HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einschalten und Ausschalten einer
Spannungsquelle bei einem Elektrogerät wie einem Fernsehgerät oder einem entsprechenden
Gerät, das einen Bereitschaftszustand oder einen entsprechenden Betriebszustand einnimmt.
Moderne Fernsehgeräte sind meistens mit einer Fernbedienung ausgestattet und können in die drei
unterschiedlichen Betriebszustände "Aus", "Bereitschaft" und "Ein" geschaltet werden. Bild und
Ton werden im Zustand "Ein" gezeigt.
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Fernsehgeräte dieser Art werden oft den gesamten Tag im Bereitschaftszustand belassen und der
Bereitschaftszustand wird durch eine rote Lumineszenzdiode (LED) angezeigt. Diese LED ist
dafür gedacht, den Anwender daran zu erinnern, das Fernsehgerät über Nacht auszuschalten und
dabei aus Sicherheitsgründen das Fernsehgerät von der Netzstromversorgung zu trennen.
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Der hauptsächliche Zweck des Bereitschaftszustands ist das Vorheizen des Glühdrahtes der
Bildröhre, damit das Bild nach dem Einschalten des Fernsehgerätes schnell erscheint. In zweiter
Linie erhält die Fernbedienungsfunktion ihre Stromversorgung. Der Stromverbrauch des
Bereitschaftszustandes liegt indessen bei 10-20 W und es gibt eine statistisch signifikante Gefahr,
daß das Fernsehgerät Feuer fängt. Daher wird den Anwendern empfohlen, das Fernsehgerät nachts
und bei längerer Abwesenheit, z. B. im Urlaub, vollständig abzuschalten.
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Weiterhin könnte eine Lichtreflexion als Fernbedienungsbefehl mißverstanden werden und das
Fernsehgerät unbeabsichtigt in den Zustand "Ein" bringen. Außerdem könnten Fremde das
Fernsehgerät durch ein Fenster mit irgendeiner Art allgemeiner Fernbedienungsvorrichtung
ebenfalls einschalten.
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Viele Anwender belassen den Fernseher im Bereitschaftszustand und schalten ihn nie ganz ab.
Vorausgesetzt, daß das Fernsehgerät täglich 20 Stunden im Bereitschaftszustand ist und daß der
Stromverbrauch 10 W beträgt, vergeudet das Fernsehgerät 75 kWh pro Jahr. Der gesamte
vergeudete Stromverbrauch bei 1 Million Fernsehgeräten beträgt 10 MW. Daher arbeiten mehrere
Kraftwerke in jedem Land ausschließlich dafür, unbenutzte Fernsehgeräte mit Strom zu versorgen.
Der verschwendete Produktionswert, um Fernsehgeräte im Bereitschaftszustand zu halten, kann
sich alleine in Schweden auf soviel wie 20 Millionen US-Dollar jährlich belaufen.
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Es ist wichtig, den Bereitschaftszustand zu beseitigen, da eine steigende Anzahl von
Fernsehgeräten mit Fernbedienung und Bereitschaftszustand älter werden. Diese Geräte bedeuten
eine steigende Gefahr, Feuer zu fangen.
STAND DER TECHNIK
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In CH-A-609 500 wird ein Gerät vorgestellt, das für das Abschalten des Stroms von einer
Stromversorgung vorgesehen ist, wenn der Arbeitsstrom unter ein vorbestimmtes Niveau absinkt.
Das Gerät beinhaltet Mittel für die Bestimmung des Arbeitsstroms, Erstschaltmittel für die
Unterbrechung der Stromversorgung und für die Zwecke der Bestimmung, Fühler für die
Erkennung des Arbeitswiderstandes, wenn die Stromversorgung unterbrochen ist, Mittel für den
Wiederanschluß der Belastung an die Stromversorgung, wenn der abgefühlte Arbeitswiderstand
unter ein vorherbestimmtes Niveau absinkt, und Zweitschaltmittel für das Einrichten eines zweiten
Stromversorgungswegs zur Belastung.
