WO1990002473A1 - Programmierbarer lichtschalter - Google Patents

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Otto BRÜLLER
Armin Junker
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Igenwert Gmbh
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    • H02M5/02—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B39/04—Controlling
    • H05B39/08—Controlling by shifting phase of trigger voltage applied to gas-filled controlling tubes also in controlled semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/16—Controlling the light source by timing means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps
    • Y02B20/40—Control techniques providing energy savings, e.g. smart controller or presence detection

Definitions

  • the invention relates to a programmable light switch.
  • the previously known time switches are only functional in connection with a socket, so that only those consumers can be switched on or off via such time switches that draw the electrical energy from the socket (for example table and standard lamps, radio and TV) -Evices, ovens, etc.).
  • the invention has for its object to provide a programmable light switch of the type mentioned, in which the disadvantages mentioned are no longer present and, in particular, the switching of those consumers which do not draw their energy from the socket.
  • the switch is designed in the form of a unit which can be inserted into a conventional switch box and an electronic system comprises, which obtains the required auxiliary energy using the electrical voltage present in each switch box via the connected consumer.
  • the light switch according to the invention can also be operated under conditions which prevail in a respective switch box, ie in particular without being present of a 220 V circuit. Under these conditions, on the one hand, the operation of the clock (motor or electronics) and on the other hand switching by means of relays or the like is possible.
  • the auxiliary energy is advantageously obtained via its resistance.
  • the auxiliary energy is preferably obtained from the working current of the consumer.
  • a special switch button is provided by hand to implement and maintain the original main function of the switch.
  • FIG. 2 shows the wiring usually provided in a light switch socket
  • FIG. 3 shows a normal switch and a programmable switch according to the invention to show the interchangeability of the two switches
  • FIG. 4 shows the basic structure of the circuit of the programmable switch, the current curve when the consumer is switched off being represented by thick lines, and
  • FIG. 5 shows the same circuit as in FIG. 4, but the stronger lines show the current profile when the consumer is switched on.
  • FIG. 1 shows a socket 10 connected to the 220 V network via three lines 12, 14, 16. Accordingly, a voltage of 220 V supplied by the mains is always available in such a socket 10, so that conventional time switches can be operated in connection with such a socket.
  • the light switch 18 is normally connected to the consumer via a line 20
  • one or more lamps 24 and, via another line 22 are connected to " one phase of the 220 V network, while the lamp 24 is connected to another phase.
  • the lines 20 and 22 are normally laid in the masonry .
  • FIG. 3 shows a switch box 26 for the light switch 18 provided in a wall or the like.
  • a programmable light switch 24 according to the invention is shown below the light switch 18 removed from the switch box 26.
  • This programmable light switch 24 according to the invention is designed in the form of the light switch 18 which can be inserted into the conventional switch box 26, so that the two elements can be replaced at any time without any bricklaying or electrician work.
  • the programmable light switch 24 which can be inserted into the switch box 26 instead of the conventional light switch 18, comprises electronics which draw the required auxiliary energy from the connected consumer using the electrical voltage present in the switch box 26.
  • the auxiliary power required is obtained exclusively from this consumer, for example the lighting, in the switched-off state via the resistor, for example the filament, and in the switched-on state via its working current.
  • the transition is seamless and automatic. '
  • the programmable light switch 24 has a special switching button 28, which is larger than the rest, for example for programming serving keys 38.
  • the programmable light switch 24 is equipped with a digital display 40.
  • FIGS. 4 and 5 The electronic circuit, which enables the programmable light switch to be supplied using the electrical voltage present in the switch box, is shown in FIGS. 4 and 5.
  • the stronger lines in FIG. 4 indicate the current profile when the consumer is switched off and in FIG. 5 the current profile when the consumer is switched on.
  • the electronics of the programmable light switch according to the invention comprise a central module M, which represents a commercially available integrated clock circuit with operating elements for programming.
  • the central module M is connected to a first supply line 34 via a resistor R5 and to a second supply line 36 via a Zener diode D2.
  • a buffer capacitor C3 is connected between the two supply lines 34, 36.
  • One terminal 30 of the switch box is connected to the supply line 36 via a resistor R1 and a capacitor C1, while the other terminal 32 of the switch box is connected to the other supply line 34 via a diode D1.
