 10:1. Weil die maximalen Tageslichtpegel 100.000 lm/m im Außenbereich überschreiten können, wird ein oberer

Schaltpegel von 400 lm/m selbst an bedeckten Tagen

leicht überschritten, wenn das Maximum nur ungefähr

10.000 lm/m betragen kann, so daß d: Systems vollständig befriedigend ist.

10.000 lm/m betragen kann, so daß die Betriebsweise des

Es sei als nächstes eine typische Situation im Inneren eines Gebäudes betrachtet. Der gewünschte Lichtpegel, der durch die künstliche Beleuchtung erzeugt wird, liegt typischerweise bei 700 lm/m . Damit muß der Einschaltpunkt für das System auf einen wesentlich höheren Pegel eingestellt werden als beim Außenbeleuchtungssystem nach Fig. 1. Es ist weiterhin bekannt, daß lediglich ein kleiner Bruchteil des zur "Verfügung stehenden Tageslichts einen typischen Bereich im Inneren eines Gebäudes erreicht. Typischerweise können 2 % des Außenlichtes verwendet werden, um den Innenbereich eines in einem Gebäude liegenden Volumens zu beleuchten. Dies würde eine Beleuchtungs-

stärke von ungefähr 2000 lm/m in einem Innenbereich bedeuten, wenn das Tageslicht seinen maximalen Wert aufweist. Eine aufgebrochene Wolkendecke bewirkt jedoch, daß sich dieser Pegel sehr schnell, beispielsweise von

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2000 lm/m auf 200 lm/m , ändert. Wenn die Hysterese der

Schaltung nach Fig. 2 auf einem Verhältnis von 20:1 gehalten wird, wie im Fall der Fig. 1, würde das System nicht abschalten, bevor nicht 14000 lm/m erreicht werden. Entsprechend würde kein Schalten erfolgen, weil der maximal im Innenraum zur Verfügung stehende Pegel lediglich 2000 lm/m² beträgt.

Aus diesem Grund muß die Hysterese für eine Innenbeleuchtungsschaltung verringert werden, oder es kann keine Energie eingespart werden. Es ist jedoch erforderlich, eine gewisse Hysterese vorzusehen, um eine schnelle

Schwingung um einen Schaltpegel zu verhindern, insbesondere dann, wenn sich der Meßfühler in dem überwachten Bereich befindet, weil ein Teil des auf den Meßfühler fallenden Lichtes durch das künstliche Licht selbst gebildet ist. Wenn das Hystereseverhältnis als Beispiel auf 1:5 verringert wird, so wird das Licht im Innenraum bei

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IO5O lm/m abgeschaltet und bei 700 lm/m wieder eingeschaltet, so daß eine erhebliche Energie eingespart werden kann. Bei dem System nach Fig. 2 bewirken jedoch aufgelockerte Wolken, daß das System dauernd ein- und ausschaltet, weil das künstliche Licht eine Verringerung auf

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200 lm/m hervorruft, was niedriger als das Minimum von 7OO lm/m ist,und der Beleuchtungspegel dann bei künstlieher Beleuchtung bis zu 2000 lm/m beträgt, was oberhalb des Schaltpunktes von 1050 lm/m liegt. Dieses häufige Schalten ist wahrnehmbar und stört Personen, die sich in dem überwachten Bereich befinden, weil jeder Schaltvorgang zu einer erheblichen Änderung des Beleuchtungspegels, ausgehend von dem 700-lm/m -Pegel, führt.

Es ist sehr stark erwünscht, die Anzahl der Schaltzyklen so weit wie möglich zu verringern, während gleichzeitig eine ausreichende Beleuchtung und eine erhebliche Energieeinsparung erzielt wird. Das häufige Schalten wird in gewissem Ausmaß durch die einstellbare Zeitverzögerung 26 nach Fig. 2 verringert. Durch Verzögern der Betätigung oder der Freigabe des Schaltrelais 28 ist es möglich, die Anzahl der Schaltzyklen dadurch zu verringern, daß Lichtpegeländerungen ignoriert werden, die über eine geringere Zeit andauern als die vorgegebene Zeitverzögerung der Schaltung 26. Typischerweise können Zeitverzögerungen in der Größenordnung von 10 Sekunden bis 10 Minuten verwendet

werden, wobei die Verzögerung vor dem Einschalten der Innenbeleuchtung wesentlich kürzer sein kann als die Verzögerung, die auftritt, bevor die Innenbeleuchtung abgeschaltet wird (um lange Perioden von sehr niedrigen Beleuchtungsstärken zu verhindern). Wenn beispielsweise die kurze Verzögerung 10 Sekunden beträgt und die lange Verzögerung 10 Minuten, würde irgendeine Änderung des Tageslichtes unter 700 lm/m für mehr als 10 Sekunden ein Einschalten der Innenbeleuchtung bewirken, während irgendeine Abweichung über den Pegel von IO5O lm/m für mehr als 10 Minuten ein Abschalten der Innenbeleuchtung hervorrufen würde.

Das vorstehend anhand der Fig. 2 beschriebene System weist eine Anzahl von Problemen auf. Zunächst kann unabhängig von den gewählten Zeitperioden die Änderung des Tageslichtes immer noch groß genug sein, um häufige Schaltvorgänge hervorzurufen, wenn die längere Zeitverzögerung nicht auf einen unannehmbaren Wert vergrößert wird. Wenn beispielsweise Tageslicht-Beleuchtungspegeländerungen zwischen 200 lm/m und 2000 lm/m regelmäßig in 11-Minuten-Intervallen auftreten, so würde das Kunstlicht in dem überwachten Bereich für 1 Minute und 10 Sekunden in jedem Zyklus von 22 Minuten einschalten. Dies würde für sich in dem Raum befindende Personen äußerst störend sein.

