WO2004053913A1 - Modul zur zeit- und/oder leistungssteuerung eines elektrischen verbrauchers - Google Patents

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WO2004053913A1
WO2004053913A1 PCT/EP2003/013808 EP0313808W WO2004053913A1 WO 2004053913 A1 WO2004053913 A1 WO 2004053913A1 EP 0313808 W EP0313808 W EP 0313808W WO 2004053913 A1 WO2004053913 A1 WO 2004053913A1
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WO
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module according
relay
control device
mcu
input means
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PCT/EP2003/013808
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Norbert Hofer
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E.I.S. Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/02—Bases; Casings; Covers
    • H01H50/021—Bases; Casings; Covers structurally combining a relay and an electronic component, e.g. varistor, RC circuit
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H1/5805—Connections to printed circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
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    • H—ELECTRICITY
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/05—Capacitor coupled rectifiers

Definitions

  • the invention relates primarily to a module for time and / or power control of an electrical consumer.
  • Direction indicator - known which has a switch contact located in the control circuit> of a relay, which can be switched on manually, which is located under the
  • Influence of a delay device remains closed for a predetermined duration.
  • the control circuit is looped over the normally open contact of the relay in the consumer circuit, which at the same time is the switch contact for switching on the excitation of the Relay and the timer forms.
  • an actuating mechanism is provided, by means of which this contact can be opened and closed by hand at will. This switches the consumer on by simply actuating the switch contact and an automatic time-delayed switch-off of the consumer, since this switch contact is also the make contact of the relay under the influence of the delay device. It is also ensured that the work contact can be locked and unlocked by hand in the closed position.
  • the consumer can be kept in the switched-on state because the contact remains in the closed position by means of the actuating mechanism.
  • the consumer can be switched off in the event of a fault by opening the contact manually using the actuating mechanism.
  • the delay device can be a timing element in the form of a monostable multivibrator which is triggered when the make contact closes in order to deliver an excitation current pulse of a predetermined duration to the relay winding.
  • a simple timer can be used, e.g. B. a normally closed and opens after a certain excitation time bimetal switch.
  • a reed switch with an associated actuator is connected upstream.
  • a control lamp is connected in parallel to monitor the switch-on function of the consumer.
  • safety circuits which are electrical consumers, for. B. in the form of an electric iron after a predetermined time to prevent their overheating, known.
  • DE 38 15 984 C2 it is known from DE 38 15 984 C2 to provide a plurality of power controllers, a decoding logic, a control logic, several counters and several relays.
  • a microprocessor can alternatively be provided, which implements all control and switching functions, including the timing of the consumers, with the exception of the relays.
  • a control device known from DE 42 02 600 C2 is constructed for an air conditioning system consisting of several units, with the aid of which overloading of the compressor when all the indoor units are switched off is prevented and rapid pressure equalization can be achieved.
  • an operational locking device evaluates the ON or OFF states of all indoor units and then emits a predetermined output signal in accordance with the result of the evaluation. This output signal is applied to a delay device and output after the predetermined time delay.
  • a relay control device receives the output signal of the delay device and actuates a relay contained in the relay control part in accordance with this output signal, so that the compressor can be switched on or off via this relay.
  • Electrical household appliances are also known, in particular water boilers, which are constructed in such a way that the actual water pot with an internal heater can be removed from a base part.
  • the heating circuit is preceded by a time circuit which, after a time that corresponds to the maximum heating-up time of approx. 4 minutes, separates the device from the mains using a relay.
  • a time circuit which, after a time that corresponds to the maximum heating-up time of approx. 4 minutes, separates the device from the mains using a relay.
  • the time circuit with the relay is fed via a current transformer. As soon as the boiler is removed from the lower part, no current flows and the relay drops out immediately.
  • a new cooking process can then only be triggered by a conscious start process.
  • the auxiliary current circuit of the relay supply, the relay or the time circuit can also be interrupted with an opening button or a switch, so that the relay drops out and the device is switched off; with the advantage that the shutdown contacts in the auxiliary circuit do not have to carry the main current.
  • one or more electromagnetic locking devices can also act in parallel or in series with the switching relay as long and under the circumstances as the relay ' is switched on. Like the relay, these locking devices, like the relay, can be fed by the current transformer and via the rectifier and can be controlled in their action by a time circuit. This can, for. B. caused that a separation of the boiler from its lower part is only possible after the specified time or z. B. the door of a device can only be opened after a predetermined time - or after switching off an engine or heating.
  • an electrical snap switch in particular a microswitch, with a contact-carrying switching rocker which adjusts the individual switching positions, with a switching spring pulling the switching rocker against the holding bearing and with a plunger-like actuating element, which in some cases protrudes from the housing, is known from DE 44 21 275 C2, wherein in the switch housing a cooperating with the actuator with one end mounted on the housing intermediate lever is provided.
  • the plunger-type actuator is firmly attached to the other end of the Intermediate lever is arranged and that the actuator acts directly on the switching spring during a switching movement. With this arrangement it is achieved that the actuator is at its exact distance from the bearing of the intermediate lever during its movement and is guided by the intermediate lever during the switching movement.
  • the insert-like base that can be inserted into the housing can rest in regions on at least one sleeve, in particular a metal sleeve.
  • the slide-in housing opening can be sealed with a potting compound.
  • a snap switch is known from DE 195 15 223 AI, in which the actuator is pivotally mounted about an axis and the second end of the switching spring is attached to the actuator at a distance from the pivot axis. With a switching movement of the actuator, the attachment point of the switching spring is pivoted, so that this changes the line of action of the spring and as soon as this line passes the point of contact of the contact rocker on the holding bearing, the switch occurs suddenly, so that a safe and easy switchover is ensured.
  • the extension of the actuating element protruding from the housing is enclosed by a bellows, which in turn is attached to the housing, and the passage of the extension is watertight.
  • a switching device known from DE 44 00 772 C2 has a metal plate and parallel to it Metal plate on at least one circuit board. At least one contact rocker with its holding bearing and the switching spring is provided on the metal plate.
  • the holding bearing is integrally formed on the metal plate and the second end of the switching spring is on the metal plate attached, while the mating contact coming into contact with the contact rocker is provided on a circuit board and is electrically conductively connected to the conductor tracks.
  • the metal plate allows the contact rocker with its holding bearing and the switching spring to be attached to the metal plate, with the metal plate also making it possible to form the holding bearing itself as part of the metal plate by means of bends.
  • different numbers of contact rockers with a holding bearing and SSwitching spring can be arranged, which have a common power connection via the metal plate. Due to the parallel arrangement of the circuit board, in the second switching position of the contact rocker, it can come into contact with the mating contact on the circuit board, so that current supply to the circuit board is possible via metal plates and contact rocker.
  • the printed circuit board can accommodate electrical and / or electronic components such as lamps, resistors or the like on the side facing the metal plate.
  • the power connections for the power supply and for a device to be switched are provided as a common plug connection on one end of the circuit board. In this way, by simply plugging in or plugging in the switching device, it can be directly attached to an electrical device, so that it can be operated via the switching device.
  • the circuit board has a lamp, for example a glow lamp, which extends to a light guide plate lying parallel to the metal plate.
  • the actuators can be designed like a plunger, as a rocker switch or as a push-slide switch.
  • the switching device according to the invention can also be used in household appliances or kitchen appliances, for example in freezers, an actuator being generally provided for switching on the refrigerator, while further switches can be actuated in order to control the various cooling capacities of the freezer.
  • an electrical switching device, in particular a rocker switch for household appliances is known from G 91 12 975.3.
  • the rocker-type actuating element is provided in the direction is loaded resiliently to the switch-off position and that the rocker-type actuator is temporarily constrained in the switch-on position.
  • an electrical holding magnet is provided which, in the switched-on position, is opposite a metal part and is connected to a power supply in this position. This measure ensures that when the device is switched on, the switching device is forcibly held in its switched-on position by the holding magnet.
  • the resilient bias of the actuator in the direction of its switch-off position causes the rocker-type actuator and thus the switch to be switched to its switch-off position in the event of a drop in power and the resulting breakdown of the magnetic field.
  • the switch can have an actuator which limits the duration of the switch-on position. This measure ensures that if the switch is accidentally forgotten, the household appliance can also be switched off by itself.
  • the duration of the switch-on time can be set.
