DE4128339C2 - Leistungssteller für die Leistungssteuerung von Verbrauchern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungssteller für die Leistungs­ steuerung von Verbrauchern, insbesondere Dimmer für die Hellig­ keitssteuerung von Lichtquellen, mit

• a) einer Phasen-Anschnittsteuerung mit einem für Netzspan­ nung ausgelegten Last-Schaltglied und mit einer Steuer­ schaltung hierfür, die ihre AUS- und EIN-Signale und ihre den Phasenwinkel bestimmenden Signale über einen Steuer­ eingang erhält, und mit
• b) einem Opto-Koppler, dessen als Leuchtdiode ausgebildetes Geberelement in dem für Kleinspannung ausgelegten Steuer­ eingang liegt, und dessen als Fotoempfänger ausgebildetes Empfängerelement im Netzspannungs-Steuerkreis der Steuer­ schaltung liegt.

Phasen-Anschnittssteuerungen nach Merkmal a) sind für reinen Netzspannungsbetrieb bekannt; sie werden als kompakte Einhei­ ten mit in etwa zylindrischem Umriß in Unterputzdosen einge­ baut und durch Drucktasten, Sensorelektroden etc. gesteuert, wobei die Sensorelektroden durch eine Reihenschaltung zweier hochohmiger Widerstände vom Steuereingang getrennt sind, der sich auf Netzspannungspotential befindet. 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 Sicherheitsvorschrif­ ten 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 Instal­ lationssystem 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 Stromstoßrelais angeordnet, das an einen Steuerkreis mit einem Drucktaster und einer Steuerspannung von 12 V ange­ schlossen 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 ei­ ner 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-Schal­ tern handelsüblicher Bauart nicht möglich.

Durch den Aufsatz "PC-Sensordimmer" in der Zeitschrift "Elektor", Heft 9/1988, Seite 64 ist auch ein Schaltprinzip für einen Leistungssteller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei dem das spannungsisolierende Übertragungs­ element als Opto-Koppler ausgeführt ist und für den Anschluß an einen Rechner dient. Eine Konstruktionsanweisung für ein einbaufertiges Installationsgerät ist dort jedoch nicht an­ gegeben.

Die galvanische Trennung von Niederspannungssteuerkreisen und Netzspannungsschaltkreisen mit Triacs und Thyristoren durch Opto-Koppler ist auch von H. Christ in ELEKTRONIK 1977, Heft 12, Seiten 37 bis 40, beschrieben, ohne daß die bauliche Aus­ führung eines Geräts angegeben ist.

Auch im nicht vorveröffentlichten Stand der Technik nach der DE-OS 41 26 588 sind außer Schaltungsanordnungen mit galvani­ schen Trennungen von Stromkreisen durch Opto-Koppler keine Anweisung für die bauliche Ausführung zu finden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lei­ stungssteller der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, der sich problemlos in vorhandene Installationssysteme der vorstehend beschriebenen Art mit Niederspannungs-Steuerkrei­ sen integrieren läßt und der langzeitig auch bei Vollast be­ trieben werden kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Leistungssteller erfindungsgemäß dadurch, daß der Opto-Koppler, das Last-Schaltglied, dessen Steuerschaltung und deren Leitungsführung auf einer Platine in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, das

• c) außen im wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist, wo­ bei die Klemmen für den Netzspannungseingang und den Verbraucherausgang an der einen von der längsten Gehäu­ seachse durchdrungenen Gehäusewand und die Klemmen für die Niederspannungs-Steuerleitungen an der gegenüberlie­ genden Gehäusewand angeordnet sind,
• d) in den von der längsten Gehäuseachse durchdrungenen kleinsten Gehäusewänden Durchbrechungen für die Ausbil­ dung einer Kühlluftströmung innerhalb des Gehäuses auf­ weist,
• e) auf seiner Rückseite Haltemittel für seine Befestigung auf einer Montageschiene aufweist, derart, daß das Ge­ häuse mit seiner längsten Gehäuseachse senkrecht und im rechten Winkel zur Längsachse einer Montageschiene an dieser befestigbar ist, und das
• f) auf mindestens einer zur Gehäuselängsachse parallelen Seitenwand mindestens einen Abstandshalter für ein jeweils benachbartes, auf der gleichen Montageschiene angebrachtes Gehäuse aufweist.