  • a diode combination DO is connected between the terminal 32 and the connecting line 36, which represents an equivalent circuit for a Zener diode with a Zener voltage of 2 V.
  • a triac Tl is connected in parallel with the series connection of the resistor R1 and the capacitor C1, the control electrode of which is connected to the Emitter of an NPN transistor T2 is connected.
  • the collector of this transistor T2 is connected via a resistor R2 to the supply line 34 for the central module M.
  • An output of the central module controls the base of transistor T2 via a resistor R3.
  • a capacitor C2 is arranged directly between the two supply terminals 34, 36 of the central module M.
  • Another Zener diode D3 is connected in parallel to the series connection of D2 and C2.
  • the supply connection of the central module M connected to the Zener diode D2 is connected to the supply line 34 via a resistor R4.
  • the stronger lines show the current profile when the consumer is switched off, right up to the buffer capacitor C3, via which the clock module or the central module M and the switching unit T1, T2 are supplied with operating voltage.
  • the triac T1 is blocked, so that the current flows through the resistor R1 and the capacitor C1.
  • the triac T1 is switched on when the consumer is switched on, so that it now carries the current instead of the resistor R1 and the capacitor C1.
  • the thicker lines indicate the current profile when the consumer is switched on, again up to the buffer capacitor C3.
  • the triac T1 was switched through by the central module M via the resistor R3 and the transistor T2.
  • the course of the corresponding control signal is shown in FIG. 5 by a dotted line.
  • the circuit In the event of a defective consumer, for example in the event of a burnt filament, or in the event of a power failure, the circuit remains de-energized, so that after a short time the digital display and the programmed switching times disappear, and thus their switching times New entry is required.
  • a small accumulator is used to supply the device, in particular instead of the capacitor C2, which can be charged from the network only when the consumer is switched off or only when it is switched on or also in both states.
  • the auxiliary energy is obtained via the resistor R1, the capacitor D1 and the diode arrangement DO, when the consumer is switched on via the triac T1 and the diode arrangement DO.
  • the diode Dl and the capacitor C3 are used for filtering, while the resistor R5 and the zener diode D3 provide a limitation.
  • the capacitor C2 causes buffering for the clock.
  • the clock controls the triac T1, which switches the consumer, via the resistor R3, the transistor T2 and the resistor R2.
  • the resistor R4 and the diode D2 generate a bias which, added to the control voltage (approx. 1.2 V), enables the clock to control the transistor triac chain (iter follower).
  • the circuit shown is designed for a power of 5 - 400 W. But it can also be used in other areas of performance. be adjusted.
  • the programmable switch according to the invention since the programmable switch according to the invention only switches the consumer on or off, there is never any risk of a short circuit.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Es wird ein programmierbarer Lichtschalter (24) beschrieben, der das Ein- und Ausschalten eines Verbrauchers insbesondere auch unter Beibehaltung seiner Grundfunktion als von Hand zu betätigender Schalter ermöglicht und dazu eine Elektronik aufweist, die unter Ausnutzung der in jeder Schalterdose (26) vorhandenen Spannung die benötigte Hilfsenergie bereitstellt.

Description

Programmierbarer Lichtschalter
Die Erfindung betrifft einen programmierbaren Lichtschalter.
Die bisher bekannten Schaltuhren sind nur im Zusammenhang mit einer Steckdose funktionsfähig, über derartige Schalt¬ uhren sind demnach nur solche Verbraucher ein- bzw. aus¬ schaltbar, welche die elektrische Energie aus der Steckdose beziehen (z.B. Tisch- und Stehlampen, Radio- und TV-Geräte, Öfen usw.) .
Soll zum Beispiel die Außen- bzw. Innenbeleuchtung in einem Wohnhaus oder -räum automatisch geschaltet werden, so ist dies mit den herkömmlichen, handelsüblichen Schaltuhren nicht möglich.
Oft ist es wünschenswert, die Innnen- bzw. Außenbeleuchtung zu möglichst unregelmäßigen Zeiten ein- und auszuschalten, um die Anwesenheit von Personen vorzutäuschen und damit potentielle Diebe und Einbrecher fernzuhalten. Nachteilig bei den bisherigen Schaltuhren ist, daß dies im allgemeinen nur mit Hilfe von Steh- bzw. Tischlampen möglich ist, da diese bekannten Schaltuhren stets nur im Zusammenhang mit einer Steckdose funktionsfähig sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen programmier¬ baren Lichtschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile nicht mehr gegeben sind und der insbesondere auch das Schalten solcher Verbraucher .ermög¬ licht, welche ihre Energie nicht aus der Steckdose beziehen.
Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schalter in Form einer in eine herkömmliche Schalterdose einsetzbaren Einheit ausgebildet ist und eine Elektronik umfaßt, welche die benötigte Hilfsenergie unter Verwendung der in jeder Schalterdose vorhandenen elektrischen Spannung über den angeschlossenen Verbraucher bezieht.
Aufgrund dieser Ausbildungen ist ein programmiertes Ein- und Ausschalten insbesondere auch solcher Verbraucher möglich, welche ihre Energie nicht aus der Steckdose beziehen, indem auf einfachste Weise der vorhandene Lichtschalter durch den erfindungsgemäßen programmierbaren Schalter ausgetauscht wird. Bei den Verbrauchern kann es sich beispielsweise um die Beleuchtung in den verschiedensten Bereichen (innen oder außen) handeln.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Schaltuhren, welche für ihren Betrieb die vom Stromnetz gelieferte Spannung (220 V) benöti¬ gen, ist der erfindungsgemäße Lichtschalter auch unter sol¬ chen Bedingungen betreibbar, die in einer jeweiligen Schal¬ terdose vorherrschen, d.h., insbesondere ohne das Vorliegen eines 220 V-Stromkreises. Unter diesen Bedingungen ist einer¬ seits der Betrieb der Uhr (Motor- oder Elektronikwerk) und andererseits ein Schalten mittels Relais oder dergleichen möglich.
Im ausgeschalteten Zustand des Verbrauchers wird die Hilfs¬ energie vorteilhafterweise über dessen Widerstand bezogen.
Im eingeschalteten Zustand wird die Hilfsenergie vorzugswei¬ se über den Arbeitsstrom des Verbrauchers bezogen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführuήgsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Realisierung und Beibehal¬ tung der ursprünglichen Hauptfunktion des Schalters von Hand eine spezielle Schalttaste vorgesehen ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung bei- spielhaft erläutert; in dieser zeigt:
Figur 1 eine an das Netz angeschlossene Steckdose,
Figur 2 die in einer Lichtschalterdose üblicherweise vorgesehene Verdrahtung,
Figur 3 einen normalen Schalter sowie einen erfindungsge¬ mäßen programmierbaren Schalter zur Darstellung der Austauschbarkeit der beiden Schalter,
Figur 4 den prinzipiellen Aufbau der Schaltung des pro¬ grammierbaren Schalters, wobei durch stärkere Linien der Stromverlauf bei ausgeschaltetem Ver¬ braucher dargestellt ist, und
Figur 5 dieselbe Schaltung wie in Figur 4, wobei jedoch durch die stärkeren Linien der Stromverlauf bei eingeschaltetem Verbraucher dargestellt ist.
In Figur 1 ist eine über drei Leitungen 12, 14, 16 mit dem 220 V-Netz verbundene Steckdose 10 gezeigt. In einer derarti¬ gen Steckdose 10 steht demnach stets eine vom Netz geliefer¬ te Spannung von 220 V zur Verfügung, so daß herkömmliche Schaltuhren im Zusammenhang mit einer derartigen Steckdose betreibbar sind.
Anders verhält es sich bei dem in Figur 2 gezeigten Licht¬ schalter, in dem eine solche 220 V-Spannung nicht jederzeit zur Verfügung steht. Eine herkömmliche Schaltuhr ist demnach unter diesen Bedingungen nicht betreibbar.
Wie aus der Figur 2 hervorgeht, ist der Lichtschalter 18 normalerweise über eine Leitung 20 mit dem Verbraucher, im vorliegenden Fall mit einer oder mehreren Lampen 24 und über eine andere Leitung 22 mit"einer Phase des 220 V-Netzes ver¬ bunden, während die Lampe 24 an eine weitere Phase ange¬ schlossen ist. Die Leitungen 20 und 22 sind normalerweise im Mauerwerk verlegt.