  • the actuator can be designed as an electronic component, preferably as an electronic watch IC component, which ensures that after a predetermined time the actuator switches off the current and thus the switch can be moved into its switched-off position. With several rocker-type actuators, each actuator is of one
  • Holding magnets controllable or one of the actuators can be controlled with a holding magnet, and the other actuators can be transferred to the off position via a clutch with the first actuator.
  • the two connections of the electrical holding magnet are connected in parallel to both lamp connections.
  • the electromagnet is only switched on to dissolve this switching position in order to superimpose the magnetic field of the permanent magnet so that the prestressed switching position can be set again. It is further provided that the electromagnet for generating the magnetic field is briefly loaded with a current pulse which can be generated with control electronics. When the switching device is switched on and the voltage subsequently applied to the electromagnet by the pulse generated by the control electronics, it is advantageous to move the switching device into its switched-off position, so that the electrical device to be controlled, for example a coffee machine, is itself disconnected from the power supply. Furthermore, it is provided to generate a switch-off pulse on the electromagnet via a timing element in the control electronics after a predetermined time has been reached.
  • This switch-off pulse ensures that the electrical device provided with the switching device can be switched off and does not inadvertently remain connected to the power supply for a long time.
  • the control electronics have two tasks, on the one hand to generate a pulse when a voltage is applied to the switch, and on the other hand to emit another pulse after a predetermined time or other conditions, which brings the switch into its initial position ,
  • the control electronics can be constructed discretely, which is essentially arranged on a circuit board, or can be formed by an IC or a processor.
  • the control of the expiry of the time delay time is preferably carried out by a microprocessor which controls the corresponding display elements as a function of the actuation of the key switch. It is useful to save the status of the device in a memory, in particular in an EEPROM, which can be queried for customer service purposes.
  • the time delay value can also be displayed alternately with a temperature display in the same display and by means of the same display elements.
  • the device for time-delayed switch-off can contain an element which is constructed in the manner of a monostable flip-flop or an RC-controlled Schmitt trigger.
  • switches or are designed accordingly for different applications Switchgear known with or without time delay.
  • the known switches require a complex mechanical construction, in particular if a large number of possible uses and types of circuit are to be made possible.
  • Control electronics can be used to adapt the switching on or off for the respective application.
  • control of the load current by the electrical consumer is often also required. Since such a control is of great benefit and requires a high additional cost, the requirements regarding switching and control functions have so far not been able to be implemented cost-effectively. This is particularly important because both the household appliance industry and the automotive industry can be seen as extremely progressive, development-friendly industries that quickly pick up on improvements and simplifications and put them into practice.
  • the invention is based on the object of designing a module for time and / or power control of an electrical consumer in such a way that it can be adapted to a multiplicity of possible uses and circuit types and the user is easy to operate and / or control allows.
  • This object is achieved in that a module for time and / or power control of an electrical consumer,
  • control means controls the process timing and / or the load current through the load in accordance with the number and / or duration of actuations of the input means', and the current operating state on a display a visual signal.
  • the module according to the invention has the advantage that surprisingly simple and. cost-effective way the module can be adapted to a wide variety of applications.
  • the module is easy to use and can be set / programmed by the user according to the respective requirements or functions.
  • the power consumption of the module can be optimized using the on-board power supply.
  • the requirements regarding which load should be switched or controlled can be adjusted. Because the module is optically signaled, the user is always informed about the current operating state or about the setting and / or function brought about by the input.
  • the control device takes on subtasks of a higher-level control system, with network-based transmission technology being able to be used for communication, in particular via the 230 V / 50 Hz power supply network (or another, e.g. 110 V / 60 Hz network).
  • the module according to the invention has the advantage that the control according to the number and duration of operations, quasi a double number of different types of control commands is available. For example, it is possible to set the control device to the "childproof lock" function by a correspondingly long operation and to release the childproof lock again after a certain period of time by means of a subsequent command (multiple short key presses).
  • the power supply is designed as a capacitive or ohmic power supply.
  • This embodiment of the invention has the advantage that, depending on the load / load current requirement, the power pack can be constructed. The power consumption due to the voltage supply for the control device is negligible.
  • a push button or a contact part bridging the printed circuit board is provided as input means and the connection contacts are arranged on the printed circuit board.
  • This development of the invention has the advantage that the closing of the contacts is also acoustically signaled to the user when the button is pressed.
  • the arrangement of the connection contacts on the printed circuit board or the use of the contact part as an input means enables simple assembly and a compact construction of the module.
  • an electrical switch is preferably arranged between the control device and the relay.
  • At least one light-emitting diode is provided as a display, which is connected in series with the relay clocked by the control device and in the pulse pauses the magnetic field energy of the relay coil feeds the light-emitting diode via a free-wheeling diode arranged in parallel with the series connection.
  • This embodiment of the invention has the advantage that the light-emitting diode continues to shine for a limited time even during pulse pauses.
  • two input means are arranged on the printed circuit board and the printed circuit board carries an actuating element which engages it.
  • the actuating member is a resilient, essentially T-shaped hollow body for selectively actuating the input means arranged in the region of the opposite ends.
  • the actuating element latches resiliently in the circuit board and when actuated in the direction of the axial extension of the shaft, a further input means is actuated or the two input means are actuated simultaneously.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment for the electrical circuit arrangement of the module according to the invention
  • FIG. 2 the time course for the pulsed activation of a relay
  • FIG. 3a and 3a are identical to FIG. 3a and 3a.
  • FIG. 3b the current flow for "transistor conductive” and “transistor blocked", FIG. 4a and
  • FIG. 4b shows an embodiment of the module according to the invention in top view and in side view
  • FIG. 5 shows an embodiment with circuit board and daughter circuit board
  • FIG. 6 shows an embodiment for a capacitive power supply unit.
  • FIG. 1 A preferred embodiment for the electrical circuit arrangement of the module according to the invention for time and / or power control of an electrical consumer is shown in FIG. 1 shown.
  • the module has an ohmic power supply (Dl, Rl, Cl, D2, C2, D3, R2) arranged on a printed circuit board LP, while in FIG. 6 shows an embodiment for a capacitive power supply unit (Dl, D6, C3, Rl, R2 as well as D2 / C1 and D3 / C2).
  • a control device MCU as well as circuit breaker or relay REL are connected to the power supply unit, which is connected to the control device MCU.
  • At least one input means SI connected to the control device MCU as well as connection contacts K1, K2 for the mains voltage and a clocked or switched connection contact K3 for the consumer are provided.
  • the control device MCU controls the time sequences and / or the load current through the consumer in accordance with the number and / or duration of actuations of the input means S 1 and visually signals the current operating state on a display D4.
  • An electrical switch preferably a transistor T1 is arranged between the control device MCU and the relay REL, an ohmic voltage divider R3, R4 being applied to the base of the transistor T1.
  • At least one light-emitting diode D4 is provided as a display, which is connected in series with the relay REL clocked by the control device MCU, and in the pulse pauses the magnetic field energy of the relay coil via a freewheeling diode D5 arranged in parallel with the series connection, the light-emitting diode D4 feeds.
  • a pushbutton SI or a contact part bridging the printed circuit board LP is provided as input means and the connection contacts K1, K2, K3 are arranged on the printed circuit board LP.
  • two input means SI, S2 can be arranged on the printed circuit board LP and the printed circuit board LP carries an actuating member W which engages them.
  • the actuating member is preferably a spring-elastic, essentially T-shaped hollow body W which is used for the optional actuation of the in the area of input means SI, S2 arranged at opposite ends.
  • the light-emitting diode D4 can preferably be arranged in the region of the shaft of the hollow body W.
  • the hollow body W is transparent in the shaft area and the display MCU can be controlled in multiple colors and / or flashing by the control device MCU.
  • the actuating member W resiliently latches in the printed circuit board LP and, when actuated in the direction of the axial extension of the shaft, another input means is actuated or the two input means SI, S2 are actuated simultaneously.
  • the actuator W is arranged on a daughter board TLP.
  • the module itself can be used in all of the FIG. 1 to FIG. 6 shown embodiments have a housing.
  • the in FIG. 1 shown ohmic power supply is made up of the elements Dl, Rl, R2 and
  • the diode D3 provides the stabilized supply voltage for the control device MCU; this voltage is smoothed by capacitor C2.