Ein solches Gerät kann dabei einen der üblichen Relais-Schal­ ter ersetzen, so daß ohne zusätzliche Maßnahmen, d. h. durch einfachen Austausch der Geräte, der zugehörige und bereits angeschlossene Verbraucher mit variabler Leistung versorgt werden kann. Durch Kurzzeitbetätigung des Betätigungsglieds kann der Verbraucher ein- und ausgeschaltet werden; durch längere Betätigung läßt sich in Verbindung mit einem entspre­ chenden Zeitglied der Phasenwinkel und damit die dem Verbrau­ cher zugeführte Leistung verändern, ein Vorgang, der bei der Verwendung von Lichtquellen als Verbraucher als "Dimmen" be­ zeichnet wird.

Durch die Durchbrechungen in den Gehäusewänden stellt sich im Gehäuse eine Kaminwirkung mit einer senkrechten Kühlluftströ­ mung ein, die die temperaturempfindlichen Bauteile wirksam gegen Überhitzung schützt.

Durch die Abstandshalter wird zusätzlich eine gute 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.

Der Austausch eines üblichen Relais durch den erfindungsgemä­ ßen Leistungssteller mit Unterbringung aller wesentlichen Elemente in einem einzigen Gehäuse, ist besonders dann leicht möglich, wenn das betreffende Gehäuse die gleichen Abmessun­ gen besitzt wie das Gehäuse des bekannten Relais, das quader­ förmig ausgebildet ist und eine Länge von 75 mm, eine Breite von 35 mm und eine Tiefe (zur Montageschiene hin) von 30 mm aufweist.

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 Fo­ toempfänger bedingte Halbwellenbetrieb in einen Vollwellenbe­ trieb umgewandelt wird.

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

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nach­ folgend anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Installationsanordnung, bei der eines von vier Relais durch einen neuerungsgemäßen 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 und

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

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 befin­ den 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 ver­ bunden 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 Be­ zugszeichen versehen. Die gesamte Schaltungsanordnung ist auf einer hier nicht näher hervorgehobenen Platine angeordnet, die ihrerseits in einem Gehäuse 10 untergebracht ist, das nur schematisch dargestellt ist.

Innerhalb der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 wird ein Hauptstromkreis 11 gebildet, in dem ein Last-Schaltglied 12 angeordnet ist, das im vorliegenden Fall als Triac ausgebil­ det ist und je nach dem eingestellten Phasenwinkel eine mehr oder weniger große Leistung an den Verbraucher 4 abgibt. Wei­ terhin 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 vertrieben 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 kon­ tinuierliche Verstellung des Phasenwinkels und damit eine kontinuierliche Veränderung der vom Leistungssteller LS abge­ gebenen Leistung. Die Verbraucherleistung liegt üblicherweise zwischen 60 und 600 W. Der Verbraucherwiderstand sollte bei Vollastbetrieb einer Leistung von mindestens 60 W entspre­ chen, 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 Bezif­ ferung 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 einen spannungsisolierenden Opto-Koppler 18 mit einem Steuereingang 19 verbunden, der Teil des Niederspannungs-Steuerkreises 9 ist. Zu diesem gehört bekanntlich das Betätigungsglied 8.

Zum Opto-Koppler 18 gehört ein Geberelement 20, das als Leuchtdiode ausgebildet ist, und ein Empfängerelement 21, das ein Fotoempfänger ist. Eine zum Geberelement 20 antiparallel geschaltete Diode 22 sperrt das Geberelement 20 gegenüber der zweiten Halbwelle.

Im Netzspannungs-Steuerkreis 17 ist in Reihenschaltung mit dem Empfängerelement 21 (Fotoempfänger) des Opto-Kopplers 18 ein Ladekondensator 23 angeordnet, der die Ausnutzung der zweiten Halbwelle im Netzspannungssteuerkreis 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 aus­ gebildet und besitzt ein Vorderteil 10a mit zwei Seitenwänden 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 Rück­ seite 10g Haltemittel 24 für die Befestigung auf der Montage­ schiene 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 Gehäu­ ses 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 Netz­ spannungseingang 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 Ge­ häusewand 10d.

Das Gehäuse besitzt in den von der längsten Gehäuseachse A-A durchdrungenen kleinsten Gehäusewänden 10d und 10e Durch­ brechungen 25, die zwischen rippenförmigen Gehäusevorsprüngen 26 angeordnet sind. Dadurch wird eine Durchlüftung des Gehäu­ ses 10 ermöglicht; zusätzlich wirken die rippenförmigen Ge­ häusevorsprünge 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 glei­ chen Montageschiene 1 angebrachten Gehäuse erzwingen. Dadurch 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 aus­ wechselbare Unterbringung einer Schmelzsicherung 29. In die­ ser 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 be­ sitzt eine gegenüber dem Gehäuse 10 deutlich erkennbare Kon­ trastfarbe, 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 Klemmschrau­ be 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.