Wenn die 10-Minuten-Zeitverzögerung stark auf beispielsweise 1 Stunde vergrößert würde, so würde irgendeine Tageslicht-Beleuchtungsstärke, die während der Verzögerungsperiode von 1 Stunde unter den Grenzwert von

7OO lm/m fallen würde, ein Rücksetzen der Verzögerung

hervorrufen, so daß das System die Beleuchtung niemals ausschalten würde. Selbst wenn das System zu einem Abschalten der Beleuchtung führen würde, ist ein Zustand möglich, bei deta sich das Tageslicht aufgrund des Vorbeilaufens einer kleinen Wolke an der Sonne alle 1,1 Stunden ändern würde, Was dazu führen würde, daß die Beleuchtung für eine weitere volle Stunde eingeschaltet würde. Damit würde die Beleuchtung für eine übermäßige Zeitdauer eingeschaltet sein, ohne daß sie erforderlich ist, und die Personen, die sich in dem überwachten Bereich befinden, würden sechs oder sieben Schaltzyklen in einer typischen Arbeitsperiode von 8 Stunden ausgesetzt.

Wenn weiterhin der Tageslichtpegel lediglich geringfügig

unter den Bezugswert von 700 ltn/m fallen würde, so würde das System in genau der gleichen Weise arbeiten, als ob das Tageslicht vollständig verschwunden wäre. Wenn beispielsweise der Tageslichtpegel für 10 Sekunden auf 650 lm/m fallen würde, so könnte das Kunstlicht eingeschaltet werden, obwohl es für eine durchschnittliche

ο Person nahezu unmöglich ist, zwischen 700 und 650 lm/m zu unterscheiden.

Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten weist die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 insgesamt vier individuelle Parameter auf, die für eine geeignete Betriebsweise des Systems ausgewählt werden müssen. Diese Parameter sind Einschaltpegel, Größe der Hysterese, Einschaltzeitverzögerung und Abschaltzeitverzögerung. Diese vier Parameter werden im allgemeinen durch jeweilige Potentiometer oder andere Steuereinrichtungen eingestellt. Die Einstellung dieser großen Anzahl von

miteinander in Wechselwirkung stehenden Steuerelemente ist jedoch eine schwierige und mühsame Aufgabe, insbesondere deshalb, weil die Betriebsweise des Systems über einen sich stark ändernden Bereich von natürlichen Beleuchtungsbedingungen beobachtet werden muß und es erforderlich ist, ein sehr genaues Verständnis der Betriebsweise des Systems zu haben, um eine befriedigende Einstellung des Systems zu erzielen. Die Schwierigkeit dieser Aufgabe macht es unwahrscheinlich, daß die Einstellung in richtiger Weise erfolgt, so daß die möglichen Vorteile des Systems zur Einsparung von Energie für den durchschnittlichen Benutzer nicht zur Verfugung stehen.

Weiterhin verwenden viele Systeme Meßfühler, die nicht gut zwischen natürlichem und künstlichem Licht unterscheiden, so daß große Hysteresewerte erforderlich sind, um eine unannehmbare Schwingung des Systems zu verhindern. Hierdurch werden die möglichen Energieeinsparungen weiter verringert.

Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abschalteinrichtung ist in Fig. 3 gezeigt. In Fig. 3 ist schematisch ein ein Spannungsausgangssignal lieferndes Lichtmeßfühlerelement 30 gezeigt, das von üblichem Aufbau sein kann, wie er beispielsweise in der US-PS 4- 236 beschrieben ist, oder es kann irgendeine andere bekannte Beleuchtungssteuer-Lichtmeßfühleranordnung verwendet werden. Der Lichtmeßfühler 30 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluß des !Comparators 31 über eine neuartige Filterschaltung 32 verbunden, die die Aufgabe der Einführung automatisch eingestellter Zeitverzögerungen in die Schaltung erfüllt, wie dies weiter unten beschrieben

wird. Der Ausgang des !Comparators 31 ist mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Komparators über einen eine feste Hysterese ergebenden Widerstand 33 verbunden. Eine feste Bezugsspannungsquelle 34- und ein Widerstand 35 sind ebenfalls vorgesehen und mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 31 verbunden. Der Ausgang des Komparators 31 ist dann direkt mit der ReIalswicklung 36 des Relais 37 verbunden, das normalerweise offene Leistungsschaltkontakte 38 aufweist, die mit dem Leist.ungsschaltkreis zur Steuerung der künstlichen Innenbeleuchtung verbunden sind.

Die neuartige Schaltung nach Fig. 3 vermeidet die vorstehend beschriebenen Probleme der bekannten Schaltungen nach den Fig. 1 und 2. Die Verbesserung wird dadurch erzielt, daß der Ausgang des Lichtmeßfühlers 30 über das Filternetzwerk 32 geleitet wird, bevor er dem Eingang des Komparators 31 zugeführt wird. Das Filter 32 erzeugt Zeitverzögerungen bei der Zuführung des Ausgangssignals des Lichtmeßfühlers an den Komparator. Im Gegensatz zu den bekannten Schaltungen sind diese Zeitverzögerungen veränderlich und hängen von der Eigenart des natürlichen Tageslichtes ab, das durch den Lichtmeßfühler 30 zu irgendeinem Zeitpunkt gemessen wird. Das Filter 32 bewirkt im wesentlichen eine Anpassung der Betriebsparameter des Systems an die momentanen Beleuchtungsbedingungen. Aufgrund dieser adaptiven Steuerung ist es möglich, viele der Systemparameter auf bekannte Werbe festzulegen und lediglich eine einzige Einstellung für den Benutzer vorzusehen, die dieser durchführen muß,' nachdem das System installiert wurde. Weiterhin wird es möglich, eine Anzeigeeinrichtung vorzusehen, die weiter unten anhand der

Fig. 4· beschrieben wird, die den Benutzer informiert, wann der richtige Zustand der Einstellung erreicht ist. Die Ein-/Aus-Schaltzyklen werden durch die Schaltung nach Fig. 3 insbesondere dadurch verringert, daß eine adaptive und automatische Einstellung der Zeitverzögerungen durchgeführt wird, und es wird in erheblichem Ausmaß Energie gespart, wobei gleichzeitig Störungen von Benutzern des überwachten Bereichs verringert werden.