  • the diode D2 generates a voltage which is smoothed by the capacitor C1
  • the capacitive power supply unit shown in FIG. 6 is formed from the elements D1, D6, C3, Rl, R2 and D2 / C1 and D3 / C2, the diode D6 serving to discharge the capacitor C3 acting as a series resistor.
  • the diode D3 provides the stabilized, supply voltage for the control device MCU, smoothed by the capacitor C2.
  • the diode D2 generates a voltage which is smooth with the capacitor C1
  • the capacitance of the capacitor C3 is minimized so that a small, inexpensive capacitor can be used there. Due to the power supply structure, the voltage drop that occurs when switching the relay REL due to its current consumption does not affect the voltage across the diode D3, since the current of the relay also flows through the diode D3. This power supply is used in particular at high mains voltages (e.g. 230VAC).
  • the control device MCU monitors the time sequences specified by pressing a button, e.g.
  • the relay is, as shown in FIG. 2 shown, driven in pulse form. After activation of the REL relay, this is first switched on for the time tQN ( Z -B-10ms) in order to ensure that the relay contact closes safely; this time must be greater than the mechanical pick-up time of the REL relay.
  • the relay REL After t Q N the relay REL becomes pulse-shaped for the time switched on, the frequency and duty cycle must be selected in terms of holding capacity, voltage across the diode D2 and current (e.g. 1 kHz, 1: 2).
  • the timing enables the operation of the REL relay at a much higher voltage than the nominal operating voltage (100%) with an average relay current that is less than or equal to the nominal current of the REL relay. This minimizes the power loss of the ohmic power supply.
  • the coil current required for actuating the relay contact also flows through the light-emitting diode D4.
  • the coil current is limited by 1. Max. Permissible coil current for a given clock frequency and given
  • the magnetic field energy of the relay coil is reduced in the form of a current through the diode D5 and the light-emitting diode D4 in accordance with the law of induction; the internal resistance of the coil has a current-limiting effect. It is hereby achieved that the light-emitting diode D4 continues to light up for a limited time even during pulse pauses.
  • the module according to the invention is preferably suitable for installation in
  • a safety circuit for the electrical consumer for. B. in the form of an electric iron, or a Childproof lock (for example for household freezers and refrigerators) can be implemented.
  • various options for user-friendly time and power control for example the setting of the warming time or number of cups in a coffee machine, or the setting of the temperature on an iron, whereby in particular an otherwise required temperature controller can be omitted.
  • the ease of use is further improved by the optical signaling; the same is achieved by an audible touch '(locking).
  • Another advantage is that the compact design means that the installation space is small and that the module also enables simple sealing (only the connection contacts have to be led out of the module housing).
  • the module can also be used under difficult environmental conditions, for example in production or in underground construction.
  • the control device can also be used to control several circuit breakers or relays and can also be installed in an installation bus (including the functions: measurement, monitoring, remote control and communication, the data and values then being sent via the power supply as PowerLine signals to a central control and processing system can be transported and evaluated there; thus it is then possible, for example, to check or control the energy quality and / or energy billing).
  • touch-sensitive input means or combined input-Z display means or a four-way rocker switch with arrangement of the display means at the cross ends can be used, among other things.

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Abstract

Schalter oder Schaltgeräte mit oder ohne Zeitverzögerung sind bekannt. In der Regel erfordern jedoch die bekannten Schalter eine aufwendige mechanische Konstruktion, insbesondere wenn eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten und Schaltungsarten ermöglicht werden soll. Um ein Modul zur Zeit- und/oder Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers derart auszugestalten, dass dieses an eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten und Schaltungsarten anpassbar ist und den Benutzer ein einfaches Bedienen und/oder Steuern ermöglicht, ist erfindungsgemäss ein Modul a) mit einem auf einer Leiterplatte angeordneten Netzteil, (b) mit einer mit dem Netzteil verbundenen Steuereinrichtung, (c) mit mindestens einem mit dem Netzteil verbundenen Leistungsschalter oder Relais, welches mit der Steuereinrichtung in Verbindung steht, (d) mit mindestens einem mit der Steuereinrichtung verbundenen Eingabemittel und (e) mit Anschlusskontakten für die Netzpannung und einem getakteten oder geschalteten Anschlusskontakt für den Verbraucher, derart vorgesehn ist, dass die Steuereinrichtung die zeitlichen Abläufe und/oder den Laststrom durch den Verbraucher nach Massgabe der Anzahl undoder Zeitdauer von Betätigungen des Eingabemittels steuert und den aktuellen Betriebzustand an einer Anzeige optisch signalisiert. Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Steuerungstechnik.

Description

"Modul zur Zeit- uήd/oder Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers"
Die Erfindung betrifft in erster Linie ein Modul zur Zeit- und/oder Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers.
Vorrichtungen zum zeitgesteuerten Ein-/Ausschalten eines elektrischen Verbrauchers sind seit langem bekannt. Beispielsweise ist aus , der DE 32 43 108 C2 eine solche Vorrichtung für verschiedene Verbraucher in einem Kraftfahrzeug - z.B. Wisch/Wasch-Anlagen für Front- und/oder Heckfensterscheiben, Heckscheibenheizungen,' Blinkanlagen zur
Fahrtrichtungsanzeige - bekannt, welche einen im Steuerstromkreis> eines Relais liegenden, von Hand einschaltbaren Schalterkontakt aufweist, der unter dem
Einfluss einer Verzögerungseinrichtung eine vorbestimmte Dauer geschlossen bleibt. Um im Falle einer Störung des Relais oder der Verzögerungseinrichtung ein Ein- und Ausschalten des Verbrauchers zu ermöglichen, ist im einzelnen vorgesehen, dass der Steuerstromkreis über den im Stromkreis des Verbrauchers liegenden Arbeitskontakt des Relais geschleift ist, welcher gleichzeitig den Schalterkontakt zur Einschaltung der Erregung des Relais und des Zeitgliedes bildet. Weiterhin ist ein Betätigungsmechanismus vorgesehen, mittels dessen dieser Kontakt von Hand nach Belieben geöffnet und geschlossen werden kann. Dadurch ist eine Einschaltung des Verbrauchers durch einfache Betätigung des Schalterkontaktes und eine automatische zeitverzögerte Ausschaltung des Verbrauchers möglich, da dieser Schalterkontakt gleichzeitig der Arbeitskontakt des unter dem Einfluss der Verzögerungseinrichtung stehenden Relais ist. Ferner ist dafür gesorgt, dass der Arbeitskontakt von Hand in der geschlossenen Stellung verrastet und auch entrastet werden kann. Bei einer Störung des Relais oder der Verzögerungseinrichtung kann der Verbraucher im eingeschalteten Zustand gehalten werden, weil der Kontakt mittels des Betätigungsmechanismus in der Schließstellung verharrt. Eine Ausschaltung des Verbrauchers im Störungsfall ist durch Öffnen des Kontakts von Hand mittels des Betätigungsmechanismus möglich. Die Verzögerungseinrichtung kann ein Zeitglied in Form einer monostabilen Kippschaltung sein, die mit dem Schließen des Arbeitskontakts getriggert wird, um einen Erregerstromimpuls vorbestimmter Dauer an die Relaiswicklung zu liefern. Alternativ kann ein einfacher Zeitschalter verwendet werden, z. B. ein normalerweise geschlossener und sich nach bestimmter Erregungszeit öffnender Bimetallschalter. Um eine Überlastung des Verbrauchers zu verhindern, ist diesem ein Reed-Schalter mit zugehörigem Betätigungsglied vorgeschaltet. Zur Überwachung der Einschaltfunktion des Verbrauchers ist diesem eine Kontroll-Lampe parallel geschaltet.