Claims (10)

1. Leistungssteller für die Leistungssteuerung von Verbrau­ chern (4), insbesondere Dimmer für die Helligkeitssteue­ rung von Lichtquellen, mit

• a) einer Phasen-Anschnittsteuerung mit einem für Netz­ spannung ausgelegten Last-Schaltglied (12) und mit einer Steuerschaltung (13) hierfür, die ihre AUS- und EIN-Signale und ihre den Phasenwinkel bestim­ menden Signale über einen Steuereingang (19) er­ hält, und mit
• b) einem Opto-Koppler (18), dessen als Leuchtdiode ausgebildetes Geberelement (20) in dem für Klein­ spannung ausgelegten Steuereingang (19) liegt, und dessen als Fotoempfänger ausgebildetes Empfänger­ element (21) im Netzspannungs-Steuerkreis (17) der Steuerschaltung (13) liegt,

dadurch gekennzeichnet, daß der Opto-Koppler (18), das Last-Schaltglied (21), dessen Steuerschaltung (13) und deren Leitungsführung auf einer Platine (31) in einem gemeinsamen Gehäuse (10) untergebracht sind, das

• c) außen im wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist, wobei die Klemmen (KNE, KVA) für den Netzspannungs­ eingang und den Verbraucherausgang an der einen von der längsten Gehäuseachse (A-A) durchdrungenen Ge­ häusewand (10e) und die Klemmen (KS₁, KS₂) für die Niederspannungs-Steuerleitungen an der gegenüberliegenden Gehäusewand (10d) angeordnet sind,
• d) in den von der längsten Gehäuseachse (A-A) durch­ drungenen kleinsten Gehäusewänden (10d, 10e) Durch­ brechungen (25) für die Ausbildung einer Kühlluft­ strömung innerhalb des Gehäuses aufweist,
• e) auf seiner Rückseite (10g) Haltemittel (24) für seine Befestigung auf einer Montageschiene (1) auf­ weist, derart, daß das Gehäuse mit seiner längsten Gehäuseachse (A-A) senkrecht und im rechten Winkel zur Längsachse (S-S) einer Montageschiene (1) an dieser befestigbar ist, und das
• f) auf mindestens einer zur Gehäuselängsachse (A-A) parallelen Seitenwand (10b, 10c) mindestens einen Abstandshalter (27) für ein jeweils benachbartes, auf der gleichen Montageschiene (1) angebrachtes Gehäuse aufweist.

2. Leistungssteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse zweiteilig ausgebildet ist und ein Vorderteil (10a) mit zwei Seitenwänden (10b, 10c) und den beiden kleinsten, mit den Durchbrechungen (25) versehenen Seitenwänden (10d, 10e) besitzt, die von der längsten Gehäuseachse (A-A) durchdrungen werden, sowie ein Hinterteil (10f), an dem die Haltemittel (24) ange­ ordnet sind.

3. Leistungssteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Durchbrechungen (25) zwischen rippenförmi­ gen Gehäusevorsprüngen (26) angeordnet sind.

4. Leistungssteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das quaderförmige Gehäuse (10) eine Länge von 60 bis 80 mm, eine Breite von 30 bis 40 mm und eine Tie­ fe (zur Montageschiene hin) von 25 bis 35 mm aufweist.

5. Leistungssteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Frontseite (10h) des Gehäuses (10) eine von vorn zugängliche Ausnehmung (28) mit Kontakten für die auswechselbare Unterbringung einer Schmelzsicherung (29) angeordnet ist.

6. Leistungssteller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Ausnehmung (28) ein Zugglied (30) für das Herausziehen der Schmelzsicherung (29) angeordnet ist.

7. Leistungssteller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Zugglied (30) gegenüber dem Gehäuse (10) eine Kontrastfarbe aufweist.

8. Leistungssteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens die Klemme (KNE) für den Netzspan­ nungseingang über ein verformbares Leiterteil (33) mit der Platine (31) verbunden ist.

9. Leistungssteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß im Netzspannungs-Steuerkreis (17) der Steuer­ schaltung (13) in Reihe mit dem Fotoempfänger des Opto- Kopplers (18) ein Ladekondensator (23) angeordnet ist.