DE4128339A1 - Installationsanordnung fuer die leistungssteuerung von verbrauchern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Installationsanordnung für die Leistungssteuerung von Verbrauchern, insbesondere als Dimmer für die Helligkeitssteuerung von Lichtquellen, mit einer Phasen-Anschnittsteuerung mit einem im Hauptstromkreis liegenden Last-Schaltglied und mit einer an Netzspannung zu legenden Steuerschaltung, die ihre AUS- und EIN-Signale und ihre den Phasenwinkel bestimmenden Signale über mindestens ein Betätigungsglied und einen Steuereingang erhält, wobei die Dauer der Betätigung den Phasenwinkel bestimmt.

Derartige Installationsanordnungen sind bekannt; sie werden als kompakte Einheiten mit in etwa zylindrischem Umriß in Unterputzdosen eingebaut und durch Drucktasten, Sensorelek­ troden etc. gesteuert, wobei die Sensorelektroden durch eine Reihenschaltung zweier hochohmiger Widerstände vom Steuerein­ gang getrennt sind, der sich auf Netzspannungspotential be­ findet. Bei der klassischen Form mit Drehpotentiometer wird der Phasenwinkel unmittelbar vorgegeben.

Derartige Leistungssteller lassen sich jedoch nicht in In­ stallationssystemen verwenden, bei denen als Last-Schaltglied ein Relais verwendet wird, das durch sogenannte Klingeldrähte mit einer Niederspannung von 12 V angesteuert wird und den Verbraucher mit der die Netzspannung führenden Leitung ver­ bindet. Diese Klingelleitungen werden natürlich nur mit den für derartige Kleinspannungen üblichen Sicherheitsvorschriften verlegt, und auch das Betätigungsglied ist ein einfacher Niederspannungstaster. Es verbietet sich, derartige Systeme mit den üblichen Dimmer-Schaltern zu bestücken, weil alsdann der Niederspannungs-Steuerkreis an Netzspannung gelegt würde, für den er nicht ausgelegt ist.

Das zuletzt beschriebene Installationssystem ist insbesondere in den neuen Bundesländern sehr stark vertreten. Das Installa­ tionssystem ist derart gestaltet, daß in der Wohnung eine Aufputz-Verteilung angeordnet ist, zu der Montageschienen mit hutförmigem Querschnitt gehören. Auf diesen Montageschienen ist üblicherweise für jeden Verbraucher ein sogenanntes Strom­ stoßrelais angeordnet, das an einen Steuerkreis mit einem Drucktaster und einer Steuerspannung von 12 V angeschlossen ist. Lediglich die Verbraucherkreise sind ab den Relais für die übliche Netzspannung von 220 V geeignet.

Da die Raumwände keine Unterputz-Schalterdosen aufweisen, die einen normalen Dimmer-Schalter aufnehmen könnten, und bei einer Dicke von teilweise von nur 8 cm auch nicht mit Unter­ putz-Schalterdosen versehen werden können, war bisher in der­ artigen Installationssystemen der Einsatz von Dimmer-Schaltern handelsüblicher Bauart nicht möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Installa­ tionsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, die sich problemlos in Installationssysteme der vorstehend beschriebenen Art mit Niederspannungs-Steuerkreisen integrie­ ren läßt, ohne zu einem Sicherheitsrisiko zu führen. Insbe­ sondere sollen dabei die gleichen Niederspannungs-Steuerkreise und Betätigungsglieder verwendet werden können, die bereits bauseitig vorhanden sind.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs angegebenen Installationsanordnung erfindungsgemaß dadurch, daß

• a) der Steuereingang Teil eines Niederspannungs-Steuer­ kreises ist, in dem das Betätigungsglied und das Geber­ element einer spannungsisolierenden Übertragungseinheit angeordnet sind, und daß
• b) die Übertragungseinheit einen im Netzspannungs-Steuerkreis der Steuerschaltung der Phasen-Anschnittsteuerung ange­ ordnetes Empfängerelement enthält.

Als "spannungsisolierende Übertragungseinheit" kann dabei ein Opto-Koppler oder ein Trenn-Transformator dienen, der den Niederspannungs-Steuerkreis zuverlässig von der Netzspannung trennt. In diesem Falle ist das Geberelement die Primärwick­ lung des Trenntransformators und das Empfängerelement die Se­ kundärwicklung des Trenntransformators.