Weiterhin sind Sicherheitsschaltungen, welche elektrische Verbraucher, z. B. in Form eines elektrischen Bügeleisens nach einer vorbestifnmten Zeit abschalten, um deren Überhitzüng zu verhindern, bekannt. Um eine Sicherheitsschaltung für einen elektrischen Kochherd anzugeben, durch welchen eine zu lange Betriebsdauer jeder einzelnen Kochstelle vermieden wird, ist es aus der DE 38 15 984 C2 bekannt, mehrere Leistungssteller, eine Dekodierlogik, eine Steuerlogik, mehrere Zähler sowie mehrere Relais vorzusehen. Zur automatischen Abschaltung des entsprechenden Verbrauchers kann alternativ ein Mikroprozessor vorgesehen werden, welcher alle Steuer- und Schaltfunktionen, einschließlich der Taktung der Verbraucher, mit Ausnahme der Relais realisiert. In ähnlicher Weise ist eine aus der DE 42 02 600 C2 bekannte Steuervorrichtung für eine aus mehreren Einheiten bestehende Klimaanlage aufgebaut, mit deren Hilfe eine Überlastung des Kompressors beim Abschalten aller Inneneinheiten verhindert und ein rascher Druckausgleich erzielt werden kann. Hierzu wertet eine Betriebsfeststelleinrichtung die EIN- bzw. AUS-Zustände aller Inneneinheiten aus und gibt dann entsprechend dem Ergebnis der Auswertung ein vorbestimmtes Ausgangssignal ab. Dieses Ausgangssignal wird an eine Verzögerungseinrichtung angelegt und nach der vorbestimmten Zeitverzögerung abgegeben. Eine Relaissteuereinrichtung empfangt das Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung und betätigt entsprechend diesem Ausgangssignal ein im Relaissteuerteil enthaltenes Relais, so dass der Kompressor über dieses Relais ein- bzw. ausgeschaltet werden kann.
Auch sind elektrische Haushaltsgeräte bekannt, insbesondere Wasser-Kessel, welche so gebaut sind, dass der eigentliche Wassertopf mit einer innenliegenden Heizung von einem Bodenteil abgenommen werden kann. In der Regel ist dem Heiz-Kreis ein Zeitkreis vorgeschaltet, der nach einer Zeit, die der maximalen Aufheiz-Zeit von ca. 4 Minuten des Gerätes entspricht, das Gerät durch ein Relais vom Netz trennt. Um bei einer geringen Wassermengenaufbereitung den Heiz-Vorgang anzupassen, ist es aus der DE 43 07 859 AI bekannt, den Zeitkreis mit gestaffelten oder mit stufenlosen Einteilungen auszugestalten, so das die Heiz-Zeit der jeweiligen Wassermenge angepasst werden kann. Dabei wird der Zeitkreis mit dem Relais über einen Stromtransformator gespeist. Sobald der Kessel von dem Unterteil abgenommen wird, fließt also auch kein Strom und das Relais fallt sofort ab. Ein erneuter Kochvorgang kann dann auch nur durch einen bewussten Start- Vorgang ausgelöst werden. Der Hilfsstrom-Kreis der Relais-Speisung, des Relais oder des Zeitkreises kann auch mit einer öffnenden Taste oder einem Schalter unterbrochen werden, so dass das Relais abfällt und das Gerät ausgeschaltet wird; mit dem Vorteil, dass die Abschalt-Kontakte im Hilfsstrom-Kreis nicht den Hauptstrom zu tragen haben. Schließlich kann parallel oder in Serie zu dem Schaltrelais eine oder mehrere ebenfalls elektromagnetische Verriegelungseinrichtungen solange und unter den Umständen wirken, wie das Relais' eingeschaltet ist. Diese Verriegelungseinrichtungen können ebenso wie das Relais durch den Stromtransformator und ber den Gleichrichter gespeist und von einem Zeitkreis in ihrer Wirkung gesteuert werden, wie das Relais. Dadurch kann z. B. bewirkt werden, dass eine Trennung des Heiz-Kessels von seinem Unterteil erst nach Ablauf der vorgegebenen Zeit möglich ist oder z. B. die Tür eines Gerätes kann erst nach einer vorgegebenen Zeit - oder nach der Abschaltung eines Motors oder einer Heizung - geöffnet werden.
Weiterhin ist ein elektrischer Schnappschalter, insbesondere Mikroschalter, mit einer Kontakte tragenden, die einzelnen Schaltstellungen einstellenden Schaltschwinge, mit einer die Schaltschwinge gegen das Haltelager ziehenden Schaltfeder und mit einem stößelartigen, bereichsweise aus dem Gehäuse herausragenden Betätigungsglied aus der DE 44 21 275 C2, bekannt, wobei im Schaltergehäuse ein mit dem Betätigungsglied zusammenarbeitender mit seinem einen Ende am Gehäuse gelagerter Zwischenhebel vorgesehen ist. Um eine möglichst genaue Führung bei der Bewegung des stößelartigen Betätigungsgliedes zu erhalten, eine kostengünstige Montage des Schnappschalters zu erzielen und auch eine einwandfreie Rückstellung des stößelartigen Betätigungsgliedes nach einer Belastung zu ermöglichen, ist im einzelnen vorgesehen, dass das stößelartige Betätigungsglied fest an dem anderen Ende des Zwischenhebels angeordnet ist und dass das Betätigungsglied bei einer Schaltbewegung unmittelbar an der Schaltfeder angreift. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass das Betätigungsglied bei seiner Bewegung im genauen Abstand von der Lagerstelle des Zwischenhebels liegt und bei der Schaltbewegung durch den Zwischenhebel geführt wird. Zur Lagesicherung der Lagerstelle des Zwischenhebels kann der einschubartige in das Gehäuse einführbare Sockel in seiner Einschubstelle bereichsweise auf wenigstens einer Hülse, insbesondere Metallhülse ruhen. Um einen wasserdichten Schnappschalter zu erlangen, kann die Einschubgehäuseöffiiung durch eine Vergussmasse abgedichtet werden.
Um unter Beibehaltung der guten ^chaltgenauigkeit und des schlagartigen Umspringens der Kontaktschwinge, die Schaltstellungen sicher und leicht einzustellen, ist in Weiterbildung hierzu aus der DE 195 15 223 AI ein Schnappschalter bekannt, bei dem das Betätigungsglied um eine Achse schwenkbar gelagert und das zweite Ende der Schaltfeder im Abstand von der Schwenkachse am Betätigungsglied befestigt ist. Bei einer Schaltbewegung des Betätigungsgliedes wird der Befestigungspunkt der Schaltfeder verschwenkt, so dass hierdurch eine Änderung der Wirkungslinie der Feder eintritt und sobald diese Linie den Angriffspunkt der Kontaktschwinge am Haltelager überstreicht, tritt schlagartig die Umschaltung ein, so dass eine sichere und leichte Umschaltung gewährleistet ist. Um den elektrischen Schnappschalter an unterschiedlichen Einsatzorten verwenden zu können, ist die aus dem Gehäuse ragende Verlängerung des Betätigungsgliedes von einem Faltenbalg umschlossen, der seinerseits am Gehäuse festgelegt ist, hierbei ist der Durchtritt der Verlängerung wasserdicht abgeschlossen.
Es sind auch elektrische Schaltgeräte, insbesondere zum Einbau in Haushaltsgeräten, Kraftfahrzeugen oder dergleichen bekannt, welche wenigstens eine mehrere Schaltstellungen einnehmende Kontaktschwinge, die sich mit ihrem einen Ende an einem Haltelager schwenkbar abstützt und die mit ihrem anderen Ende in wenigstens einer Schaltstellung einen feststehenden Gegenkontakt kontaktiert, eine Schaltfeder, die mit ihrem einen Ende an der Kontaktschwinge befestigt ist und die Kontaktschwinge an dem Haltelager hält und ein Betätigungsglied, das die Feder zur Überführung der Kontaktschwinge in ihre Schaltstellungen bewegt, aufweisen.