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US-A-4 600 948 (= EP-B-0 075 214) beschreibt ein Gerät für das Abschalten des
Bereitschaftszustandes eines Fernsehempfängers auf der Basis einer Zeit vom Anfang des
Bereitschaftszustands, mit Hilfe eines Mikroprozessors, der als Zeitgeber dient, der mit der
Aktivierung einer Wicklung des Netzschalters nach einer vorbestimmten Zeit arbeitet und den
Netzschalter dazu veranlaßt, in den Betriebszustand "Aus" zu gehen und dabei das Fernsehgerät
abzuschalten. EP-A-0 354 523 und DE-C-34 17 049 zeigen Bereitschaftszustandsstromkreise mit
reduziertem Stromverbrauch.
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Die Verwendung eines Zeitgebers zum Abschalten des Fernsehgeräts hat den Nachteil, daß der
Abschaltvorgang entweder eintrifft, wenn bei Fernsehgerät benutzt wird, oder eine lange Zeit,
nachdem es in den Bereitschaftszustand geschaltet wurde. Nachdem das Abschalten einige Male
zu Früh erfolgt ist, kann der Anwender versucht sein, den Zeitgeber auf einen zu langen Intervall
zu schalten. Wenn jedoch das Fernsehgerät zu lange nach dem Gebrauch abgeschaltet wird,
verbleiben alle Nachteile eines Fernsehgerätes ohne Zeitgeber unbeeinflußt, d. h.
Energieverschwendung, Feuergefahr und die Gefahr unerwünschten Einschaltens.
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DE-A-34 45 078 zeigt eine Schaltvorrichtung, die am Stromkabel des Fernsehgerätes angeordnet
ist. Die genannte Vorrichtung verwendet einen separat montierten Fotowiderstand mit seiner
eigenen Versorgung durch eine netzbezogene Leitung, wo der genannte Fotowiderstand dazu
verwendet wird, um eine Wechselspannung zu erkennen, die durch die Bildröhre erzeugt wird.
Diese Spannung wird gleichgerichtet und ihr Niveau abgetastet. Offensichtlich wird die
Zeilenbildfrequenz abgetastet und wenn die Fernsehsendung beendet ist, nimmt die durch den
Fotowiderstand abgetastete Spannung ab und die genannte Vorrichtung schaltet das Fernsehgerät
aus. Wie gesagt, benötigt der Fotowiderstand eine netzbezogene Versorgung. Die genannte
Vorrichtung tastet nur ab, ob die Fernsehsendung läuft oder nicht und schaltet das Fernsehgerät
ab, wenn nicht gesendet wird.
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Die meisten modernen Fernsehgeräte haben eine eingebaute Funktion, die das Fehlen der
Trägerwelle am Ende der Sendung abtastet und setzen sich selbst in den Bereitschaftszustand; dies
soll mit der Methode laut Erfindung beseitigen werden.
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Daher löst die genannte Vorrichtung, die mit dem Netzkabel verbunden ist, das zu lösende
Problem mit einem automatischen Abschalten direkt beim Eintritt in den Bereitschaftszustand
oder, wenn es gewünscht wird, nach einem bestimmten Zeitintervall, wenn das Fernsehgerät mit
der Fernbedienung abgeschaltet wurde, nicht. Der mit dieser Erfindung gezeigten Methode muß
jedoch eine geeignete Option für diesem Zweck hinzugefügt haben, was nicht schwer zu
arrangieren ist.
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Keine dieser früheren technischen Lösungen erreicht indessen das Ziel, das mit der vorliegenden
Erfindung gesetzt wird: Das komplette Abschalten des Fernsehgerätes von der
Netzstromversorgung und die Wiederherstellung der Stromversorgung auf praktischem Wege.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Dieses Problem wird mit Hilfe einer Vorrichtung gelöst, das die Merkmale aufweist, die in
Anspruch 1 aufgezählt werden. Insbesondere löst die Erfindung das Problem der
Wiederherstellung der Stromversorgung zu einem Fernsehgerät.
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Die vorliegende Erfindung und die Durchführung der Erfindung hat ebenfalls den Vorteil, daß sie
durch jeden Anwender an alle Typen und Modelle von Fernsehgeräten angeschlossen werden
kann, die durch ein Netzkabel mit Strom versorgt werden und einen Bereitschaftszustand haben.