Wenn - in besonders vorteilhafter Weise - die Übertragungsein­ heit ein Opto-Koppler ist, besteht das Geberelement aus einer Leuchtdiode und das Empfängerelement aus einem Fotoempfänger.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn das Last-Schaltglied, dessen Steuerschaltung und die Übertragungseinheit in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, das auf der einen Seite Klemmen für den Netzspannungseingang und den Verbraucher­ ausgang besitzt und auf der anderen Seite Klemmen für den An­ schluß von Niederspannungs-Steuerleitungen.

Ein solches Gerät kann dabei einen der üblichen Relais- Schalter ersetzen, so daß ohne zusätzliche Maßnahmen der zugehörige und bereits angeschlossene Verbraucher mit variabler Leistung versorgt werden kann. Durch Kurzzeitbe­ tätigung des Betätigungsglieds kann der Verbraucher ein- und ausgeschaltet werden; durch längere Betätigung läßt sich in Verbindung mit einem entsprechenden Zeitglied der Phasenwinkel und damit die dem Verbraucher zugeführte Leistung verändern, ein Vorgang, der bei der Verwendung von Lichtquellen als Verbraucher als "Dimmen" bezeichnet wird.

Der Austausch eines üblichen Relais durch den erfindungsge­ mäßen Leistungssteller mit Unterbringung aller wesentlichen Elemente in einem einzigen Gehäuse, ist besonders dann leicht möglich, wenn das betreffende Gehäuse die gleichen Abmessungen besitzt wie das Gehäuse des bekannten Relais, das quaderförmig ausgebildet ist und eine Länge von 75 mm, eine Breite von 35 mm und eine Tiefe (zur Montageschiene hin) von 30 mm auf­ weist.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn im Netzspannungs- Steuerkreis der Steuerschaltung in Reihe mit dem Fotoem­ pfänger des Opto-Kopplers ein Ladekondensator angeordnet ist. Dieser Ladekondensator hat die Wirkung, daß der durch den Foto­ empfänger bedingte Halbwellenbetrieb in einen Vollwellenbe­ trieb umgewandelt wird.

Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Gehäuse mit Durch­ brechungen für die Ausbildung einer Kühlluftströmung inner­ halb des Gehäuses versehen ist und/oder, wenn das Gehäuse auf mindestens einer zur Gehäuselängsachse parallelen Seitenwand mindestens einen Abstandshalter für ein jeweils benachbartes, auf der gleichen Montageschiene angebrachtes Gehäuse auf­ weist. Durch diese Maßnahmen wird eine gute Innen- und/oder Außenbelüftung des Gehäuses sichergestellt, eine Maßnahme, die im Hinblick auf die Wärmeentwicklung des Last-Schalt­ gliedes und einer notwendigerweise im Gehäuse untergebrachten Funkentstördrossel von enormer Bedeutung ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstan­ des ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nach­ folgend anhand der Fig. 1 bis 6 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Installationsanordnung, bei der eines von vier Relais durch einen erfindungsgemäßen Leistungs­ steller ersetzt worden ist,

Fig. 2 die wesentlichen Elemente der Schaltungsanordnung eines solchen Leistungsstellers,

Fig. 3 die Vorderansicht eines Gehäuses des Leistungs­ stellers,

Fig. 4 eine Draufsicht von oben auf den Gegenstand von Fig. 3,

Fig. 5 ein Detail im Bereich der Verbindung der Klemme für den Netzspannungseingang mit der Platine, und

Fig. 6 eine Variante der Schaltungsanordnung nach Fig. 2.

Bei der Installationsanordnung nach Fig. 1 sind auf einer Montageschiene 1 mit hutförmigem Querschnitt drei Relais R und ein Leistungssteller LS in paralleler Ausrichtung zuein­ ander angeordnet. Beiderseits des Leistungsstellers LS befinden sich Luftspalte 2, auf die im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4 noch näher eingegangen,wird.

Sowohl die Relais als auch der Leistungssteller LS besitzen Klemmen KNE für den Netzspannungseingang über die spannungs­ führende Leitung 3 und Klemmen KVA für den Verbraucherausgang zu den einzelnen Verbrauchern 4, die im vorliegenden Fall als Glühlampen dargestellt sind.