Um dieses Schaltgerät so zu gestalten, dass es eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten und Schaltungsarten beinhaltet und je nach Verwendungszweck das Anbringen mehrere Kontaktschwingen mit Haltelager sowie eine einfache Montage zu ermöglichen, weist ein aus der DE 44 00 772 C2 bekanntes Schaltgerät eine Metallplatte und parallel zu der Metallplatte wenigstens eine Leiterplatte auf. An der Metallplatte ist wenigstens eine Kontaktschwinge mit ihrem Hältelager und der Schaltfeder vorgesehen. Hierbei ist das Haltelager einstückig an der Metallplatte angeformt und das zweite Ende der Schaltfeder ist an der Metallplatte befestigt, während der in einer Schaltstellung mit der Kontaktschwinge in Berührung kommende Gegenkontakt an einer Leiterplatte vorgesehen und mit deren Leiterbahnen elektrisch leitend verbunden ist. Die Metallplatte, gestattet in einer Vormontage die Kontaktschwinge mit ihrem Haltelager und der Schaltfeder an der Metallplatte anzubringen, wobei weiterhin die Metallplatte durch Abbiegungen ermöglicht, das Haltelager selber als Teil der Metallplatte auszubilden. Darüber hinaus können je nach Verwendungszweck des Schaltgerätes unterschiedlich viele Kontaktschwingen mit Haltelager und SSchaltfeder angeordnet werden, die über die Metallplatte einen gemeinsamen Stromanschluss haben. Durch die parallele Anordnung der Leiterplatte kann unmittelbar in der zweiten Schaltstellung der Kontaktschwinge, diese mit dem Gegenkontakt an der Leiterplatte in Berührung treten, so dass über Metallplatten und Kontaktschwinge eine Stromzuführung zur Leiterplatte möglich ist. Bei einer Vielzahl von Kontaktschwingen ist es weiterhin möglich, die Stromzuführung beliebig auf die Leiterbahnen der Leiterplatte zu übertrageh. Hierbei kann in an sich bekannter Weise die Leiterplatte auf der der Metallplatte zugewandten Seite elektrische und/oder elektronische Bauteile wie Lampen, Widerstände od. dgl. aufnehmen. An einer Stirnseite der Leiterplatte sind die Stromanschlüsse zur Stromversorgung und zu einem zu schaltenden Gerät als gemeinsamer Steckanschluss vorgesehen. Hierdurch kann mittels einfachem Einstecken oder Aufstecken des Schaltgerätes, dieses unmittelbar an einem elektrischen Gerät befestigt werden, so dass dieses über das Schaltgerät bedienbar ist. Weiterhin ' weist die Leiterplatte eine Lampe, beispielsweise eine Glimmlampe auf, die zu einer parallel zur Metallplatte liegenden Lichtleiterplatte sich erstreckt. Durch diese Maßnahme können über die Lichtleiterplatte viele Abschnitte des Schaltgerätes beleuchtet werden. Die Betätigungsglieder können stößelartig, als Wippenschalter oder als Tast-Schiebeschalter ausgebildet werden. Das erfindungsgemäße Schaltgerät kann auch bei Haushaltsgeräten oder Küchengeräten Verwendung finden, beispielsweise bei Tiefkühlschränken, wobei ein Betätigungsglied generell zur Einschaltung des Kühlschrankes vorgesehen ist, während weitere Schalter betätigbar sind, um die verschiedenen Kühlleistungen des Tiefkühlschrankes anzusteuern. Weiterhin ist aus dem G 91 12 975.3 ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere Wippenschalter für Haushaltsgeräte bekannt. Um das Schaltgerät so zu gestalten, dass bei einem Stromausfall selbsttätig das Schaltgerät in seine Ausschaltstellung überführt wird, und sicher zu stellen, dass bei einem Wiedereinschalten des Stromes eine erneute Einschaltbewegung des Schaltgerätes erforderlich ist, ist im einzelnen vorgesehen, dass das wippenartige Betätigungsglied in Richtung auf die Ausschaltstellung federnd belastet ist und dass das wippenartige Betätigungsglied in der Einschaltstellung zeitweise zwangsgehaltert ist. Hierzu ist ein elektrischer Haltemagnet vorgesehen, der in der Einschaltstellung zu deren Aufrechterhaltung einem Metallteil gegenüberliegt und in dieser Stellung an ein Stromnetz angeschlossen ist. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass bei eingeschaltetem Gerät über den Haltemagnet zwangsweise das Schaltgerät in seiner Einschaltstellung gehaltert wird. Die federnde Vorspannung des Betätigungsgliedes in Richtung ihrer Ausschaltstellung bewirkt, dass bei Stromabfall und dadurch bedingtem Zusammenbruch des Magnetfeldes das wippenartige Betätigungsglied und damit der Schalter in seine Ausschaltstellung überführt wird. Der Schalter kann ein Stellglied aufweisen, das die Dauer der Einschaltstellung begrenzt. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass bei einem versehentlichen Vergessen des Ausschaltens auch von sich aus das Haushaltsgerät ausgeschaltet werden kann. Die Dauer der Einschaltzeit kann dabei eingestellt werden. Das Stellglied kann als elektronisches Bauteil, vorzugsweise als elektronisches Uhren-IC-Bauteil ausgebildet werden, das sicherstellt, dass nach vorbestimmter Zeit das Stellglied den Strom abschaltet und damit der Schalter in seine Ausschaltstellung überführbar ist. Bei mehreren wippenartigen Betätigungsgliedern ist jedes Betätigungsglied von einem
Haltemagneten steuerbar oder eines der Betätigungsglieder ist mit einem Haltemagneten steuerbar, und die anderen Betätigungsglieder sind über eine Kupplung mit dem ersten Betätigungsglied in die Ausschaltstellung überführbar. Bei einem in der Einschaltstellung beleuchteten Betätigungsglied sind die beiden Anschlüsse des elektrischen Haltemagneten parallel zu beiden Lampenanschlüssen geschaltet. Um ein elektrisches Schaltgerät so zu gestalten, dass die Schaltstellung sicher eingeschaltet bleibt und zur Aufrechterhaltung der Schaltstellung kein Stromverbrauch (Magnet ständig von Strom durchflössen) erfolgt und somit die Brandgefahr vermieden werden kann, ist in Weiterentwicklung hierzu aus der DE 198 02 332 AI ein Schaltgerät bekannt, bei dem der Magnet als Permanentmagnet ausgebildet ist, dessen Magnetfeld über das Magnetfeld eines Elektromagneten derart beeinflussbar ist, dass der vorgespannt gehaltene bewegliche Kontaktteil beim Aufbau des Magnetfeldes des Elektromagneten in seine andere Schaltstellung überführbar ist. Durch die Wahl eines Permanentmagneten ist es möglich, sicher und einfach eine Schaltstellung aufrecht zu erhalten, ohne dass Strom verbraucht wird. Erst zur Auflösung dieser Schaltstellung wird der Elektromagnet eingeschaltet, um das Magnetfeld des Permanentmagneten so zu überlagern, dass die vorgespannte Schaltstellung wieder einstellbar ist. Weiterhin ist vorgesehen, den Elektromagnet zur Erzeugung des Magnetfeldes kurzzeitig mit einem Stromimpuls zu belasten, welcher mit einer Steuerelektronik erzeugbar ist. Es ist vorteilhaft, bei eingeschaltetem Schaltgerät und darauf folgender Anlegung einer Spannung durch den von der Steuerelektronik erzeugten Impuls am Elektromagneten das Schaltgerät in seine Ausschaltstellung überzuführen, so dass das zu steuernde Elektrogerät, beispielsweise eine Kaffeemaschine, selber wieder vom Stromnetz getrennt wird. Weiterhin ist vorgesehen, über ein Zeitglied in der Steuerelektronik nach Erreichen einer vorbestimmten Zeit einen Abschaltimpuls am Elektromagneten zu erzeugen. Durch diesen Abschaltimpuls wird sichergestellt, dass das elektrische mit dem Schaltgerät versehene Gerät abschaltbar ist und nicht unbeabsichtigt lange an das Stromnetz angeschlossen bleibt. Die Steuerelektronik hat zwei Aufgaben, und zwar zum einen, einen Impuls zu erzeugen, wenn eine Spannung an den Schalter gelegt wird, und zum anderen nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit oder anderer Bedingungen, einen weiteren Impuls abzugeben, der den Schalter in seine Ausgangsstellung , überführt. Die Steuerelektronik kann diskret aufgebaut werden, wobei diese im wesentlichen auf einer Leiterplatte angeordnet ist, oder durch einen IC oder einen Prozessor gebildet sein. Um ein unbeabsichtigtes Ausschalten des Netzschalters bei einem Kühlgerät zu vermeiden, ist es aus der DE 195 05 173 C2 bekannt, dass ein dem Netzschalter zugeordnetes Sicherungsglied, dem ein manuell zu betätigendes Betätigungselement zugeordnet ist, vorhanden ist und dass das Sicherungsglied bei geschlossenem Netzschalter und somit eingeschaltetem Kühlgerät nach Betätigung des Betätigungselementes den Netzschalter nur dann öffnet und dadurch das Kühlgerät ausschaltet, nachdem das Betätigungselement über eine vorgegebene Zeitspanne hinweg ohne Unterbrechung