Wie dies weiter oben erläutert wurde, ist der Lichtmeßfühler 30 vorzugsweise in einem optimal gewählten räumlichen Bereich angeordnet, so daß der Meßfühler in maximalem Ausmaß auf natürliches Licht anspricht, während er in minimalem Ausmaß auf Kunstlicht anspricht, und zwar trotz der Tatsache, daß der Meßfühler in dem überwachten Bereich befestigt ist. Die Befestigung des Lichtmeßfühlers in dem überwachten Bereich ist wünschenswert, weil dann der gemessene natürliche Lichtpegel den gleichen Fenstermodifikationswirkungen, wie beispielsweise aufgrund der Glasfläche, der Lichtdurchlässigkeit und von Blendschutzeinrichtungen, unterworfen ist wie der tatsächlich überwachte Bereich, so daß eine genauere Steuerung möglich ist. Dies ermöglicht maximale Energieeinsparungen, während gleichzeitig eine ausreichende Beleuchtung aufrechterhalten wird.

Die Betriebsweise der Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 3 ist wie folgt: Der Lichtmeßfühler 30 liefert eine Ausgangsspannung, die im allgemeinen linear proportional zum Beleuchtungspegel ist, der auf den Lichtmeßfühler einwirkt. In optimaler Weise entspricht dieser Pegel vollständig dem natürlichen Licht, das in den überwachten

Bereich eintritt. Das Filter 32 kann eine Vielzahl von Ausführungsformen aufweisen, doch wird für den Zweck der vorliegenden Beschreibung angenommen, daß das Filter ein exponentielles Zeitansprechverhalten aufweist, so daß, wenn die Spannung am Eingang des Filters 32 schrittweise von einer Spannung V. zu einer Spannung Vp geändert wird, die Ausgangsspannung als Funktion der Zeit durch die folgende Gleichung beschrieben werden kann:

V(t) = V₂ + (V₁-V₂).e"^t/T.

In der vorstehenden Gleichung ist T die charakteristische Zeitkonstante des Filters.

Der Komparator 31 ist durch eine übliche Komparatorschaltung gebildet und schließt in der vorstehend beschriebenen Weise eine Hysterese ein, so daß das Ausgangssignal des !Comparators seinen Zustand ändert, wenn das Eingangssignal über einen relativ hohen Spannungspegel ansteigt (im folgenden als V _fx. bezeichnet) oder unter einen relativ niedrigen Pegel abfällt (im folgenden mit V bezeichnet). Diese Eigenschaft ergibt zusammen mit der des Filters 32 die erforderliche Zeitverzögerungsfunktion in folgender Weise:

Es sei angenommen, daß das Ausgangssignal des Meßfühlers 30 irgendeinen konstanten Pegel V_x, aufweist, der unter V liegt, und daß das Ausgangssignal für eine bezogen auf die Zeitkonstante T lange Periode auf diesem Pegel gehalten wurde. Der Ausgang des Filters ist im wesentlichen ebenfalls gleich V,. und die künstliche Beleuchtung

befindet sich im eingeschalteten Zustand. Wenn das Ausgangssignal des Meßfühlers nunmehr plötzlich auf einen Wert Vp ansteigt, der oberhalb von V „_ liegt, so kann sich nichts ändern, bevor nicht der Eingang des !Comparators über V „~ ansteigt. Wenn die vorstehende Gleichung, die das Filteransprechverhalten des Filters 32 beschreibt, für den Wert von t derart gelöst wird, daß V(t) = V _ff, ist, so ist die Verzögerungszeit t-p zwischen der Änderung des Meßfühler-Ausgangssignals und der Änderung des Komparator-Ausgangssignals gleich:

t_D = T-InC(V₁ - V₂)/(V_off - V₂)J.

Eine ähnliche Berechnung kann für irgendeine stufenförmige Änderung des Eingangspegels durchgeführt werden, der einer schnellen Änderung des natürlichen Tageslichts entspricht. Es ist zu erkennen, daß die Zeitverzögerung t^ keine feste Zeitverzögerung ist, wie dies bei den bekannten Schaltungen der Fall ist, sondern daß sich die Verzögerung t-p. mit den Anfangs- und Endwerten des Beleuchtungspegels sowie mit der momentanen Komparator-Spannung und der Filterzeitkonstanten ändert. Wenn die Anfangsspannung sehr nahe an V „„ liegt, so ist die Zeitverzögerung relativ kurz. Dies entspricht einem Fall, bei dem der Anfangslichtpegel fast hoch genug ist, um ein Abschalten der künstlichen Beleuchtung zu ermöglichen, so daß eine relativ kurze Verzögerung bei einem nachfolgenden Ansteigen des Pegels gerechtfertigt ist und die Energieeinsparungen sehr groß macht. Weiterhin hat ein hoher Wert von V₂ eine ähnliche Wirkung. Diese beiden Bedingungen, nämlich ein Anfangswert in der Nähe von V_Q„_f, jedoch unter diesem Wert, und ein Endwert weit oberhalb

^{: : : :} -^: 3-40*08-5-

von Vf.-, führen zu einer Anzeige dafür, daß ein hoher Pegel des natürlichen Lichtes zur Verfügung steht, so daß eine relativ kurze Verzögerung vor dem Abschalten der künstlichen Beleuchtung ein zweckmäßiges Verfahren darstellt, weil der hohe Pegel der natürlichen Beleuchtung bedeutet, daß die künstliche Beleuchtung über den größten Teil der Zeit abgeschaltet sein kann und immer noch eine ausreichende Beleuchtungsstärke in dem überwachten Bereich zur Verfugung steht.