Auf der gegenüberliegenden Seite besitzen die Gehäuse sowohl der Relais R als auch des Leistungsstellers LS Klemmen KS₁ und KS₂ für den Anschluß von Niederspannungs-Steuerleitungen 5 und 6. Diese Leitungen sind mit einem Transformator 7 verbunden und bilden zusammen mit Betätigungsgliedern 8 eine Reihe von einzelnen Niederspannungs-Steuerkreisen 9.

In Fig. 2 sind gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die gesamte Schaltungsanordnung ist auf einer hier nicht näher hervorgehobenen Platine angeord­ net, die ihrerseits in einem Gehäuse 10 untergebracht ist, das nur schematisch dargestellt ist.

Innerhalb der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 wird ein Haupt­ stromkreis 11 gebildet, in dem ein Last-Schaltglied 12 ange­ ordnet ist, das im vorliegenden Fall als Triac ausgebildet ist und je nach dem eingestellten Phasenwinkel eine mehr oder weniger große Leistung an den Verbraucher 4 abgibt. Weiterhin ist eine Steuerschaltung 13 vorhanden, die zusammen mit dem Last-Schaltglied 12 eine Phasen-Anschnittsteuerung bildet. Die Steuerschaltung 13 ist ein sogenannter Dimmer-IC, der von der Firma Siemens unter der Typenbezeichnung SLB 586 vertrie­ ben wird.

Die nachstehende Bezifferung bezieht sich ausschließlich auf die Klemmenbestückung der Steuerschaltung 13: Ein an der Klemme 6 stehendes Spannungssignal verändert die Funktion des Last-Schaltgliedes 12. Liegt die Impulsdauer unter 50 ms, so erfolgt keine Beeinflussung des Last-Schaltgliedes. Liegt die Betätigungsdauer zwischen 50 und 400 ms, so erfolgt entweder eine Schalthandlung "EIN", oder eine Schalthandlung "AUS". Steht die Spannung länger als 400 ms an, so erfolgt eine kontinuierliche Verstellung des Phasenwinkels und damit eine kontinuierliche Veränderung der vom Leistungssteller LS abgegebenen Leistung. Die Verbraucherleistung liegt üblicher­ weise zwischen 60 und 600 W. Der Verbraucherwiderstand sollte bei Vollastbetrieb einer Leistung von mindestens 60 W ent­ sprechen, um ein Schwingen des Leistungsstellers zu unterdrücken.

An der Klemme 8 wird ein kurzzeitiger Impuls erzeugt, dessen relative Lage zu einem Nullspannungsdurchgang den Phasen­ winkel definiert. Die Klemme 8 ist über eine Leitung 14 mit dem Last-Schaltglied 12 verbunden. Die Klemme 4 erhält ein Synchronisationssignal über eine Leitung 15 (Ende der Bezifferung der Steuerschaltung 13). Im Hauptstromkreis 11 liegt noch eine Funkentstördrossel 16 bekannter Bauart.

Innerhalb der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 läßt sich ein Netzspannungssteuerkreis 17 für die Steuerschaltung 13 ab­ grenzen. Dieser Netzspannungssteuerkreis 17 ist über eine spannungsisolierende Übertragungseinheit 18 mit einem Steuer­ eingang 19 verbunden, der Teil des Niederspannungs-Steuer­ kreises 9 ist. Zu diesem gehört bekanntlich das Betätigungs­ glied 8.

Zur Übertragungseinheit 18 gehört ein Geberelement 20, das im vorliegenden Falle als Leuchtdiode ausgebildet ist, und ein Empfängerelement 21, das im vorliegenden Falle ein Foto­ empfänger ist. Eine zum Geberelement 20 antiparallel ge­ schaltete Diode 22 sperrt das Geberelement 20 gegenüber der zweiten Halbwelle.

Im Netzspannungs-Steuerkreis 17 ist in Reihenschaltung mit dem Empfängerelement 21 (Fotoempfänger) der Übertragungsein­ heit 18 (Opto-Koppler) ein Ladekondensator 23 angeordnet, der die Ausnutzung der zweiten Halbwelle im Netzspannungssteuer­ kreis 17 ermöglicht.

Wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, ist das Gehäuse außen im wesentlichen quaderförmig ausgebildet und besitzt eine längste Gehäuseachse A-A. Das Gehäuse 10 ist zweiteilig ausgebildet und besitzt ein Vorderteil 10a mit zwei Seiten­ wänden 10b und 10c sowie zwei kleineren Gehäusewänden 10d und 10e, die von der Gehäuseachse A-A durchdrungen werden. Weiterhin besitzt das Gehäuse 10 ein Hinterteil 10f, auf dessen Rückseite 10g Haltemittel 24 für die Befestigung auf der Montageschiene 1 angeordnet sind. Die Haltemittel 24 bestehen aus einer bekannten profilierten Blechlasche mit einer Zunge 24a, die nach oben über die Gehäusewand 10d übersteht (Fig. 3). Durch diese Haltemittel 24 erfolgt die Befestigung des Gehäuses 10 auf der Montageschiene 1 in der Weise, daß die längste Gehäuseachse A-A im rechten Winkel zur Längsachse S-S der Montageschiene 1 verläuft. Wie insbesondere aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, sind die Klemmen KNE und KVA für den Netzspannungseingang und den Verbraucherausgang an der unteren Gehäusewand 10e angeordnet und die Klemmen KS₁ und KS₂ für die Niederspannungs-Steuerleitungen 5 und 6 an der oberen Gehäusewand 10d.

Das Gehäuse besitzt in den von der längsten Gehäuseachse A-A durchdrungenen kleinsten Gehäusewänden 10d und 10e Durch­ brechungen 25, die am Grund von Nuten zwischen rippenförmigen Gehäusevorsprüngen 26 angeordnet sind. Dadurch wird eine Durch­ lüftung des Gehäuses 10 ermöglicht; zusätzlich wirken die rippenförmigen Gehäusevorsprünge 26 als Kühlrippen.

Weiterhin besitzt das Gehäuse 10 auf beiden zur Gehäuselängs­ achse A-A parallelen Seitenwänden 10b und 10c Abstandshalter 27 in Form von über die gesamte Gehäuselänge durchgehenden leistenförmigen Vorsprüngen, die die Einhaltung eines Luft­ spaltes gegenüber einem jeweils benachbarten, auf der gleichen Montageschiene 1 angebrachten Gehäuse erzwingen. Da­ durch werden die in Fig. 1 gezeigten Luftspalte 2 gebildet. Auch diese Maßnahme trägt fühlbar zu einer Oberflächenkühlung des Gehäuses 10 bei.

Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, befindet sich in der Frontseite 10h des Gehäuses 10 eine von vorn zugängliche Ausnehmung 28 mit hier nicht besonders dargestellten Kontakten für die auswechselbare Unterbringung einer Schmelzsicherung 29. In dieser Ausnehmung 28 befindet sich zusätzlich ein Zugglied 30 für das Herausziehen der Schmelzsicherung 29 mittels einer an dem Zugglied 30 angebrachten Lasche 30a. Das Zugglied 30 besitzt eine gegenüber dem Gehäuse 10 deutlich erkennbare Kontrastfarbe, beispielsweise rot.

In Fig. 5 sind die bereits weiter oben beschriebene Platine 31 und die Klemme KNE für den Netzspannungseingang darge­ stellt. Die in der Gewindebohrung 32 zu findende Klemmschraube ist der Einfachheit halber weggelassen. Um bei übermäßigen Betätigungskräften dieser Klemmschraube eine Beschädigung der Platine 31 zu vermeiden, ist die Klemme KNE mit der Platine über ein verformbares Leiterteil 33 verbunden, das beispiels­ weise aus einem dünnen Blechstreifen besteht.

Fig. 6 zeigt eine Variante der Schaltungsanordnung nach Fig. 2. Auch in diesem Fall ist der Steuereingang 19 Teil des Niederspannungs-Steuerkreises 9, in dem ein Betätigungs­ glied 8 angeordnet ist. In diesem Falle erfolgt die Über­ tragung der Schaltsignale durch eine Übertragungseinheit 18a, die aus einem Trenntransformator besteht. Die Primärwicklung dieses Trenntransformators bildet dabei das Geberelement 20a, während die Sekundärwicklung das Empfängerelement 21a des Trenntransformators bildet. Dieses Empfängerelement 21a liegt gleichfalls im Netzspannungs-Steuerkreis 17. Die Sekundärspannung der Übertragungseinheit 18a wirkt auf einen üblichen Halbleiterschalter 34 ein. Die übrigen Teile der Anordnung nach Fig. 6 entsprechen denen der Fig. 2.