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Die Funktion der Erfindung, die in dieser Patentanmeldung vorgelegt wird, ist die Beseitigung des
Bereitschaftszustandes, ob er mit Hilfe einer Fernbedienung oder mit einer anderen Methode
erreicht wird. Der Bereitschaftszustand wird entweder sofort verlassen, d. h. in weniger als einigen
Sekunden, oder nach einer anderen, einstellbaren Verzögerungszeit, z. B. 30 Minuten. Die in dieser
Patentanmeldung vorgelegte Vorrichtung kann bei jedem Fernsehgerät verwendet werden, da die
genannte Vorrichtung nicht in das Fernsehgerät montiert werden muß.
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Die in dieser Patentanmeldung vorgestellte Vorrichtung kann natürlich auch in das Innere eines
jeden Fernsehgerätes montiert werden, um für die vorgestellte Methode verwendet zu werden.
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Die Ziele werden mit einer Vorrichtung erreicht, die eine Schaltvorrichtung besitzt, die in den
Stromversorgungsweg zum geschützten Objekt in solcher Weise angeordnet wird, daß die
Netzspannungsquelle durch eine Relaisvorrichtung abgeschaltet wird, wenn der gelieferte Strom
oder die hierdurch verursachte Leistungsaufnahme unter ein bestimmtes Niveau abfällt, und daß
die Netzspannungsquelle wieder durch die Relaisvorrichtung durch mechanische Steuerung der
Relaisvorrichtung oder durch das Schließen eines Schalters parallel zur Relaisvorrichtung
wiederangeschlossen wird und der genannte Strom durch die Relaisvorrichtung fließt und den
Anschluß bewirkt, wenn der genannte Strom oder die Leistungsaufnahme ein anderes Niveau
weiter überschreitet.
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Der Zweck der Erfindung wird mit der erfundenen Vorrichtung erreicht, welche die Methode
beinhaltet; mit einer Vorrichtung, die am Netzanschluß des geschützten Objektes angeordnet ist
und dadurch, daß die genannte Vorrichtung eine Relaisvorrichtung oder ein Thermostat enthält,
die solchermaßen angeordnet ist, daß das Niveau des zum geschützten Objekt gelieferten Stroms
abgetastet wird oder das Niveau des Stromverlustes, der die Relaisvorrichtung oder das
Thermostat veranlaßt, die Netzspannungsquelle abzuschalten, wenn das Stromniveau oder sein
entsprechendes Leistungsniveau unter ein vorherbestimmtes Niveau absenkt und mit der genannten
Relaisvorrichtung oder dem Thermostat so anordnet, daß die Netzspannung angeschlossen wird,
wenn das genannte Stromniveau oder die Leistungsaufnahme ein anderes Niveau weiter
überschreiten.
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Die Ausführungsformen der Erfindung werden durch die Eigenschaften dargelegt, die in den
Unteransprüchen definiert werden.
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Also bezieht sich die vorgelegte Vorrichtung auf eine Vorrichtung, die vom Fernsehgerät getrennt
ist und die zwischen der Netzsteckdose und dem Eingangstransformator des Fernsehgerätes
folgendermaßen angeschlossen ist:
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Die vorgestellte Vorrichtung kann folgende Unterfunktionen enthalten:
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- Messung des Stroms oder des Energieverbrauchs des Fernsehgeräts
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- Ausschalten des Stroms, der das Fernsehgerät versorgt, wenn der Verbrauch zu gering ist
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- Die Stromversorgung des Fernsehgeräts durch eine Drucktaste oder ein Fernbedienungssignal
einschalten.
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Eine wichtige Ausführungsanforderung an die Vorrichtung entsprechend der Erfindung ist, daß sie
eine solche Ausführung darstellen muß, daß die Gefahr des Feuerfangens für die erfundene
Vorrichtung erheblich geringer ist, als beim normalen Fernsehgerät. Also muß sie so gestaltet
werden, daß sie vollständig abgeschaltet werden kann, wenn das Fernsehgerät abgeschaltet ist,
oder in solcher Weise, daß sie durch eine Batterie oder einen Akkumulator versorgt wird, welche
eine solch geringe Energiequelle enthalten, daß kein Feuer verursacht oder die Vorrichtung
zerstört werden kann.
