DE3404085C2 - Abschalteinrichtung zum Abschalten überschüssiger Lichtquellen in Innenräumen mit dynamischer Zeitverzögerung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abschalteinrichtung bzw. auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 7 genannten Art zum Abschalten überschüssiger Lichtquellen in Innenräumen, die sowohl natürliche als auch künstliche Lichtquellen aufweisen.

Es ist gut bekannt, daß in Bereichen, die sowohl durch natürliche als auch künstliche Lichtquellen beleuchtet werden, die Leistung der künstlichen Lichtquellen verringert werden kann, 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 Eigenschaft 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 Innenbeleuchtungslampen 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.

Aus der US-PS 42 81 365 ist eine Abschalteinrichtung bekannt, die für Innenräume verwendbar ist. Hierbei wird ein Vergleicher verwendet, die Eingangssignale von photoelektrischen Lichtmeßfühlern und von einer Bezugsspannungsschaltung 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 Ausgangspegel von einem niedrigen Zustand zu einem hohen Zustand übergeht. Das Ausgangssignal des Vergleichers betätigt eine Zeitsteuereinrichtung, die die Betätigung einer die Innenbeleuchtung steuernden Leistungssteuereinrichtung verzögert und damit 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.

Aus der Literaturstelle HASEMANN, F., Dr.: "Auf Tageslicht ist kein Verzicht", ein Lichtberatung, April 1982, S. 36-41 ist eine ähnliche Abschalteinrichtung bekannt, bei der ein Regler verwendet wird, der Eingangssignale von Lichtmeßfühlern und von Sollwertgebern empfängt. Ein durch kurzzeitige Beleuchtungsstärkeänderungen hervorgerufenes Schalten wird durch eine Schaltverzögerung verhindert, und es ist eine Hystereseschaltung vorgesehen, die ein Schalten bei geringfügigen Beleuchtungsstärkeänderungen verhindert.

Bei allen diesen bekannten Einrichtungen 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 festzulegen. 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 Ergebns 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.

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

Diese Aufgabe wird durch eine Abschalteinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. durch ein Steuerungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 6 gelöst.

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

Dabei 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.

Dabei kann eine Anzeigeschaltung vorgesehen sein, die dem Benutzer anzeigt, wenn ein geeigneter Einstellpegel an der einzigen Einstelleinrichtung, wie beispielsweise einem Potentiometer, erreicht wurde.

Bei der Anwendung der Abschalteinrichtung wird der Lichtmeßfühler vorzugsweise in einer vorgegegebenen 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 42 36 101 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 Blendenschutzes), 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 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 eine adaptive Filterschaltung zwischen dem Ausgang des Lichtmeßfühlers und dem Eingang des Vergleichers aufweist,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der Abschalteinrichtung, die eine Einstellanzeigeeinrichtung verwendet, die anzeigt, wenn das einzig nötige Einstellglied den gewünschten Einstellwert nach dem Einbau der Abschalteinrichtung erreicht hat, wobei die Einstellanzeigeeinrichtung den Ausgangspegel des Lichtpegelmeßfühlers bezogen auf eine zweite Bezugsspannung anzeigt.

Fig. 5 ein ausführliches Schaltbild der Ausführungsform gemäß Fig. 4.

In Fig. 1 ist eine einfache 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 Photowiderstand-Meßfühler 11 und der Relaiswicklung 12 eines üblichen elektromechanischen Relais 13 geschaltet. Das Relais 13 könnte beispielsweise Ruhekontakte 14 aufweisen. Die Ruhekontakte 14 sind dann in Serie mit einer elektrischen Leistungsschaltung 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 14, 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. Weiterhin müssen Einrichtungen vorgesehen sein, die in 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 Einstellverfahen 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 42 81 365 beschrieben ist. Die Abschalteinrichtung nach Fig. 2 verwendet einen üblichen Lichtmeßfühler 20, der mit einem Eingang eines Komparators 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 anderen 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 Komparators 21 verbunden.

