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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Schalteranordnungen. Verschiedene Ausführungsformen können elektronische Schalteranordnungen vom Wand-Typ betreffen.
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Technologischer Hintergrund
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1 zeigt ein Schaltdiagramm, das dazu ausgelegt ist, dazu verwendet zu werden, einen Verbraucher L von einer Netzversorgung N (zum Beispiel einer 220 V/50 Hz- oder einer 120 V/60 Hz-Versorgung, gemäß dem europäischen bzw. amerikanischen Standard) durch ein so genanntes „Doppelschalten” zu liefern, d. h. über einen ersten und einen zweiten Schalter 10 und 12, die dazu eingerichtet sind, zum Beispiel in verschiedenen Positionen im gleichen Raum, an beiden Enden eines Korridors oder im oberen und unteren Stockwerk angeordnet zu werden, so dass jeder Schalter 10 und 12 dazu verwendet werden kann, den Verbraucher L zu aktivieren und zu deaktivieren, zum Beispiel um eine Lichtquelle ein- und auszuschalten.
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Das zuvor erwähnte Resultat kann durch Bereitstellung eines ersten elektrischen Kontakts 14, der dazu ausgelegt ist, einen der Pole der Versorgung N (zum Beispiel der neutrale Pol) mit einem Ende des Verbrauchers L zu verbinden, und durch Implementierung beider Elemente 10 und 12 als Schalter erhalten werden.
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Insbesondere ist der erste Schalter 10 derart verbunden, dass er den anderen Pol 16 (zum Beispiel den Phasenpol) der Versorgung N alternativ an den einen oder den anderen von zwei „Heißkontakten” 18, 20 lenken kann. Derartige Kontakte werden manchmal als „geschaltete Leitungen” bezeichnet und werden allgemein als „Schalterleitungen” bezeichnet.
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Der zweite Schalter 12 ist derart eingerichtet, dass er den Verbraucher L alternativ mit dem einen oder dem anderen der Kontakte 18 und 20 durch einen Kontakt 22, gegenüber dem mit Kontakt 14 verbundenen Anschluss, verbindet.
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Der Betrieb der in
1 gezeigten Verbindungsanordnung (auch in Dokumenten wie zum Beispiel
US-A-2007/0171625 oder
US-A-2010/0288609 beschrieben) basiert auf der Tatsache, dass:
- – der Schalter 10 es gestattet, den Verbraucher L auf der Grundlage davon, ob sein beweglicher Kontakt zu dem einen Kontakt, 18 oder 20, der derzeit über den Schalter 12 mit dem als Verbraucher L bezeichneten Kontakt 22 verbunden ist, hin oder davon wegbewegt wurde, zu aktivieren oder zu deaktivieren, und
- – der Schalter 12 es gestattet, den Verbraucher L auf der Grundlage davon, ob sein beweglicher Kontakt zu dem einen Kontakt, 18 oder 20, der derzeit über den Schalter 10 mit der Leitung 16 verbunden ist, hin oder davon wegbewegt wurde, zu aktivieren oder zu deaktivieren.
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Die strichpunktierte Linie in 1 zeigt die Möglichkeit, dass die eingeschlossenen Elemente ein einziges Element bilden, das dazu ausgelegt ist, an einer Wandsteckdose befestigt zu werden, zum Beispiel in Form eines sogenannten eingebetteten Moduls.
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Beide oben erwähnten Dokumente zeigen darüber hinaus die Möglichkeit, eine zusätzliche Beleuchtungsquelle wie eine LED, die dazu ausgelegt ist, eine Funktion, die Schalteranordnung im Dunklen aufzuzeigen und/oder zu zeigen, ob der Verbraucher derzeit aktiviert oder deaktiviert ist, durchzuführen, mit der zuvor beschriebenen Schaltungsanordnung zu verbinden.
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Die Druckschrift
DE 10 2009 060 435 A1 beschreibt einen fernsteuerbaren Schalter, wobei der fernsteuerbare Schalter eingerichtet ist aufgrund dem Messsignal einer Strommesseinrichtung zu schalten.
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Die Druckschrift
US 2010/0278537 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden eines Geräts an einen Wechselstrom, wobei Wechselstromschalter mittels einer Fernsteuerung angesteuert werden.
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Die Druckschrift
US 2010/0288609 A1 beschreibt einen elektronischen Schalter, wobei Licht durch den Schalter, je nach Schalterstellung, durchscheint.