Wenn umgekehrt der Anfangswert weit unter V₀-- liegt und/oder der Endwert lediglich geringfügig über V₀--liegt, so ist die Zeitverzögerung sehr lang. Dies ist nunmehr richtig, weil der allgemeine Pegel des zur Verfügung stehenden Tageslichts nunmehr gerade ausreichend zu sein scheint, so daß, selbst wenn dieser Pegel momentan über V-- ansteigt und die künstliche Beleuchtung abgeschaltet würde, es wahrscheinlich ist, daß das natürliche Licht auf einen sehr niedrigen Pegel abfallen würde und die Beleuchtung unmittelbar wieder eingeschaltet werden müßte. Dies würde ein störendes schnelles Ein- und Ausschalten darstellen, wie es bei den bekannten Schaltungen der Fall ist. Um dies bei den bekannten Schaltungen unter Verwendung von festen ZeitVerzögerungen zu vermeiden, mußte ein Kompromiß zwischen der langen Zeitverzögerung, die Schaltvorgänge so weit wie möglich verringert, jedoch Energieeinsparungen nur in begrenztem Ausmaß zuläßt, und der kurzen Zeitverzögerung gemacht werden, die die besten Energieeinsparungen hervorrufen würde, jedoch unter Inkaufnahme häufiger Schaltvorgänge. Bei der beschriebenen Ausführungsform gemäß Fig. 3 ergibt sich- eine automatische Einstellung der Zeitverzögerungen, so daß

Schaltvorgänge dadurch auf einem Minimum gehalten werden, daß lange Zeitverzögerungen während Perioden von kaum ausreichenden natürlichen Lichtpegeln verwendet werden, während zu den kürzeren Verzögerungen übergewechselt wird, die eine optimale Energieeinsparung ermöglichen, wenn das Tageslicht auf erhebliche Werte ansteigt. Ein ähnlicher Vorgang tritt auf, wenn der Pegel des Tageslichtes abnimmt. Wenn der Pegel nur geringfügig unter den Auslösepunkt von V fällt, muß der Pegel für eine sehr lange Zeit auf diesem Wert bleiben, bevor die künstliche Beleuchtung tatsächlich wieder eingeschaltet wird. Dies stelltkeine Härte für die Benutzer des überwachten Bereichs dar, weil sich die zur Verfügung stehende Beleuchtungsstärke nur geringfügig verringert und ein unnötiger Schaltvorgang verhindert wird. Andererseits führt eine Verringerung des Tageslichtes auf einen Pegel, der wesentlich unter V liegt, zu einer kurzen Zeitverzögerung, so daß die Benutzer des überwachten Bereiches einer längeren Periode mit stark unzureichenden Beleuchtungspegeln ausgesetzt sind.

In der tatsächlichen Praxis, die weiter unten beschrieben wird, kann die Zeitkonstante für abnehmende Lichtpegel beträchtlich kürzer gemacht werden als die für ansteigende Lichtpegel, um die Zeit zu verringern, über die Bedingungen mit niedriger Beleuchtungsstärke vorliegen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Filterzeitkonstante T in Abhängigkeit davon geändert wird, ob der Tageslichtpegel ansteigt oder absinkt.

Die adaptive Eigenart der neuartigen Zeitverzögerungsschaltung, die das Filter 32 nach Fig. 3 verwendet, führt

zu einem zusätzlichen Vorteil. Bei den bekannten Schaltungen führte die Notwendigkeit eines Kompromisses hinsichtlich des festen Wertes der Verzögerungszeit dazu, daß es erforderlich ist, die Verzögerungszeit für jede individuelle Installation einzustellen, weil verschiedene Beleuchtungspegel und verschiedene Verfügbarkeiten von Tageslicht unterschiedliche Zeitverzögerungen erfordern, um eine einen befriedigenden Kompromiß darstellende Einstellung zu erzielen. Dies bedeutet, daß zumindest zwei Einstellungen erforderlich waren, nämlich eine für den Lichtpegel und eine für die Zeitverzögerung. In der tatsächlichen Praxis wurden jedoch Abschalteinrichtungen mit bis zu drei oder vier Einstelleinrichtungen verwendet, wie dies beispielsweise in der TJS-PS 4- 281 365 beschrieben ist. Dies erforderte ein Einstellverfahren, das kompliziert war und mehrfach wiederholt werden mußte, um einen geeigneten Kompromiß zu erzielen.

Unter Verwendung der adaptiven Eigenschaften der Schaltungen nach den Fig. 3 bis 5 sind Zeitverzögerungseinstellungen für einen geeigneten Betrieb unnötig. Weiterhin kann die Größe der Hysterese festgelegt werden. Wenn die Ausführungsformen der Abschalteinrichtung mit einem geeigneten Lichtmeßfühler verwendet werden, der in maximaler Weise auf natürliches Licht und in minimaler Weise auf Kunstlicht anspricht, wie dies in der US-PS 4 236 beschrieben ist, so ist das Ansprechverhalten des Systems auf Kunstlicht im wesentlichen gleich Null. Es ist dann keine Einstellung der Hysterese erforderlich und der Wert der Hysterese kann fabrikmäßig eingestellt werden, um eine optimale Energieeinsparung zu erzielen. Damit ermöglicht die Verwendung der Ausführungsformen der

Abschalteinrichtung die Ausgestaltung eines Systems, das lediglich eine einzige Einstelleinrichtung aufweist, die durch den Benutzer betätigt werden kann, um den Einschaltpegel einzustellen, so daß die richtige Einstellung und Betriebsweise des Systems stark vereinfacht wird.

Fig. 4- zeigt eine zweite Ausführungsform der Abschalteinrichtung, wobei zu Bauteilen der Fig. 3 identische Bauteile mit identischen Bezugsziffern bezeichnet sind. Fig. 4- zeigt weiterhin ein einstellbares Potentiometer 40 zwischen dem Lichtmeßfühler 30 und dem Filter 32 und zeigt weiterhin ein Schaltungsnetzwerk zur Bildung einer Anzeigeeinrichtung, die dem Benutzer eine eindeutige und momentane Anzeige der richtigen Einstellung des Systems gibt. Ohne eine derartige Anzeigeeinrichtung muß der Benutzer beispielsweise bei der Ausführungsform nach Fig. 3 eine Einstellung eines Widerstandes, beispielsweise des Potentiometers 40 nach Fig. 4, durchführen und dann warten, bis die in dem Filter 32 entstehende Zeitverzögerung abläuft, bevor die Wirkung der Einstellung sichtbar wird. Damit muß sich der Benutzer bei der Durchführung von Korrekturen der von ihm durchgeführten Einstellung auf seine eigene Intuition und auf sein Verständnis der Betriebsweise des Systems verlassen. Bei einer Vielzahl von Einstellungen, wie beispielsweise bei den bekannten Schaltungen, ist es unmöglich, eine Anzeige der richtigen Einstellung zu liefern, weil eine einzige Anzeigeeinrichtung die Parameter des überwachten Bereichs nicht so weit kennen kann, daß richtige Einstellungen abgeleitet werden können.