BESCHREIBUNG DER BEANSPRUCHTEN AUSFÜHRUNGEN
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Die Beschreibung wird nachstehend detailliert gemeinsam mit vier möglichen Realisationen der
Erfindung beschrieben, die schematisch in den beigefügten Zeichnungen gezeigt werden, wobei:
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Abb. 1. eine Realisation mit elektronischer Relaisfunktion zeigt,
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Abb. 2. eine Realisation mit Magnetrelais zeigt,
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Abb. 3. eine Realisation mit Bimetallrelais zeigt,
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Abb. 4. eine Realisation mit elektronischem Relais und Fernstartfunktion zeigt.
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Diese Realisationen sollen indessen nicht als Begrenzung betrachtet werden, sondern als illustrierte
Beispiele für die möglichen unterschiedlichen Realisationstypen dienen. Beispielsweise kann die
Fernstartfunktion, die nachfolgend in Abb. 4. beschrieben wird, mit den in Abb. 1.-3. gezeigten
Realisationen kombiniert werden.
REALISATION MIT ELEKTRONISCHER RELAISFUNKTION
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Die Gestaltung einer Vorrichtung entsprechend der Erfindung wird in Abb. 1. gezeigt. In der
Abbildung beziehen sich die Nummern 1 und 2 auf einen Netzanschluß und 3 und 4 auf den
Anschluß zu einem Gerät mit einer Bereitschaftsfunktion. Die Vorrichtung enthält eine Funktion
für den Spannungswiederanschluß, die in sich selbst einen manuell bedienten Stromschalter 8 mit
den Kontakten 9 und 10 und ein Relais 5 parallel dazu enthält. Dieses Relais besitzt eine
Relaisspule, welche die Kontakte 6 und 7 beeinflußt. In Serie mit der
Stromwiederanschlußfunktion gibt es einen Widerstand 11. Durch den Widerstand 11 ist ein
Spannungsbegrenzer 12 angeordnet, von dem ein Ausgang an die Spule des Relais 5
angeschlossen ist. Die Vorrichtung enthält auch einen AC/DC-Wandler 13 und einen
Niveauvergleicher 14.
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Die Vorrichtung ist dafür vorgesehen, folgendermaßen zu arbeiten: Das Stromniveau im Netzkabel
zum Fernsehgerät, z. B. der Strom I1 durch die Vorrichtung, entscheidet, ob das Fernsehgerät
durch Relais 5 angeschlossen verbleiben soll oder nicht.
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Der Strom I1 wird am Widerstand 11 gemessen. Durch 11 wird eine Spannung U1 durch I1
erzeugt. Der Spannungsbegrenzer 12 begrenzt die Spannung auf ein Niveau, dem der Rest der
Vorrichtung widerstehen kann und das so niedrig ist, daß die Funktion des Fernsehgerätes nicht
beeinträchtigt wird. Der Widerstand 11 ist so bemessen, daß ein bestimmtes niedrigstes
Stromniveau das Relais aktivieren kann. Die Spannung U1 wird im AC/DC-Wandler 13
gleichgerichtet und ausgeglichen. Die hierbei erzeugte DC-Spannung wird mit einem
Referenzniveau im Niveauvergleicher 14 verglichen. Wenn das eingehende Spannungsniveau zum
Niveauvergleicher 14 hoch genug ist, wird die Relaisspule in Relais 5 aktiviert und dessen
Kontakte, schematisch als 6 und 7 gezeigt, schliessen das Fernsehgerät an das Netz an und ein
selbsthaltender Status wird durch die Vorrichtung vollbracht.
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Um die selbsthaltende Funktion auszulösen, muß der Strom I1 zunächst durch die
Schalterkontakte 9 und 10 geführt werden, die mit der Drucktaste 8 geschlossen werden. Wenn
das Stromniveau von I1 so groß geworden ist, daß Relais 5 aktiviert ist, kann Drucktaste 8
freigegeben werden.
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Der Niveauvergleicher 14 kann als getrennte Komponente ausgelassen werden, wenn der
Niveauvergleich, den Relais 5 bietet, ausgenutzt werden kann. In diesem Falle muß das Relais ein
Einschalt- und ein Ausschaltniveau produzieren.
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Des Spannungsbegrenzer 12 ist von besonderer Wichtigkeit, da der Strom I1 normalerweise nicht
immer eine Sinusform hat, sondern eine Impulsform. Der Spitzenwert des Impulses kann
bedeutend (ca. 5 mal) größer als der aktuelle quadratische Mittelwert des Stroms sein.