In Figur 3 ist eine in einer Wand oder dergleichen vorgesehe¬ ne Schalterdose 26 für den Lichtschalter 18 gezeigt. Unter¬ halb dem aus der Schalterdose 26 herausgenommenen Lichtschal¬ ter 18 ist ein programmierbarer Lichtschalter 24 gemäß der Erfindung gezeigt. Dieser erfindungsgemäße programmierbare Lichtschalter 24 ist in Form des in die herkömmliche Schal¬ terdose 26 einsetzbaren Lichtschalters 18 ausgebildet, so daß die beiden Elemente jederzeit ohne irgendwelche Maurer¬ oder Elektrikerarbeiten problemlos ausgetauscht werden können.
Der anstelle des herkömmlichen Lichtschalters 18 in die Schalterdose 26 einsetzbare erfindungsgemäße programmierbare Lichtschalter 24 umfaßt eine Elektronik, welche die benötig¬ te Hilfsenergie unter Verwendung der in der Schalterdose 26 vorhandenen elektrischen Spannung über den angeschlossenen Verbraucher bezieht. Dabei wird die benötigte Hilfsenergie ausschließlich über diesen Verbraucher, zum Beispiel die Be¬ leuchtung, bezogen, und zwar im ausgeschalteten Zustand des Verbrauchers über dessen Widerstand, zum Beispiel den Glüh¬ faden, und im eingeschalteten Zustand über dessen Arbeits¬ strom.
Der Übergang erfolgt nahtlos und automatisch.'
Zur Realisierung und Beibehaltung der ursprünglichen Haupt¬ funktion des Schaltens von Hand weist der programmierbare Lichtschalter 24 eine spezielle Schalttaste 28 auf, welche größer als die restlichen, beispielsweise zur Programmierung dienenden Tasten 38 ist. Darüberhinaus ist der programmier¬ bare Lichtschalter 24 mit einer Digitalanzeige 40 ausgestat¬ tet.
Die elektronische Schaltung, welche die Versorgung des pro¬ grammierbaren Lichtschalters unter Verwendung der in der Schalterdose vorhandenen elektrischen Spannung ermöglicht, ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Mit den stärkeren Linien ist in Figur 4 der Stromverlauf bei ausgeschaltetem Verbraucher und in Figur 5 der Stromverlauf bei eingeschalte¬ tem Verbraucher angedeutet.
Die Elektronik des erfindungsgemäßen programmierbaren Licht¬ schalters umfaßt ein zentrales Modul M, welches eine handels¬ übliche integrierte Uhrschaltung mit Bedienungselementen für die Programmierung darstellt.
Der zentrale Modul M ist über einen Widerstand R5 mit einer ersten Versorgungsleitung 34 und über eine Zenerdiode D2 mit einer zweiten Versorgungsleitung 36 verbunden. Zwischen die beiden Versorgungsleitungen 34, 36 ist ein Pufferkondensator C3 geschaltet. Die eine Anschlußklemme 30 der Schalterdose ist über einen Widerstand Rl und einen Kondensator Cl mit der Versorgungsleitung 36 verbunden, während die andere Anschlußklemme 32 der Schalterdose über eine Diode Dl mit der anderen Versorgungsleitung 34 in Verbindung steht. Zwischen die Klemme 32 und die Verbindungsleitung 36 ist eine Diodenkombination DO geschaltet, welche eine Ersatz¬ schaltung für eine Z-Diode mit einer Zenerspannung von 2 V darstellt.
Zwischen die Anschlußklemme 30 der Schalterdose und die Ver¬ sorgungsleitung 36 für das zentrale Modul M ist parallel zur Reihenschaltung aus dem Widerstand Rl und dem Kondensator Cl ein Triac Tl geschaltet, dessen Steuerelektrode mit dem Emitter eines npn-Transistors T2 verbunden ist. Der Kollek¬ tor dieses Transistors T2 ist über einen Widerstand R2 mit der Versorgungsleitung 34 für das zentrale Modul M verbun¬ den. Ein Ausgang des zentralen Moduls steuert über einen Widerstand R3 die Basis des Transistors T2 an. Unmittelbar zwischen den beiden Versorgungsklemmen 34, 36 des zentralen Moduls M ist ein Kondensator C2 angeordnet. Eine weitere Zenerdiode D3 liegt parallel zu der Reihenschaltung aus D2 und C2. Schließlich ist der mit der Zenerdiode D2 verbundene Versorgungsanschluß des zentralen Moduls M über einen Wider¬ stand R4 mit der Versorgungsleitung 34 verbunden.