betätigt wurde. Der Vorgang der Ausschaltzeitverzögerung läuft nur ab, solange das als Auslöseglied ausgestaltete Betätigungselement manuell betätigt ist. Dabei ist es zweckmäßig, bei Ablauf des wählbaren oder vorbestimmten Zeitverzögerungswertes diesen Ablauf akustisch und/oder optisch zu signalisieren, um auf den eingeleiteten Ausschaltvorgang aufmerksam zu machen. Die Steuerung des Ablaufs der Zeitverzögerungszeit wird vorzugsweise durch einen Mikroprozessor vorgenommen, der die entsprechenden Anzeigeelemente in Abhängigkeit von der Betätigung des Tastschalters steuert. Dabei ist es zweckmäßig, den Status des Gerätes in einem Speicher abzuspeichern, insbesondere in einem EEPROM, das zu Kundendienstzwecken abgefragt werden kann. Die Anzeige des Zeitverzögerungswertes kann hierbei auch im Wechsel mit einer Temperaturanzeige im gleichen Display und mittels der gleichen Anzeigeelemente vorgenommen werden. Die Einrichtung zur zeitverzögerten Abschaltung kann ein Element enthalten, das nach Art eines monostabilen Flip-Flop oder eines R-C-gesteuerten Schmitt-Trigger aufgebaut ist. Dabei ist es zweckmäßig, den Tastschalter gleichzeitig für die Wiedereinschaltung des Versorgungsstromkreises zu nutzen, wobei die Einschaltung ohne Zeitverzögerung erfolgt. Soll jedoch auch das unbeabsichtigte Einschalten nur unter Zusatzbedingungen möglich sein, kann auch der Einschaltvorgang analog dem Ausschaltvorgang mit entsprechenden Einrichtungen gesteuert werden
Wie die vorstehende Würdigung des Standes der Technik aufzeigt, sind für unterschiedliche Anwendungsfälle entsprechend ausgestaltete Schalter oder Schaltgeräte mit oder ohne Zeitverzögerung bekannt. In der Regel erfordern jedoch die bekannten Schalter eine aufwendige mechanische Konstruktion, insbesondere wenn eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten und Schaltungsarten ermöglicht werden soll. Durch eine Steuerelektronik kann zwar eine Anpassung des Ein- oder Ausschaltens für den jeweiligen Anwendungsfall vorgenommen werden. Dabei wird aber nicht beachtet, dass häufig auch eine Steuerung des Laststroms durch den elektrischen Verbraucher erforderlich ist. Da eine solche Steuerung von großem Nutzen ist und diese einen hohen zusätzlichen kostenmäßigen Aufwand erfordert, konnten bisher die Anforderungen hinsichtlich Schalt- und Steuerungsfunktionen nicht kostengünstig realisiert werden. Besonders bedeutsam ist dies, weil sowohl die Haushaltsgeräte-Industrie als auch die Automobilindustrie als äußerst fortschrittliche, entwicklungsfreudige Industrien anzusehen sind, die sehr schnell Verbesserungen und Vereinfachungen aufgreifen und in die Tat umsetzen.
Der Erfindung liegt gegenüber den bekannten Schaltern bzw. Schaltgeräten die Aufgabe zugrunde, ein Modul zur Zeit- und/oder Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers derart auszugestalten, dass dieses an eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten und Schaltungsarten anpassbar ist und den Benutzer ein einfaches Bedienen und/oder Steuern ermöglicht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Modul zur Zeit- und/oder Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers,
• mit einem auf einer Leiterplatte angeordneten Netzteil,
• mit einer mit dem Netzteil verbundenen Steuereinrichtung, • mit mindestens einem mit dem Netzteil verbundenen Leistungsschalter oder
Relais, welches mit der Steuereinrichtung in Verbindung steht,
• mit mindestens einem mit der Steuereinrichtung verbundenen Eingabemittel und
• mit Anschlusskontakten für die Netzspannung und einem getakteten oder geschalteten Anschlusskontakt für den Verbraucher, derart vorgesehen ist, dass die Steuereinrichtung die zeitlichen Abläufe und/oder den Laststrom durch den Verbraucher nach Maßgabe der Anzahl und/oder Zeitdauer von Betätigungen des Eingabemittels' steuert und den aktuellen Betriebzustand an einer Anzeige optisch signalisiert.
Das erfindungsgemäße Modul weist den Vorteil auf, dass auf überraschend einfache und . kostengünstige Art und Weise das Modul an die verschiedenartigsten Anwendungsfälle angepasst werden kann. Das Modul ist einfach zu bedienen und kann vom Benutzer entsprechend den jeweiligen Anforderungen oder Funktionen eingestellt/programmiert werden. Durch das Netzteil-on-board kann der Energieverbrauch des Moduls optimiert werden. Hinzu kommt, dass in folge der Trennung in Schwachstrom- und Lastkreis eine Anpassung hinsichtlich der Anforderungen, welche Last geschaltet oder gesteuert werden soll, vorgenommen werden kann. Dadurch, dass eine optische Signalisierung am Modul erfolgt, ist der Benutzer stets über den aktuellen Betriebszustand oder über die durch die Eingabe bewirkte Einstellung und/oder Funktion informiert. Weiterhin ist es durchaus möglich, dass die Steuereinrichtung Teilaufgaben einer übergeordneten Steuerung übernimmt, wobei zur Kommunikation eine netzgebundene Übertragungstechnik, insbesondere über das 230V/50Hz-Stromversorgungsnetz (oder ein anderes, z.B. 110V/60Hz-Netz), eingesetzt werden kann. /Schließlich weist das erfindungsgemäße Modul den Vorteil auf, dass durch die Steuerung nach Maßgabe der Anzahl und Zeitdauer von Betätigungen, quasi eine doppelte Anzahl von verschiedenartigen Steuerbefehlen zur Verfügung steht. Beispielsweise ist es möglich, durch eine entsprechend lange Betätigung die Steuereinrichtung auf die Funktion „Kindersicherung" einzustellen und durch einen nachfolgenden Befehl (mehrfache kurze Tastenbetätigung) die Kindersicherung nach einer bestimmten Zeitdauer wieder aufzuheben.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist, gemäß Patentanspruch 2, das Netzteil als kapazitives oder ohmsches Netzteil ausgestaltet. Diese Ausgestaltung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass je nach Anforderung hinsichtlich Last/Laststrom das Netzteil aufgebaut werden kann. Der Stromverbrauch infolge der Spannungsversorgung für die Steuereinrichtung ist zu vernachlässigen.
In Weiterbildung der Erfindung ist, gemäß Patentanspruch 4, als Eingabemittel ein Taster oder ein Leiterbahnen der Leiterplatte überbrückendes Kontaktteil vorgesehen und auf der Leiterplatte sind die Anschlusskontakte angeordnet.
Diese Weiterbildung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass dem Benutzer bei Tasterbetätigung das Schließen der Kontakte auch akustisch signalisiert werden. Durch die Anordnung der Anschlusskontakte auf der Leiterplatte oder Benutzung des Kontaktteils als Eingabemittel wird eine einfache Montage und ein kompakter Aufbau des Moduls ermöglicht.
Vorzugsweise ist, gemäß Patentanspruch 5, zwischen Steuereinrichtung und Relais ein elektrischer Schalter angeordnet.
Hierdurch kann eine exakte Steuerung auch bei Verwendung unterschiedlicher Relais erfolgen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist, gemäß Patentanspruch 6, als Anzeige mindestens eine Leuchtdiode vorgesehen, welche in Serie zum von der Steuereinrichtung getakteten Relais liegt und in den Impulspausen speist die magnetische Feldenergie der Relaisspule über eine zur Serienschaltung parallel angeordnete Freilaufdiode die Leuchtdiode.
Diese Ausgestaltung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass die Leuchtdiode auch in Impulspausen für eine begrenzte Zeit weiter leuchtet. In Weiterbildung der Erfindung sind, gemäß Patentanspruch 8, auf der Leiterplatte zwei Eingabemittel angeordnet und die Leiterplatte trägt ein an diese angreifendes Betätigungsglied. Weiterhin ist, gemäß Patentanspruch 9, das Betätigungsglied ein federelastischer, im wesentlicher T-formiger Hohlkörper, zur wahlweisen Betätigung der im Bereich der gegenüberliegenden Enden angeordneten Eingabemittel. '
Diese Weiterbildung der Erfindung weist die Vorteile auf, dass die Eingabemittel als Anschlag für das Betätigungsglied wirken und dass durch die federelastische Ausgestaltung, die Betätigungskräfte weitgehend kompensiert werden und beim Loslassen eine automatische Rückstellung in die Ausgangslage erfolgt.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verrastet, gemäß Patentanspruch 12, das Betätigungsglied federelastisch in der Leiterplatte und bei einer Betätigung in Richtung der axialen Erstreckung des Schafts wird ein weiteres Eingabemittel betätigt oder es werden gleichzeitig die beiden Eingabemittel betätigt.