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Beispielsweise werden die Stromimpulse während des Ladens des Netzteils eines Fernsehgerätes
erzeugt. Die pulsierte Stromform ist während des Normalbetriebes ebenso wie im
Bereitschaftszustand unmittelbar. Wenn der Strom unter ein vorgewähltes Niveau abfällt, wird
Relais 5 deaktiviert und der Netzanschluß zum Fernsehgerät ist unterbrochen.
REALISATION MIT MAGNETRELAISFUNKTION
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Die Gestaltung der Vorrichtung wird in Abb. 2. gezeigt. Sie enthält ein Magnetrelais 5 mit den
Kontakten 6 und 7 im Relais und wird vorzugsweise mit einem Entstörer 10 montiert. In der
Abbildung beziehen sich die Nummern 1 und 2 auf einen Netzanschluß und 3 und 4 auf einen
Anschluß zu einem Gerät mit Bereitschaftsfunktion.
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Die Drucktaste 8 bewirkt das Schliessen der Kontakte von Relais 5. Wenn das Stromniveau von 11
hoch genug ist, verbleiben die Kontakte des Relais durch das Relais 5 geschlossen. Die an den
Kontakten wirksame Kraft wird durch Nummer 9 bezeichnet.
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Der Entstörer 20 beseitigt die durch Relais 5 erzeugten Störungen.
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Das Relais 5 sollte eine "langsam wirkende" Arbeitsweise haben, damit es einen stabilen
Mittelwert des festen erzeugten impulsförmigen Stroms 11 zum Fernsehgerät erzeugt. Der
Entstörer ist so gestaltet, daß er die langsame Wirkung durch Hinzufügung einer Drehung auf die
Verzögerungszeit hinzuzufügen.
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Das Relais ist ebenfalls so gestaltet, daß es bei Beginn des Unterbrechungsprozesses deutlich
unterbricht. Das wird durch Wechsel des Magnetkreises während der Unterbrechungsbewegung
erreicht.
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Diese Realisation ist etwas einfacher als die im vorhergehenden Abschnitt beschriebene, aber das
Relais 5 muß für diese Vorrichtung von besonderer Gestaltung sein.
REALISATION MIT BIMETALLRELAISFUNKTION
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Die Gestaltung der Vorrichtung wird in Abb. 3. gezeigt. In der Abbildung beziehen sich die
Nummern 1 und 2 auf einen Netzanschluß und 3 und 4 auf einen Anschluß an ein Gerät mit einer
Bereitschaftsfunktion. Weiterhin enthält die Gestaltung ein Bimetallrelais mit einem Thermostat 5
und einem Widerstand 11, zwischen denen ein Thermoanschluß mit Nummer 12 symbolisiert wird.
Ein Stromschalter 8 mit den Kontakten 9 und 10 ist durch das Relais angeordnet. Die Grundidee
ist wie vorher, daß das Niveau des Stroms I1 zum Fernsehgerät entscheidet, ob das Fernsehgerät
durch Thermostat 5 angeschlossen bleiben soll oder nicht.
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Die Drucktaste 8 dient zum Anschluß des Stroms während eines Einschaltens. Wenn das
Stromniveau von I1 hoch genug ist, verbleiben die Kontakte durch die Funktion von Thermostat 5
auf die Kontakte 6 und 7 im Relais geschlossen.
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Der Strom I1 heizt den Widerstand 11, der so angeordnet ist, daß seine Verlustwärme Thermostat
5 beeinflußt. Bei ausreichend hohem Stromniveau wird der Widerstand so heiß, daß das
Thermostat einschaltet.
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Um einen festen Einschaltvorgang zu erreichen, muß der Widerstand ein nicht lineares Element
sein, z. B. in NTC-Bauweise, was für "Negative Temperature Coefficient" steht.
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Um eine schnelle Ausschaltaktion (< 5 min.) zu erreichen, müssen Widerstand 11 und Thermostat
5 so gestaltet sein, daß ihre thermisch wirksame Masse so gering wie möglich ist.