Wenn lediglich eine einzige Einstellung erforderlich ist,

kann eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen werden, die beispielsweise anzeigt, daß die Eingangsspannung an das Filter 32 nunmehr gleich dem Pegel ist, bei dem der Komparator ein erneutes Einschalten der künstlichen Beleuchtung bewirken würde. Dieser Pegel ist der Anzeigeeinrichtung bekannt, weil er durch den Konstrukteur festgelegt ist und durch den Benutzer nicht geändert werden kann. Es sei bemerkt, daß durch Ansteuern der Anzeigeschaltung durch die Spannung vor dem Filter 32 und vor der Verarbeitung durch das Filter 32 das Ansprechverhalten der Anzeigeeinrichtung auf die Einstellung im wesentlichen momentan erfolgt. Daher hat der die Einstellung durchführende Benutzer nicht mehr auf den Ablauf der Zeitverzögerung zu warten, um die Auswirkung seiner Einstellung zu erkennen, und die Einstellung ist schnell und einfach durchzuführen. .

Die Anzeigeschaltung nach Fig. 4 besteht aus einer zweiten Komparatorschaltung 50, die vor dem Filter 32 angeschaltet ist. Der Komparatorschaltung 50 wird am zweiten Eingangsanschluß eine feste Bezugsspannung 5I zugeführt und der Ausgang des Komparators 50 betätigt ein geeignetes Anzeigeelement 52, das beispielsweise eine Leuchtdiode oder ein Meßinstrument oder dergleichen sein kann. Die Bezugsspannung 51 der Anzeigeeinrichtung ist typischerweise gleich der Bezugsspannung, bei der der Steuer-Komparator 50 das Einschalten der künstlichen Beleuchtung bewirkt.

Um das Gesamtsystem einzustellen, wartet der Benutzer nunmehr lediglich darauf, daß das einfallende Tageslicht einen Pegel erreicht, bei dem der Benutzer das

Einschalten der künstlichen Beleuchtung wünscht. Die Einstelleinrichtung 4-0 wird dann so lange eingestellt, bis der Vergleicher 50 seinen Zustand ändert und das Anzeigeelement einschaltet oder irgendeinen vorgegebenen Pegel erreicht, der fabrikmäßig eingestellt wurde. Hierdurch wird dann eine Ausgangsspannung des Lichtmeßfühlers angezeigt, die nach der durch das Filter 32 festgelegten Zeitverzögerung bewirken würde, daß das Relais 37 angesteuert wird, um die künstliche Beleuchtung einzuschalten. Diese Einstellung und der Abgleich erfolgen praktisch momentan und können durch nicht ausgebildete Personen durchgeführt werden.

In Fig. 5 ist ein ausführliches Schaltbild einer Schaltung gezeigt, die die anhand der Fig. 3 und 4- beschriebenen Funktionen ausführt. Die Schaltung nach Fig. 5 weist Anschlüsse 60 bis 66 auf. Die Anschlüsse 60 und 61 sind Wechselspannungs-Leistungsanschlüsse zur Zuführung von Betriebsleistung an die Steuerschaltung. Die Anschlüsse 60 und 61 können beispielsweise mit einer 12,6-V-Sekundärwicklung verbunden sein und sind mit einem Einphasen-Vollwegbrückengleichrichter 70 verbunden. Der Ausgang des Gleichrichters 70 ist mit einem Spannungsteiler verbunden, der aus Widerständen 71 und 72 besteht. Eine Diode 73 und ein Kondensator 74- sind in der dargestellten Weise angeschaltet. Der Kondensator 74- ist mit dem Verbindungsknoten zwischen den Widerständen 75 und 76 und dann mit dem Anschluß 5 des Komparators 77 verbunden, der dem zweiten Komparator 50 nach Fig. 4- entspricht. Die Diode 73 wirkt als Entkopplungsdiode, wie dies weiter unten zu erkennen ist, und verhindert, daß der Filterkondensator 80 sich in die noch zu beschreibende Relaiswicklung

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entlädt. Der Komparator 77 kann vom Typ LM3424 sein.

Es sei weiterhin bemerkt, daß das dem Anschluß 5 des Komparators 77 zugeführte Signal eine Welligkeit aufweist, die der Ausgangswelligkeit der Gleichrichterbrücke 70 entspricht, weil der Ausgang an den Anschluß 5 nicht gefiltert ist. Der Ausgang des Gleichrichters 70 wird weiterhin einer FiItersehaltung zugeführt, die aus einem Kondensator 80 und einem Widerstand 81 besteht. Der Ausgang dieses Filters wird einer 12-V-Zener-Diode 82 zugeführt .

Die geregelte Ausgangsspannung wird dann längs eines Ohmschen Spannungsteilers angelegt, der aus Widerständen 75 und 76 besteht, und dann dem Leistungsverstärkerkreis zugeführt, der aus Transistoren 85 und 86 besteht, deren Ausgang mit der Anzeigeeinrichtung verbunden ist, die Leuchtdioden 87 und 88 und einen Parallelwiderstand 89 einschließt. Die Leuchtdiode 87 weist eine grüne Farbe auf, während die Leuchtdiode 88 eine rote Farbe aufweist. Die Leuchtdioden sind derart angeordnet, daß die Leuchtdiode 88 eingeschaltet ist, wenn das Ausgangssignal der Verstärkertransistoren 85 und 86 und damit des noch zu beschreibenden Lichtmeßfühlers niedrig ist, während die "grüne Leuchtdiode 87 eingeschaltet ist, wenn das Ausgangssignal des Lichtmeßfühlers hoch ist. Die parallelgeschalteten Leuchtdioden 87 und 88 sind dann mit; dem Verbindungsknoten zwischen Widerständen 90 und 91 verbunden, die ebenfalls längs der geregelten Ausgangsspannung der Zener-Diode 82 angeschaltet sind.