In Figur 4 ist mit den stärkeren Linien der Stromverlauf bei ausgeschaltetem Verbraucher bis hin zum Pufferkondensator C3 dargestellt, über den das Uhrmodul bzw. das zentrale Modul M und die Schalteinheit Tl, T2 mit Betriebsspannung versorgt werden. Wie Figur 4 zeigt, ist bei ausgeschaltetem Verbrau¬ cher der Triac Tl gesperrt, so daß der Strom über den Wider¬ stand Rl und den Kondensator Cl fließt.
Wie in Figur 5 zu erkennen ist, ist bei eingeschaltetem Ver¬ braucher der Triac Tl durchgeschaltet, so daß dieser an¬ stelle des Widerstandes Rl und des Kondensators Cl nunmehr den Strom führt. Die dickeren Linien deuten den Stromverlauf bei eingeschaltetem Verbraucher, und zwar wiederum bis zum Pufferkondensator C3, an. Zur Einschaltung des Verbrauchers wurde der Triac Tl vom zentralen Modul M über den Widerstand R3 und den Transistor T2 durchgeschaltet. Der Verlauf des entsprechenden Steuersignals ist in Figur 5 durch eine punktierte Linie dargestellt.
Bei defektem Verbraucher, zum Beispiel bei durchgebranntem Glühfaden, oder bei Stromausfall bleibt die Schaltung strom¬ los, so daß nach kurzer Zeit die Digitalanzeige sowie die einprogrammierten Schaltzeiten verschwinden und damit deren Neueingabe erforderlich wird.
Durch eine geringfügige Änderung der beschriebenen Schaltung kann dies jedoch verhindert werden. Dazu wird zur Speisung des Gerätes insbesondere anstelle des Kondensators C2 ein Kleinakkumulator eingesetzt, der nur im ausgeschalteten bzw. nur im eingeschalteten oder auch in beiden Zuständen des Ver¬ brauchers aus dem Netz geladen werden kann.
Bei ausgeschaltetem Verbraucher (vergleiche Figur 4) wird die Hilfsenergie über den Widerstand Rl, den Kondensator Dl und die Diodenanordnung DO, bei eingeschaltetem Verbraucher über den Triac Tl und die Diodenanordnung DO bezogen.
Die Diode Dl und der Kondensator C3 dienen zur Filterung, während der Widerstand R5 und die Zenerdiode D3 für eine Begrenzung sorgen. Der Kondensator C2 bewirkt für die Uhr eine Pufferung.
Die Uhr steuert über den Widerstand R3, den Transistor T2 und den Widerstand R2 den Triac Tl, welcher den Verbraucher schaltet.
Der Widerstand R4 und die Diode D2 erzeugen eine Vorspan¬ nung, die, addiert zur Steuerspannung (ca. 1,2 V), es der Uhr ermöglicht, die Transistor-Triac-Kette (E itterfolger) durchzusteuern.
Die gezeigte Schaltung ist für eine Leistung von 5 - 400 W ausgelegt. Sie kann aber auch an andere Leistungsbereiche . angepaßt sein.
Da der erfindungsgemäße programmierbare Schalter den Verbrau¬ cher lediglich ein- oder ausschaltet, besteht zu keiner Zeit die Gefahr eines Kurzschlusses.

Claims

Patentansprüche
1. Programmierbarer Lichtschalter, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schalter in Form einer in eine herkömmliche Schalterdose einsetzbaren Einheit ausgebildet ist und eine Elektronik umfaßt, welche die benötigte Hilfsenergie unter Verwendung der in jeder Schalterdose vorhandenen elektrischen Spannung über den angeschlossenen Verbrau¬ cher bezieht.
2. Programmierbarer Lichtschalter nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß im ausgeschalteten Zustand des Verbrauchers die Hilfs¬ energie über dessen Widerstand bezogen wird.
3. Programmierbarer Lichtschalter nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß im eingeschalteten Zustand die Hilfsenergie über den Arbeitsstrom des Verbrauchers bezogen wird.
4. Programmierbarer Lichtschalter nach einem der vorhergehen¬ den Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Realisierung und Beibehaltung der ursprünglichen Hauptfunktion des Schaltens von Hand eine spezielle Schalttaste vorgesehen ist.
PCT/EP1989/000979 1988-08-22 1989-08-21 Programmierbarer lichtschalter WO1990002473A1 (de)

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