Claims (13)

1. Installationsanordnung für die Leistungssteuerung von Verbrauchern (4), insbesondere als Dimmer für die Hel­ ligkeitssteuerung von Lichtquellen, mit einer Phasen- Anschnittssteuerung mit einem im Hauptstromkreis (11) liegenden Last-Schaltglied (12) und mit einer an Netz­ spannung zu legenden Steuerschaltung (13), die ihre AUS- und EIN-Signale und ihre den Phasenwinkel bestimmenden Signale über mindestens ein Betätigungsglied (8) und einen Steuereingang (19) erhält, wobei die Dauer der Be­ tätigung den Phasenwinkel bestimmt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• a) der Steuereingang (19) Teil eines Niederspannungs- Steuerkreises (9) ist, in dem das Betätigungsglied (8) und das Geberelement (20, 20a) einer spannungs­ isolierenden Übertragungseinheit (18, 18a) angeord­ net sind, und daß
• b) die Übertragungseinheit (18, 18a) einen im Netz­ spannungs-Steuerkreis (17) der Steuerschaltung (13) der Phasen-Anschnittsteuerung angeordnetes Empfänger­ element (21, 21a) enthält.

2. Installationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Übertragungseinheit (18) ein Opto- Koppler ist, das Geberelement (20) eine Leuchtdiode und daß Empfängerelement (21) ein Fotoempfänger.

3. Installationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Last-Schaltglied (12), dessen Steuer­ schaltung (13) und die Übertragungseinheit (18, 18a) in einem gemeinsamen Gehäuse (10) untergebracht sind, das auf der einen Seite Klemmen (KNE und KVA) für den Netz­ spannungseingang und den Verbraucherausgang besitzt und auf der anderen Seite Klemmen (KS₁ und KS₂) für den An­ schluß von Niederspannungs-Steuerleitungen (5, 6).

4. Installationsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das gemeinsame Gehäuse (10) außen im wesent­ lichen quaderförmig ausgebildet ist, auf seiner Rück­ seite (10g) Haltemittel (24) für die Befestigung auf einer Montageschiene (1) aufweist, derart, daß die längste Gehäuseachse (A-A) im rechten Winkel zur Längs­ achse (S-S) der Montageschiene (1) verläuft, und daß die Klemmen (KNE, KVA) für den Netzspannungseingang und den Verbraucherausgang an der einen von der längsten Gehäuse­ achse durchdrungenen Gehäusewand (10e) und die Klemmen (KS₁, KS₂) für die Niederspannungs-Steuerleitungen an der gegenüberliegenden Gehäusewand (10d) angeordnet sind.

5. Installationsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Gehäuse (10) eine Platine (31) für die Leitungsführung und für die Halterung der Schalt- und Steuerelemente angeordnet ist, und daß mindestens die Klemme (KNE) für den Netzspannungseingang über ein verformbares Leiterteil (33) mit der Platine verbunden ist.

6. Installationsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Netzspannungs-Steuerkreis (17) der Steuerschaltung (13) in Reihe mit dem Fotoempfänger des Opto-Kopplers ein Ladekondensator (23) angeordnet ist.

7. Installationsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (10) in den von der längsten Gehäuseachse (A-A) durchdrungenen kleinsten Gehäusewän­ den (10d, 10e) Durchbrechungen (25) für die Ausbildung einer Kühlluftströmung innerhalb des Gehäuses aufweist.

8. Installationsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Durchbrechungen (25) am Grund von Nuten zwischen rippenförmigen Gehäusevorsprüngen (26) angeordnet sind.

9. Installationsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (10) auf mindestens einer zur Gehäuselängsachse (A-A) parallelen Seitenwand (10b, 10c) mindestens einen Abstandshalter (27) für ein jeweils be­ nachbartes, auf der gleichen Montageschiene (1) ange­ brachtes Gehäuse aufweist.

10. Installationsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das quaderförmige Gehäuse (10) eine Länge von 60 bis 80 mm, eine Breite von 30 bis 40 mm und eine Tiefe (zur Montageschiene hin) von 25 bis 35 mm auf­ weist.

11. Installationsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Frontseite (10h) des Gehäuses (10) eine von vorn zugängliche Ausnehmung (28) mit Kontakten für die auswechselbare Unterbringung einer Schmelz­ sicherung (29) angeordnet ist.

12. Installationsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Ausnehmung (28) ein Zugglied (30) für das Herausziehen der Schmelzsicherung (29) angeord­ net ist.

13. Installationsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Zugglied (30) gegenüber dem Gehäuse (10) eine Kontrastfarbe aufweist.