In der soweit beschriebenen Schaltung ist zu erkennen,

daß die Spannung an dem Knoten zwischen den Widerständen 75 und 76 dem Anschluß 5 des Komparators 77 zugeführt wird, so daß dieser Spannung eine Brummspannung oder Velligkeit um einen Bezugswert herum überlagert ist. Die dem Anschluß 6 des Vergleichers 77 zugeführte Spannung ist, wie dies noch näher erläutert wird, die verarbeitete Ausgangsspannung des Lichtmeßfühlers. Die Ausgangsspannung am Anschluß 6 schwingt dann im Ergebnis über und unter die Spannung am Anschluß 5» so daß die grüne Leuchtdiode 87 und die rote Leuchtdiode 88 bei jeder Halbperiode ein- und ausschalten, um die Wirkung eines kombinierten orangefarbenen Lichtes zu erzeugen, wenn das System richtig abgeglichen ist. Daher weiß der Benutzer des Systems, der eine Einstellung des Lichtpegels durchführt, bei dem die Abschalteinrichtung wirksam werden soll, unmittelbar, daß das System richtig abgeglichen ist. Wenn jedoch der Abgleich des Systems derart ist, daß die Ausgangsspannung am Anschluß 6 zu hoch ist, so schaltet das Ausgangssignal des Komparators 77 lediglich die grüne Leuchtdiode 87 ein, und wenn andererseits die eingestellte Ausgangsspannung zu niedrig ist, so ist das Ausgangssignal des Komparators 77 auf einem niedrigen Pegel, so daß lediglich die rote Leuchtdiode 88 eingeschaltet ist. Wenn die Einstellung jedoch richtig ist, so liegt die Ausgangsspannung am Anschluß 6 innerhalb des Welligkeitswertes, der dem Anschluß 5 zugeführt wird, so daß beide Leuchtdioden 87 und 88 aufeinanderfolgend ein- und ausschalten, um ein orangefarbenes Aussehen hervorzurufen, was die korrekte Einstellung anzeigt.

Der im linken Teil der Fig. 5 gezeigte Eingangsanschluß 62 ist der Lichtmeßkopf-Versorgungsspannungsanschluß und

mit dem Lichtmeßkopf verbunden, der von der Schaltung nach Fig. 5 entfernt angeordnet ist. Der Lichtmeßkopf ist weiterhin mit den Anschlüssen 63 und 64· verbunden, die den Lichtmeßkopf-Ausgangssignalanschluß bzw. einen geraeinsamen Bezugspunkt des Lichtmeßkopfes darstellen.

Das 12-V-Potential unmittelbar oberhalb der Zener-Diode 82 ist in der gezeigten Weise mit einem Widerstand 95 verbunden, und es ist weiterhin mit dem Anschluß 4- eines Operationsverstärkers 96 und mit dem Anschluß 7 eines Operationsverstärkers 97 verbunden. Der Operationsverstärker 96 ist ein nicht-invertierender Verstärker mit einer Verstärkung von ungefähr 6 und liefert ein verstärktes Lichtmeßkopf-Ausgangssignal vom Anschluß 1 an den Anschluß 6 des Vergleichers 77· Der Operationsverstärker 97 ist, wie dies noch näher erläutert wird, in dem Filternetzwerk angeordnet und bewirkt, daß der Filterkondensator mit einem größeren Kapazitätswert erscheint, so daß eine Verringerung der Größe des Filterkondensators möglich ist. Der Operationsverstärker 96 kann vom Typ LM324- sein, während der Operationsverstärker 97 vom Typ CA3140 sein kann.

Die Lichtmeßkopf-Ausgangsspannung zwischen den Anschlüssen 63 und 64- wird einer Einsteilschaltung zugeführt, die der Einstelleinrichtung 40 nach Fig. 4 entspricht und in Fig. 5 aus einem Einstellwiderstand 100 und festen Widerständen 101 und 102 besteht. Der Ausgang des Widerstandes 100 ist mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 96 am Anschluß 3 verbunden, während der Eingangsanschluß am Anschluß 2 mit der gemeinsamen Bezugsspannung über einen Widerstand 105 verbunden ist. Ein

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üblicher Riickfiihrungs widerst and 106 ist ebenfalls vorgesehen.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 96 wird dann einer Filterschaltung zugeführt, die die Funktion des Filters 32 nach Fig. 4- aufweist. Das Filter nach Fig. 5 schließt Filterwiderstandsbauteile unter Einschluß eines Widerstandes 110 und eines Widerstandes 111, eine Diode 112 und ein kapazitives Bauteil, das einen Kondensator 113 einschließt, sowie den Operationsverstärker 97 und die zugehörigen Widerstände 114 und 115 ein. Es sei bemerkt, daß sich der Kondensator während des Entladungsintervalls des Filterkondensators über die parallelgeschalteten Widerstände 110 und 111 entlädt, weil die Diode 112 in Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Wenn der Filterkondensator jedoch geladen wird, fließt der Ladestrom lediglich durch den Widerstand 110, weil die Diode 112 in Sperrrichtung vorgespannt ist. Daher weist das Filter unterschiedliche Zeitkonstanten während des Ladens und des Entladens des Filters auf, wobei diese Zeitkonstanten den durch das Filter hervorgerufenen Zeitverzögerungen mit unterschiedlichen Werten entsprechen, wenn die Lichtpegel vergrößert oder verkleinert werden sollen.

Dadurch, daß der Operationsverstärker 97 in eine Schaltungsbeziehung mit dem Filterkondensator 113 gebracht wird, wird die scheinbare Größe des Kondensators vergrößert, so daß, wenn die Kondensatorkomponente des Filters eine effektive Kapazität von 1500/uF aufweist, der Kondensator 113 lediglich ein Bauteil mit einer Kapazität von 2,2/uF ist. Das beschriebene Filter weist beispielsweise eine Zeitkonstante von 600 Sekunden beim Entladen

des Filters auf.