Der Ausgangsanschluß 22 des Komparators 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 20 einwirkt. Wenn daher der Ausgang des Vergleichers 21 seinen Zustand für eine Zeit 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 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/m² beleuchtet werden muß. Die Steuerung muß dann so eingeschaltet werden, daß die Lichter eingeschaltet werden, wenn der Tageslichtpegel unter den Pegel von 20 lm/m² 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 400 lm/m² ab und schalten bei den gewünschten 20 lm/m² 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/m² im Außenbereich überschreiten können, wird ein oberer Schaltpegel von 400 lm/m² selbst an bedeckten Tagen leicht überschritten, wenn das Maximum nur ungefähr 10.000 lm/m² betragen kann, so daß die Betriebsweise des Systems vollständig befriedigend ist.

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/m². 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 Beleuchtungsstärke von ungefähr 2000 lm/m² in einem Innenbereich bedeuten, wenn das Tageslicht seinen maximalen Wert aufweist. Eine aufgebrochene Wolkendecke bewirkt jedoch, daß sich dieser Pegel sehr schnell, beispielsweise von 2000 lm/m² auf 200 lm/m², 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/m² 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 1050 lm/m² abgeschaltet und bei 700 lm/m² wieder eingeschaltet, so daß erheblich Energie eingespart werden kann. Bei dem System dauernd ein- und ausschaltet, weil das künstliche Licht eine Verringerung auf 200 lm/m² hervorruft, was niedriger als das Minimum von 700 lm/m² ist, und der Beleuchtungspegel dann bei künstlicher Beleuchtung bis zu 2000 lm/m² beträgt, was oberhalb des Schaltpunktes von 1050 lm/m² 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/m²-Pegel, führt.

Es ist also 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/m² für mehr als 10 Sekunden ein Einschalten der Innenbeleuchtung bewirken, während irgendeine Abweichung über den Pegel von 1050 lm/m² 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/m² und 2000 lm/m² 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 700 lm/m² 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 dem 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 lm/m² 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/m² fallen würde, so könnte das Kunstlicht eingeschaltet werden, obwohl es für eine normale Person nahezu unmöglich ist, zwischen 700 und 650 lm/m² 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 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 normalen Benutzer nicht zur Verfügung 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 liefernder Lichtpegelmeßfühler 30 gezeigt, der von üblichem Aufbau sein kann, wie er beispielsweise in der US-PS 42 36 101 beschrieben ist, oder es kann irgendeine andere bekannte Beleuchtungssteuer-Lichtmeßfühleranordnung verwendet werden. Der Lichtpegelmeßfühler 30 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 31 über eine sog. adaptive Filterschaltung 32 verbunden, die die Aufgabe der Einführung automatisch eingestellter Zeitverzögerungen in die Schaltung gefüllt, wie dies weiter unten beschrieben wird. Der Ausgang des Komparators 31 ist mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Komparators über einen eine feste Hysterese ergebenden Widerstand 33 verbunden. Eine feste Bezugsspannungsschaltung 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 Relaiswicklung 36 des Relais 37 verbunden, das normalerweise offene Leistungsschaltkontakte 38 aufweist, die mit dem Leistungsschaltkreis zur Steuerung der künstlichen Innenbeleuchtung verbunden sind.