Durch die federelastische Ausgestaltung können auf einfache Art und Weise Sonderfunktionen aktiviert werden, welche sich auch durch die Bedienung von den üblichen Funktionen unterscheiden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmen. In der Zeichnung zeigt:
FIG. 1 eine bevorzugte Ausführungsform für die elektrische Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Moduls,
FIG. 2 den zeitlichen Verlauf für die impulsformige Ansteuerung eines Relais,
FIG. 3a und
FIG. 3b den Stromfluss für „Transistor leitend" und „Transistor gesperrt", FIG. 4a und
FIG. 4b eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls in der Draufsicht und in der Seitenansicht,
FIG. 5 eine Ausführungsform mit Leiterplatte und Tochterleiterplatte und
FIG. 6 eine Ausführungsform für ein kapazitives Netzteil.
Eine bevorzugte Ausführungsform für die elektrische Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Moduls zur Zeit- und/oder Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers ist in FIG. 1 dargestellt. Bei der in FIG. 1 dargestellten Ausführungsform weist das Modul ein auf einer Leiterplatte LP angeordnetes ohmsches Netzteil (Dl, Rl, Cl, D2, C2, D3, R2) auf, während in FIG. 6 eine Ausführungsform für ein kapazitives Netzteil (Dl, D6, C3, Rl, R2 sowie D2/C1 und D3/C2) dargestellt ist. Mit dem Netzteil sind eine Steuereinrichtung MCU sowie Leistungsschalter oder Relais REL verbunden, welches mit der Steuereinrichtung MCU in Verbindung steht. Weiterhin sind mindestens ein mit der Steuereinrichtung MCU verbundenes Eingabemittel SI sowie Anschlusskontakte Kl, K2 für die Netzspannung und ein getakteter oder geschalteter Anschlusskontakt K3 für den Verbraucher vorgesehen. Die Steuereimichtung MCU steuert die zeitlichen Abläufe und/oder den Laststrom durch den Verbraucher nach Maßgabe der Anzahl und/oder Zeitdauer von Betätigungen des Eingabemittels S 1 und signalisiert den aktuellen Betriebzustand an einer Anzeige D4 optisch.
Zwischen Steuereinrichtung MCU und Relais REL ist ein elektrischer Schalter, vorzugsweise ein Transistor Tl, angeordnet, wobei an der Basis des Transistors Tl ein ohmscher Spannungsteiler R3, R4 anliegt. Als Anzeige ist mindestens eine Leuchtdiode D4 vorgesehen, welche in Serie zum von der Steuereinrichtung MCU getakteten Relais REL liegt und wobei in den Impulspausen die magnetische Feldenergie der Relaisspule über eine zur Serienschaltung parallel angeordnete Freilaufdiode D5 die Leuchtdiode D4 speist. Als Eingabemittel ist ein Taster SI oder ein Leiterbahnen der Leiterplatte LP überbrückendes Kontaktteil vorgesehen und auf der Leiterplatte LP sind die Anschlusskontakte Kl, K2, K3 angeordnet.
Wie FIG. 4a und FIG. 4b aufzeigen, können auf der Leiterplatte LP zwei Eingabemittel SI, S2 angeordnet werden und die Leiterplatte LP trägt ein an diese angreifendes Betätigungsglied W. Das Betätigungsglied ist vorzugsweise ein federelastischer, im wesentlicher T-formiger Hohlkörper W, welcher zur wahlweisen Betätigung der im Bereich der gegenüberliegenden Enden angeordneten Eingabemittel SI, S2 dient. Die Leuchtdiode D4 kann vorzugsweise im Bereich des Schafts des Hohlkörpers W angeordnet werden. In besonderer Ausgestaltung ist der Hohlkörper W im Schaftbereich durchsichtig und durch die Steuereinrichtung MCU ist die Anzeige mehrfarbig und/oder blinkend ansteuerbar. Vorzugsweise verrastet das Betätigungsglied W federelastisch in der Leiterplatte LP und bei einer Betätigung in Richtung der axialen Erstreckung des Schafts wird ein weiteres Eingabemittel betätigt oder es werden gleichzeitig die beiden Eingabemittel SI, S2 betätigt.
Bei der in FIG. 5 dargestellten Ausgestaltung ist das Betätigungsglied W auf einer Tochterleiterplatte TLP angeordnet. Das Modul selber kann bei allen in den FIG. 1 bis FIG. 6 dargestellten Ausgestaltungen ein Gehäuse aufweisen.
Das in FIG. 1 dargestellte ohmsche Netzteil wird aus den Elementen Dl, Rl, R2 sowie
D2/C1 und D3/C2 gebildet. Die Diode D3 stellt die stabilisierte Versorgungsspannung für die Steuereinrichtung MCU bereit; diese Spannung wird durch den Kondensator C2 geglättet. Die Diode D2 erzeugt eine mit dem Kondensator Cl geglättete Spannung, die
• als Versorgungsspannung für das Relais REL dient und ,
• zusammen mit der Spannung über der Diode D3 die Verlustleistung der Widerstände Rl und R2 so minimiert, dass dort Widerstände kleiner Leistung verwendet werden können. Aufgrund der Netzteilstruktur greift der beim Schalten des Relais REL durch dessen Stromaufhahme auftretende Spannüngseinbruch nicht auf die Spannung über die Diode D3 durch, da der Strom des Relais REL ebenfalls durch die Diode D3 fließt.
Das in FIG. 6 dargestellte kapazitive Netzteil wird aus den Elementen Dl, D6, C3, Rl, R2 sowie D2/C1 und D3/C2 gebildet, wobei die Diode D6 der Entladung des als Vorwiderstand wirkenden Kondensators C3 dient. Die Diode D3 stellt die stabilisierte , Versorgungsspannung für die Steuereinrichtung MCU bereit, geglättet durch den Kondensator C2. Die Diode D2 erzeugt eine mit dem Kondensator Cl geglätte Spannung, die
• als Versorgungsspannung für das Relais REL dient und
• zusammen mit der Spannung über der Diode D3 die Kapazität vom Kondensator C3 so minimiert, dass dort ein kleiner kostengünstiger Kondensator verwendet werden kann. Aufgrund der Netzteilstruktur greift der beim Schalten des Relais REL durch dessen Stromaufhahme auftretende Spannungseinbruch nicht auf die Spannung über der Diode D3 durch, da der Strom des Relais ebenfalls durch die Diode D3 fließt. Dieses Netzteil findet insbesondere Anwendung bei hohen Netzspannungen (z.B. 230VAC).
Die Steuereinrichtung MCU überwacht die durch Tastenbetätigung spezifizierten zeitlichen Abläufe, z.B.
• Einschalten des Verbrauchers für 120min nach Betätigung von START
• Tastung des Verbrauchers (30sec an/30sec aus) für 120min nach Betätigung von START • Tastung des Verbrauchers (30sec an/30sec aus) für 10min nach erster Betätigung von START und dauerhaftes Einschalten des Verbrauchers für 10min nach zweiter Betätigung von START (innerhalb von z.B. 2sec) und schaltet den Verbraucher über die Schaltstufe (Relais) entsprechend. Das Relais wird, wie in FIG. 2 dargestellt, impulsformig angesteuert. Nach Aktivierung des Relais REL wird dieses zunächst für die Zeit tQN (Z-B- 10ms) eingeschaltet, um ein sicheres Schließen des Relaiskontaktes zu gewährleistet; diese Zeit muss größer sein als die mechanische Anzugszeit des Relais REL. Nach Ablauf von tQN wird das Relais REL impulsfδrmig für die Zeit
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eingeschaltet, wobei Frequenz und Tastverhältnis geeignet hinsichtlich Haltevermögen, Spannung über der Diode D2 und Strom gewählt werden müssen (z.B. 1kHz, 1:2). Die Taktung ermöglicht den Betrieb des Relais REL an einer wesentlich höheren Spannung als die nominale Betriebsspannung (100%) mit einem mittleren Relaisstrom, der kleiner oder gleich des Nennstromes des Relais REL ist. Hierdurch wird die Verlustleistung des ohmschen Netzteiles minimiert.