Fig. 5 zeigt als nächstes die Haupt-Komparatorschaltung 120, die dem Komparator 31 nach. Fig. 4- entspricht. Das Eingangssignal an den Anschluß 13 des Komparators 120 wird vom Ausgang der Filterschaltung geliefert, wobei dieses Ausgangssignal am Knoten zwischen den Widerständen 110 und 111 des Filters abgenommen wird. Ein Störunterdrückungskondensator 121 ist längs der Anschlüsse 12 und 13 des Komparators 120 angeschaltet. Der Komparator 120 kann eine integrierte Schaltung vom Typ LM324- sein.

Das Netzwerk, das aus den Widerständen 122, 123 und 124-besteht, bildet den Hysterese-Widerstand 33 nach Fig. 4-. Die geregelte 12-V-Ausgangsspannung der Zener-Diode 82 wird dem Widerstand 122 in der gezeigten Weise zugeführt, so daß diese Ausgangsspannung der festen Bezugsspannung 34- nach Fig. 4- entspricht.

Eine aus einem Widerstand 130 und einem Kondensator 131 gebildete Schaltung ist dann mit dem Ausgangsanschluß des Komparators 120 in der gezeigten Weise verbunden und dient zur weiteren Störunterdrückung. Der Ausgangsanschluß des Komparators 120 ist weiterhin mit einer Verstärkerschaltung verbunden, die aus einem Widerstand 135* einem Widerstand 136 und einem Transistor 137 besteht. Der Ausgang des Transistorverstärkers ist mit der Relaisschaltung verbunden, die dem Relais 37 nach Fig. 4- entspricht .

Das Relais nach Fig. 5 besteht aus einem· Steuerrelais mit einer Wicklung 14-0, einem Arbeitskontakt 14-1 und einer

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Schutzdiode 142. Dieses Relais kann vom im Handel erhältlichen Reed-Typ sein. Die Kontakte 141 können an den Anschlüssen 65 und 66 zur Steuerung eines Hochleistungsrelais verwendet werden, das die Zuführung von Betriebsleistung an eine künstliche Beleuchtungseinrichtung steuert.

Die Betriebsweise der Schaltung nach Fig. 5 entspricht direkt der Betriebsweise, wie sie anhand der Fig. 4 erläutert wurde. Zusätzliche Merkmale der Schaltung nach Fig. 5 schließen die neuartige kombinierte Betriebsweise von Leuchtdioden 87 und 88 sowie die Verwendung des Operationsverstärkers 97 zur Vergrößerung des scheinbaren Wertes des Filterkondensators 113 ein.

Ein Beispiel für eine praktische Ausführung der Schaltung nach Fig. 5 ergibt sich aus der folgenden Tabelle, die die Widerstands- und Kondensatorwerte der Schaltung zeigt. Zusätzlich zu diesen Bauteilen waren die Transistoren 86 und 137 vom Typ 2N4125, während der Transistor 85 vom Typ 2N4123 war.

Widerstände	(Ohm)
71	1OK
72	lOOK
75	1OK
76	33K
81	220
89	IK
90	680
91	680
95	470
100 -	220K
101 -	27K
102 -	IK
105 -	lOOK
106 -	510K
110 -	390K
111 -	47K
114 -	680K
115 -	115K
122 -	lOOK
123 -	220K
124 -	150K
130 -	1OK
135 -	120K
136 -	68K
Kondensatoren	(^Mtkrofarad)
74	0.01
84	100
113 -	2.2
121 -	0.01
131 -	0.01

Es sei bemerkt, daß bei der Ausführungsform nach Fig. 5 das Ausgangssignal des Lichtmeßkopfes lediglich vom Tageslicht abgeleitet wird und nicht von Kunstlicht, das durch die gesteuerten Beleuchtungseinrichtungen erzeugt wird. Damit ist das Steuersystem ein in offener Schleife betriebenes System gemäß der US-PS 4· 236 101. Es ist weiterhin zu erkennen, daß bei der Schaltung nach Fig. 5 lediglich eine einzige dem Benutzer zugängliche Einstelleinrichtung vorgesehen ist, die aus dem Trimmpotentiometer 100 besteht.

Um das System zu eichen, wird die Eichung bei einem vorgegebenen gewünschten Tageslichtpegel durchgeführt und das Eichpotentiometer 100 wird eingestellt, bis die Leuchtdioden-Anzeigeeinrichtung die Farbe Orange anzeigt. Bei dieser Einstellung ist die Schaltung so eingestellt, daß, wenn die Beleuchtungsstärke zu gering ist, der Anschluß 14- des Komparators 120 einen hohen Pegel aufweist. Hierdurch wird der Widerstand 123 angenähert parallel zu dem Widerstand 122 geschaltet. Hierdurch wird eine relativ hohe Bezugsspannung an den Anschluß 12 des Komparators 120 angelegt. Wenn der Lichtpegel nach der durch die Filterschaltung hervorgerufenen Verzögerung ansteigt, so daß die Spannung am Anschluß 13 die Spannung am Anschluß 12 übersteigt, so schaltet der Anschluß 14-des Komparators 120 auf einen niedrigen Pegel. Hierdurch wird der Widerstand 123 effektiv parallel zum Widerstand 124· geschaltet, wodurch die Bezugsspannung am.Anschluß 12 verringert wird. Nunmehr muß der Lichtpegel einen niedrigeren Wert annehmen als der Pegel, der die Umschaltung des Zustandes des Operationsverstärkers 96 hervorrief, bevor die neue Bezugsspannung am Anschluß 13 des

Operationsverstärkers 120 erreicht wird und bevor der Verstärker in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehren kann.