Die Schaltung nach Fig. 3 vermeidet die vorstehend beschriebenen Probleme der bekannen Schaltungen gemäß den Fig. 1 und 2. Die Verbesserung wird dadurch erzielt, daß der Ausgang des Lichtregelmeßfühlers 30 über die adaptive Filterschaltung 32 geleitet wird, bevor er dem Eingang des Komparators 31 zugeführt wird. Das Filter 32 erzeugt Zeitverzögerungen bei der Zuführung des Ausgangssignals des Lichtpegelmeßfühlers 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 Lichtpegelmeßfühler 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 Werte festzulegen und lediglich eine einzige Einstellung für den Benutzer vorzusehen, die dieser durchführen muß, nachdem das System installiert wurde. Weiterhin wird es möglich, eine Einstellanzeigeeinrichtung 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 Lichtpegelmeßfühler 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 Lichtpegelmeßfühlers 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 Ausführungssform der Schaltung gemäß Fig. 3 ist wie folgt: Der Lichtpegelmeßfühler 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 V₁ zu einer Spannung V₂ 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 Komparators seinen Zustand ändert, wenn das Eingangssignal über einen relativ hohen Spannungspegel ansteigt (im folgenden als V_off bezeichnet) oder unter einen relativ niedrigen Pegel abfällt (im folgenden mit V_on bezeichnet). Diese Eigenschaft ergibt zusammen mit der des adaptiven Filters 32 die erforderliche Zeitverzögerungsfunktion in folgender Weise:

Es sei angenommen, daß das Ausgangssignal des Meßpegelfühlers 30 irgendeinen konstanten Pegel V₁ aufweist, der unter V_on 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 V₁ und die künstliche Beleuchtung befindet sich im eingeschalteten Zustand. Wenn das Ausgangssignal des Meßfühlers nunmehr plötzlich auf einen Wert V₂ ansteigt, der oberhalb von V_off liegt, so kann sich nichts ändern, bevor nicht der Eingang des Komparators über V_off ansteigt. Wenn die vorstehende Gleichung, die das Filteransprechverhalten des Filters 32 beschreibt, für den Wert von t derart gelöst wird, daß V(t)=V_off ist, so ist die Verzögerungszeit T_D zwischen der Änderung des Meßfühler-Ausgangssignals und der Änderung des Komparator-Ausgangssignals gleich:

t_D=T · ln[(V₁-V₂)/(V_off-V₂)]

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_D keine feste Zeitverzögerung ist, wie dies bei den bekannten Schaltungen der Fall ist, sondern daß sich die Verzögerung t_D mit den Anfangs- und Endwerten des Beleuchtungspegels sowie mit der momentanen Komparator-Spannung und der Filterzeitkonstanten ändert. Wenn die Anfangsspannung sehr nahe an V_off 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_off, jedoch unter diesem Wert, und ein Endwert weit oberhalb von V_off, 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 Verfügung steht.

Wenn umgekehrt der Anfangswert weit unter V_off liegt und/oder der Endwert lediglich geringfügig über V_off 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_off 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_on fällt, muß der Pegel für eine sehr lange Zeit auf diesem Wert bleiben, bevor die künstliche Beleuchtung tatsächlich wieder eingeschaltet wird. Dies stellt keine 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_on liegt, zu einer kurzen Zeitverzögerung, so daß die Benutzer des überwachten Bereiches einer längeren Periode mit stark unzureichenden Beleuchtungspegeln nicht ausgesetzt sind.

Im allgemeinen 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 eine für die Zeitverzögerung. In der tatsächlichen Praxis wurden jedoch Abschalteinrichtungen mit bis zu drei oder vier Einstelleinrichtungen verwendet, wie dies beispielsweise in der US-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 4 236 101 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 Lichtpegelmeßfühler 30 und dem Filter 32 und zeigt weiterhin ein Schaltnetzwerk 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 bei der Anzeigeeinrichtung festgelegt, 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 51 zugeführt und der Ausgang des Komparators 50 betätigt ein geeignetes Anzeigeelement bzw. Einstellanzeigeeinrichtung 52, die 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 40 wird dann so lange verstellt, 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. 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 entlädt.

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 Filterschaltung 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 Welligkeit 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 gemeinsamen 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.

Die Lichtmeßkopf-Ausgangsspannung zwischen den Anschlüssen 63 und 64 wird einer Einstellschaltung 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 üblicher Rückführungswiderstand 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 Sperrichtung 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 z. B. 1500 µF aufweist, der Kondensator 113 lediglich ein Bauteil mit einer Kapazität von 2,2 µF 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.