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Diese Gestaltung hat Kostenvorteile im Verhältnis zu der Gestaltung mit einer elektronischen
Relaisfunktion und sie kann unter Verwendung von Standardkomponenten in kleinen
Produktionsserien erreicht werden. Indessen hat die Gestaltung einige Nachteile:
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- Der Abschaltvorgang ist langsam, da Widerstand und Thermostat abkühlen müssen.
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- Die Vorrichtung wird heiß, da das Thermostat geheizt werden muß und ein guter Kühlweg muß
vorhanden sein, damit das Thermostat abkühlen kann.
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- Die Abschaltverzögerung erhöht sich mit der Erhöhung der Umgebungstemperatur.
REALISATION MIT ELEKTRONISCHER RELAISFUNKTION UND FERNSTART
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Die vorher beschriebene elektronische Relaisfunktion könnte durch das Abtasten des allgemeinen
Niveaus des Typs der pulsierten IR-Strahlung ergänzt werden, die eine Fernbedienung eines
Fernsehgerätes erzeugt. Jetzt hat die Vorrichtung eine Ferneinschaltfunktion. Der Anwender muß
nicht Drucktaste 8 betätigen, welche die Kontakte 9 und 10 beeinflußt.
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Die Vorrichtung beinhaltet einen IR-Sensor in konventioneller Bauweise, einen IR/DC-Wandler
16, der an die Relaistreiberfunktion 17 angeschlossen ist und eine Stromversorgungseinheit dafür,
z. B. Batterie 18. Der Rest der Vorrichtung ist wie in Abb. 1. realisiert. Jetzt kann die
Selbsthalteaktion der Vorrichtung entweder mit IR-Strahlung, durch 15 in der Abbildung
bezeichnet, oder durch Betätigung der Drucktaste 8 gestartet werden.
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Wenn die IR-Abtastöffnung der Vorrichtung in die Nähe des IR-Sensors des Fernsehgeräts
angeordnet wird, schließt die Vorrichtung das Fernsehgerät erst an und startet dann mit der
Einstellung des gewählten Kanals. Jetzt verbraucht das Fernsehgerät eine große Strommenge und
das Relais 5 verbleibt aktiviert.
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Der IR/DC-Wandler 16 ist so gestaltet, daß er nur durch gepulste IR-Strahlung mit der Frequenz,
dem Impuls-Pausen-Verhältnis, und in dem optischen Wellenlängenintervall beeinflußt wird, die an
der Fernbedienungseinheit des Fernsehgeräts vorhanden sind. Hierdurch wird die Gefahr
unerwünschter Starts reduziert. Die Spannung vom IR/DC-Wandler 16 wird durch den
Relaistreiber 17 verstärkt, der das Relais aktiviert, wenn ein ausreichend hohes Niveau von IR-
Strahlen des richtigen Typs erkannt werden.
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Der IR/DC-Wandler 16 und der Relaistreiber 17 werden von Batterie 18 versorgt. Hierdurch wird
sichergestellt, daß die Abschaltvorrichtung nicht selbst eine Energiemenge enthält, die groß genug
ist, um sie in Flammen zu setzen oder ein Feuer dort zu verursachen, wo sie es eigentlich
verhindern soll.
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Der Vorteil der IR-Option ist also, daß das Verhalten des Anwenders sich im Vergleich zu seinem
heutigen nicht ändern muß. Die folgenden Nachteile sind bei dieser Realisation zu finden:
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- Unerlaubtes Einschalten des Fernsehgeräts durch eine störende Fernbedienung ist möglich.
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- Das Fernsehgerät ist für eine kurze Zeit eingeschaltet, wenn die Fernbedienung eines anderen
Gerätes in der Nähe aktiviert wird. Die Vorrichtung schaltet nach einigen Sekunden ab, wenn das
Fernsehgerät nicht beginnt, Strom zu verbrauchen. Diese Einschaltaktion alleine bedeutet einen
kleinen Nachteil.
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Die beschriebenen Methoden und Vorrichtungen, die vorstehend gezeigt werden, sind sicherlich
nicht alleine auf die Anwendung mit Fernsehgeräten begrenzt, sie können in vorteilhafter Weise für
andere, ähnliche Geräte wie Videorecorder, Tonbandgeräte und Rundfunkempfänger ebenso wie bei
anderen elektrischen Geräten, die in einen Bereitschaftszustand versetzt werden können,
verwendet werden.