- Leerseite -

Claims

Patentanwälte Γ: ί : . O "i ρ I >T Pf g .CurtWallach

Europäische Patentvertreter Dipl.-lng. Günther Koch

European Patent Attorneys Dlpl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 6. Februar 1984 Lutron Electronics Co, Inc. unser Zeichen: 17 861 P/Nu

Abschalteinrichtunp; zum Abschalten überschüssifter Lichtquellen

Patentansprüche:

Abschalteinrichtung zum Abschalten überschüssiger Lichtquellen in Innenräumen, die sowohl natürliche als auch künstliche Lichtquellen aufweisen, wobei ein Lichtpegelmeßfühler vorgesehen ist, der ein Ausgangssignal erzeugt, das auf den auf ihn auftreffenden Lichtpegel bezogen ist, dadurch gekennzeichnet , daß eine adaptive elektrische Filterschaltung (32) vorgesehen ist, die mit dem Ausgang des Lichtpegelmeßfühlers (30) verbunden ist und ein Ausgangssignal erzeugt, das sich in vorgegebener Weise auf einen neuen Pegel ändert, wenn sich das Ausgangssignal des Lichtpegelmeßfühlers (30) ändert, daß eine Komparatorschaltung (31) mit einem ersten Eingang an den Ausgang der Filterschaltung (32) angeschaltet ist und einen zweiten Eingang aufweist, daß eine feste Bezugsspannungsschaltung (34-» 35) mit dem zweiten Eingang der Komparatorschaltung (31) verbunden ist, daß die Komparatorschaltung einen Ausgang

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aufweist, der von. einem ersten auf einen zweiten Pegel umschaltet, wenn die Spannung an dem ersten Eingang einen ersten vorgegebenen Wert gegenüber der eine feste Bezugsspannung liefernden Schaltung am zweiten Eingang erreicht, daß das Verhältnis des erstgenannten Wertes und der festen Bezugsspannung einen Wert aufweist, der sich mit dem anfänglichen eingeschwungenen Eingangssignal an die FiIterschaltung (32) ändert, und daß Relaisschalteinrichtungen zur Steuerung der künstlichen Beleuchtung entsprechend dem zur Verfugung stehenden natürlichen Licht zur Einsparung von Energie vorgesehen sind, wobei der Ausgang der Komparatorschaltung (31) mit den Relaisschalteinrichtungen (37) verbunden ist und diese derart betätigt, daß die künstliche Beleuchtung ein- und ausgeschaltet wird, wenn der Ausgang der Komparatorschaltung (31) zwischen dem ersten und dem zweiten Pegel umschaltet.
2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Hysterese-Schaltungseinrichtungen (33) mit der Komparatorschaltung (31) und mit der Bezugsspannungsschaltung (34» 35) verbunden sind, um die feste Bezugsspannungsschaltung zwischen ersten und zweiten Werten in Abhängigkeit davon umzuschalten, ob der Ausgang der Komparatorschaltung (31) einen ersten bzw. zweiten Pegel aufweist.
3· Abschalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine

einzige vom Benutzer betätigbare Einstel!einrichtung (40) zur Einstellung des Pegels vorgesehen ist, bei dem die Relaisschalteinrichtung (37) betätigt wird, und daß die einzige Einstelleinrichtung (40) zwischen dem Lichtpegelmeßfühler (30) "und der Filterschaltung (32) eingeschaltet ist.
4. Abschalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Komparatorschaltung (50) vorgesehen ist, die erste und zweite Eingänge und einen Ausgang aufweist, dessen Ausgangssignal von der Beziehung zwischen den den ersten und zweiten Eingängen zugeführten Signalen abhängig ist, daß eine zweite feste Bezugsspannungsschaltung (51) und eine Einstelle anzeigeeinrichtung (52) vorgesehen sind, daß die einzige Einstelleinrichtung (40) und die zweite feste Bezugsspannungsschaltung (51) mit dem ersten bzw. zweiten Eingang der zweiten Komparatorschaltung (50) verbunden sind, daß der Ausgang der zweiten Komparatorschaltung (50) mit der Einstellanzeigeeinrichtung (52) verbunden ist und daß diese Einstellanzeigeeinrichtung den Ausgangspegel des Lichtpegelmeßfühlers (30) bezogen auf die zweite Bezugsspannung unabhängig von Verzögerungen aufgrund des adaptiven Filters (32) anzeigt.
5- Abschalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß Hysterese-Schaltungseinrichtungen (33) mit der Komparatorschaltung (31) und der

340*085

Bezugsspannungsschaltung (34, 35) verbunden sind und die feste Bezugsspannungsschaltung zwischen ersten und zweiten Werten in Abhängigkeit davon umschaltet, ob der Ausgang der Komparatorschaltung (50) den ersten oder zweiten Pegel aufweist.
6. Abschalteinrichtung nach einem der Ansprüche Λ bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschaltung eine RC-Schaltung ist.
7· Abschalteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die RC-Schaltung eine erste Zeitkonstante aufweist, wenn die ihr zugeführte Eingangsspannung ansteigt, und daß die RC-Schaltung eine von der ersten Zeitkonstanten abweichende Zeitkonstante aufweist, wenn die ihr zugeführte Eingangsspannung abnimmt.
8. Verfahren zur Steuerung einer Innenraum-Beleuchtungseinrichtung in einem überwachten Bereich in Abhängigkeit von dem Pegel des zur Verfugung stehenden natürlichen Lichts, wobei mindestens eine Kompo-* nente des Lichtes in dem Bereich überwacht und ein erstes elektrisches Ausgangssignal erzeugt wird, das proportional zum momentanen Lichtpegel ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Zuführung des ersten Ausgangssignal an eine Filterschaltung einschließt, die ein Ausgangssignal aufweist, das sich exponentiell von einem vorhergehenden festen Pegel auf einen neuen Pegel in einer Zeit ändert, die von dem anfänglichen Wert des

ersten elektrischen Ausgangssignals abhängt, wobei

In

off ^V2

ist, worin T die Zeitkonstante der Verzögerungsschaltung, Vp die Ausgangsspannung der Filterschaltung nach der Zeit T, V. die Ausgangsspannung der Filterschaltung vor der Zeit T und vor der Änderung des Eingangssignals an das Filter ist und V »» der Wert der Ausgangsspannung ist, bei der die künstliche Beleuchtungseinrichtung eingeschaltet werden soll, und daß die Ausgangsspannung des Filters mit einer Bezugsspannung verglichen wird und die künstliche Beleuchtungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Wert der Ausgangsspannung, bezogen auf die Bezugsspannung, ein- oder ausgeschaltet wird.