Bei - wie in FIG. 3a dargestellt - leitendem Transistor Tl fließt der für die Betätigung des Relaiskontaktes erforderliche Spulenstrom ebenfalls durch die Leuchtdiode D4. Der Spulenstrom wird begrenzt durch 1. Max. zulässigem Spulenstrom bei gegebener Taktfrequenz und gegebenem
Tastverhältnis
2. Max. zulässigem Leuchtdiodenstrom bei gegebener Taktfrequenz und gegebenem Tastverhältnis
3. Umgebungstemperatur und Selbsterwärmung der Leuchtdiode bei gegebener Taktfrequenz und gegebenem Tastverhältnis
Bei gesperrtem Transistor Tl (siehe FIG. 3b) wird - wenn der Transistor Tl zuvor leitend war - gemäß Induktionsgesetz die magnetische Feldenergie der Relaisspule in Form eines Stromes durch die Diode D5 und die Leuchtdiode D4 abgebaut; strombegrenzend wirkt hierbei der Innenwiderstand der Spule. Hierdurch wird erreicht, dass die Leuchtdiode D4 auch in Impulspausen für eine begrenzte Zeit weiter leuchtet.
Das erfindungsgemäße Modul eignet sich vorzugsweise zum Einbau in
Haushaltsgeräten, Kraftfahrzeugen, Klimaanlagen oder dergleichen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann auch eine Sicherheitsschaltung für den elektrischen Verbraucher, z. B. in Form eines elektrischen Bügeleisens, oder eine Kindersicherung (beispielsweise für Haushaltsgefrier- und kühlgeräte) realisiert werden. Von besonderem Vorteil sind die vielfältigen Möglichkeit der bedienungsfreundlichen Zeit- und Leistungssteuerung, beispielsweise der Einstellung der Warmhaltezeit oder Tassenzahl bei einem Kaffeeautomaten, oder die Einstellung der Temperatur bei einem Bügeleisen, wobei hier insbesondere ein sonst erforderlicher Temperaturregler entfallen kann. Durch die optische Signalisierung wird der Bedienungskomfort weiter verbessert; gleiches wird durch eine hörbare Tastung' (Verrastung) erzielt. Weiterhin ist von Vorteil, dass durch die kompakte Bauweise der Einbauraum gering ist und das Modul auch die einfachen Abdichtung ermöglicht (lediglich die Anschlusskontakte sind aus dem Gehäuse des Moduls nach außen zu führen). Insbesondere kann das Modul auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen, beispielsweise in der Fertigung oder im Untertagebau, eingesetzt werden. Schließlich kann die Steuereinrichtung auch zur Steuerung mehrerer Leistungsschalter oder Relais benutzt werden und kann auch in einen Installationsbus (einschließlich der Funktionen: Messen, Überwachen, Fernsteuern und Kommunikation, wobei die Daten und Werte dann über das Stromnetz als PowerLine- Signale zu einem zentralen Steuer- und Verarbeitungssystem transportiert und dort ausgewertet werden; somit ist dann z.B. die Kontrolle bzw. Steuerung der Energiequalität und/oder die Energieverrechnung möglich) eingefügt werden. " . >
Alle dargestellten und beschriebenen Ausführungsmöglichkeiten, sowie alle in der Beschreibung und/oder der Zeichnung offenbarten neuen Einzelmerkmale und ihre Kombination untereinander, sind erfindungswesentlich. Beispielsweise können berührungssensitive Eingabemittel oder kombinierte Eingabe-ZAnzeigemittel oder eine vierfach Schaltwippe mit Anordnung der Anzeigemittel an den Kreuzenden eingesetzt werden u.a.

Claims

Patentansprüche
1. Modul zur Zeit- und/oder Leistungssteuerung eines elektrischen Verbrauchers,
• mit einem auf einer Leiterplatte (LP) angeordneten Netzteil (Dl, Rl, Cl, D2, C2, D3, R2), • mit einer mit dem Netzteil (Dl, Rl, Cl, D2, C2, D3, R2) verbundenen
Steuereinrichtung (MCU),
• mit mindestens einem mit dem Netzteil (Dl, Rl, Cl, D2, C2, D3, R2) verbundenen Leistungsschalter oder Relais (REL), welches mit der Steuereinrichtung (MCU) in Verbindung steht, • mit mindestens einem mit der Steuereinrichtung (MCU) verbundenen
Eingabemittel S 1 ) und
• mit Anschlusskontakten (Kl, K2) für die Netzspannung und einem getakteten oder geschalteten Anschlusskontakt (K3) für den Verbraucher, derart,' dass die Steuereinrichtung (MCU) die zeitlichen Abläufe und/oder den Laststrom durch den Verbraucher nach rvlaßgabe der Anzahl und/oder
Zeitdauer von Betätigungen des Eingabemittels (SI) steuert und den aktuellen Betriebzustand an .einer Anzeige (D4) optisch signalisiert.
2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzteil als kapazitives öden ohmsches Netzteil (Dl, Rl, Cl, D2, C2, D3, R2) ausgestaltet ist.
3. Modul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ohmsche Netzteil aus Gleichrichter (Dl), Vorwiderständen (Rl, R2) und in Serie liegenden Dioden (D2, D3) sowie hierzu parallel geschalteten Kondensatoren (Cl, C2) aufgebaut ist, wobei die stabilisierte Versorgungsspannung für die Steuereinrichtung (MCU) und das Relais (REL) an den beiden Dioden (D2, D3) abgreifbar ist.
4. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingabemittel (SI) ein Taster (SI) oder ein Leiterbahnen der Leiterplatte (LP) überbrückendes Kontaktteil vorgesehen ist und dass auf der Leiterplatte (LP) die Anschlusskontakte (Kl, K2, K3) angeordnet sind.
5. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Steuereinrichtung (MCU) und Relais (REL) ein elektrischer Schalter (Tl) angeordnet ist.
6. Modul nach Anspruch 1 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Anzeige mindestens eine Leuchtdiode (D4) vorgesehen ist, welche in Serie zum von der Steuereinrichtung (MCU) getakteten Relais (REL) liegt und dass in den Impulspausen die magnetische Feldenergie der Relaisspule über eine zur Serienschaltung parallel angeordnete Freilaufdiode (D5) die Leuchtdiode (D4) speist.
7. Modul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrischer Schalter ein Transistor (Tl) benutzt wird und dass an der Basis des Transistors (Tl) ein Spannungsteiler (R3, R4) angeordnet ist.
8. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Leiterplatte (LP) zwei Eingabemittel (SI, S2) angeordnet sind und dass die Leiterplatte (LP) ein an diese angreifendes Betätigungsglied (W) trägt.
. Modul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied ein federelastischer, im wesentlicher T-formiger Hohlkörper (W) ist, zur wahlweisen Betätigung der im Bereich der gegenüberliegenden Enden angeordneten Eingabemittel (SI, S2).
10. Modul nach Anspruch 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiode (D4) im Bereich des Schafts des Hohlkörpers (W) angeordnet ist.
11. Modul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (W) im Schaftbereich durchsichtig ist und dass durch die Steuereinrichtung (MCU). die Anzeige mehrfarbig und/oder blinkend ansteuerbar ist.
12. Modul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied (W) federelastisch in der Leiterplatte (LP) verrastet ist und dass bei einer Betätigung in Richtung der axialen Erstreckung des Schafts ein weiteres
Eingabemittel betätigt wird oder gleichzeitig die beiden Eingabemittel (SI, S2) betätigt werden.
13. Modul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied (W) auf einer Tochterleiterplatte (TLP) angeordnet ist.
14. Modul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das kapazitive Netzteil (Dl, D6, C3, Rl, R2 sowie D2/C1 und D3/C2) eine Diode (D6) zur Entladung eines als Vorwiderstand wirkenden Kondensators (C3) aufweist und wobei die stabilisierte Versorgungsspannung für die Steuereinrichtung (MCU) und für das
Relais (REL) an zwei in Serie liegenden Dioden (D2, D3) mit zur Glättung parallel geschalteten Kondensatoren (Cl, C2) ab greifbar ist.
15. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch die Anordnung in einem Gehäuse.
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