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 Kommparators 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 140, einem Arbeitskontakt 141 und einer Schutzdiode 142. Dieses Relais kann als Reed-Relais ausgebildet 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.

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 Filterschaltungg 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.

Claims (6)

1. Abschalteinrichtung zum Abschalten überschüssiger Lichtquellen in Innenräumen, die sowohl natürliche als auch künstliche Lichtquellen aufweisen, wobei ein Lichtmeßfühler vorgesehen ist, der ein Ausgangssignal erzeugt, das auf den auf ihn auftreffenden Lichtpegel bezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine adaptive Filterschaltung (32) vorgesehen ist, die einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei der Eingang mit dem Ausgang des Lichtpegelmeßfühlers (30) verbunden ist und die Filterschaltung (32) eine Ausgangsspannung V(t) erzeugt, die sich als Funktion der Zeit (t) derart ändert, daß wenn sich die Spannung am Eingang der Filterschaltung (32) von einer Spannung (V₁) auf eine Spannung (V₂) ändert, die Ausgangsspannung als Funktion der Zeit durch die Gleichung V(t)=V₂+(V₁-V₂) e^-t/Tbeschrieben ist, worin T die charakteristische Zeitkonstante der Filterschaltung ist,
daß eine Komparatorschaltung (31) mit einem ersten Eingang an den Ausgang der Filterschaltung (32) angeschaltet ist und einen zweiten Eingang aufweist, mit dem eine eine feste Bezugsspannung liefernde Bezugsspannungsschaltung (34, 35) verbunden ist,
daß die Komparatorschaltung (31) einen Ausgang aufweist, der von einem ersten auf einen zweiten Pegel umschaltet, wenn die Spannung an dem ersten Eingang einen ersten vorgegebenen Wert gegenüber der festen Bezugsspannung am zweiten Eingang erreicht,
daß Relaisschalteinrichtungen (37) zur Steuerung der künstlichen Beleuchtung entsprechend dem zur Verfügung 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, und
daß Hysterese-Schaltungseinrichtungen (33) mit der Komparatorschaltung (31) und mit der Bezugsspannungsschaltung (34, 35) verbunden sind, um die feste Bezugsspannung zwischen ersten und zweiten Werten in Abhängigkeit davon umzuschalten, ob der Ausgang der Komparatorschaltung (31) einen ersten bzw. zweiten Pegel aufweist.

2. Abschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige vom Benutzer betätigbare Einstelleinrichtung (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.

3. Abschalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, 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, eine zweite feste Bezugsspannung liefernde Bezugsspannungsschaltung (51) und eine Einstellanzeigeeinrichtung (52) vorgesehen sind, daß die einzige Einstelleinrichtung (40) und die zweite 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.

4. Abschalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschaltung eine RC-Schaltung ist.

5. Abschalteinrichtung nach Anspruch 4, 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.

6. Verfahren zur Steuerung einer Innenraum-Beleuchtungseinrichtung in einem überwachten Bereich in Abhängigkeit von dem Pegel des zur Verfügung stehenden natürlichen Lichts, wobei mindestens eine Komponente 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 elektrischen Ausgangssignals an eine Filtereinrichtung einschließt, die ein Ausgangssignal aufweist, das sich exponentiell von einem vorhergehenden festen Pegel auf einen neuen Pegel in einer Zeit (T_D) ändert, die von einem Anfangswert (V₁) und einem zweiten Wert (V₂) des ersten elektrischen Ausgangssignals abhängt, wobei ist, worin T die Zeitkonstante der Verzögerungsschaltung, und V_off der Wert der Ausgangsspannung ist, bei der die Innenraum- Beleuchtungseinrichtung eingeschaltet werden soll, und daß die Ausgangsspannung des Filterss mit einer Bezugsspannung verglichen wird und die Innenraum-Beleuchtungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Wert der Ausgangsspannung, bezogen auf die Bezugsspannung, ein- oder ausgeschaltet wird.