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Aufgabe und Kurzdarstellung
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Bei derzeitigen elektrischen Geräten, insbesondere bei der Domotik, verdeutlicht sich der Bedarf und/oder der Vorteil des Ersetzens eines mechanischen Schalters, wie zum Beispiel Schalter 12 in 1, mit einem elektronischen Schalter (zum Beispiel einem Relais), auch wenn man bedenkt, dass weitere elektronische Schaltkreise, zum Beispiel ein Mikrocontroller, die dazu ausgelegt sind, verschiedene Funktionen durchzuführen, darunter gegebenenfalls die Ansteuerung des elektronischen Schalters, mit einem derartigen Schalter verbunden werden können.
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Ein derartiger Schalter und die möglicherweise damit verbundenen elektronischen Schaltungen müssen jedoch mit Strom versorgt werden, und dieses würde grundsätzlich erfordern, dass der in 1 gezeigten Anordnung ein weiterer Stromzuführungskontakt (eine weitere „Stufe”), der dazu ausgelegt ist, die elektronische Schaltung zu versorgen, hinzugefügt wird.
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, dass ein mechanischer Schalter mit einem elektronischen Schalter (Relais) in der Schaltungsanordnung von 1 ersetzt werden kann, ohne dass ein weiterer Kontakt oder eine weitere „Stufe” verwendet werden muss.
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Eine weitere Aufgabe ist es, dass ein derartiges Ersetzen stattfinden kann, ohne die Fähigkeit der fortführenden Aktivierung und Deaktivierung des Verbrauchers über den mechanischen Schalter aufs Spiel zu setzen.
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Erfindungsgemäß wird eine derartige Aufgabe durch eine Schalteranordnung mit den speziell in den folgenden Ansprüchen aufgezählten Merkmalen erreicht.
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Die Ansprüche bilden einen integralen Teil der technischen Lehre der hier bereitgestellten Erfindung.
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Verschiedene Ausführungsformen sehen das Ersetzen eines mechanischen Schalters mit einem elektronischen Schalter vor, ohne dass weitere Stromzuführungskontakte hinzugefügt werden müssen. Dies gilt sowohl für Eingriffe in existierende Geräte als auch im Fall von neuen Geräten.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Verbraucher selbst bei Versagen des elektronischen Teils angesteuert werden.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Verbraucher noch immer durch einen mechanischen Schalter aktiviert und deaktiviert werden.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird nun lediglich als nichteinschränkendes Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Ansichten beschrieben, wobei:
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1 oben schon beschrieben wurde und
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2 einen Schaltplan einer Ausführungsform zeigt.
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Ausführliche Beschreibung
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In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. In verschiedenen Beispielen wurden wohlbekannte Strukturen, Materialien oder Verfahren nicht ausführlich beschrieben, um ein Verdunkeln der Aspekte der Ausführungsformen zu vermeiden.
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In der vorliegenden Patentschrift bedeutet eine Bezugnahme auf „eine Ausführungsform”, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder Charakteristik, die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Somit bezieht sich das Auftreten des Ausdrucks „in einer Ausführungsform” an verschiedenen Stellen in dieser Patentschrift nicht notwendigerweise immer auf die gleiche Ausführungsform. Zudem können die bestimmten Merkmale, Strukturen oder Charakteristika bei einer oder mehreren Ausführungsformen beliebig kombiniert werden.
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Die hier bereitgestellten Überschriften dienen lediglich der Zweckmäßigkeit und interpretieren nicht den Umfang oder die Bedeutung der Ausführungsformen.
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Darüber hinaus sind miteinander äquivalente Elemente oder Komponenten in den verschiedenen Figuren durch die gleichen Bezüge bezeichnet. Um die vorliegende Beschreibung von Ausführungsformen nicht zu überladen, wird die zuvor mit Bezug auf 1 ausgeführte Beschreibung daher für 2 nicht wiederholt.
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Allgemein gesprochen sind beide in den Figuren gezeigten Schaltpläne Beispiele einer Schalteranordnung zur Zuführung von Strom zu Anordnungen eines Verbrauchers L, mit verschiedenen Aktivierungspunkten. Zum Beispiel kann der Verbraucher L eine Lichtquelle sein, die zur Betonung, dass der Verbraucher L selbst Teil der Schalteranordnung ist, durch Strichlinien gezeigt ist. Das zuvor erwähnte Dokument
US-A-2007/0171625 deutet die Möglichkeit an, eine derartige Anordnung in Kombination mit mehr als zwei Aktivierungspunkten zu verwenden.
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Beide in den Figuren gezeigten Schaltungsanordnungen weisen Folgendes auf:
- – ein Paar geschaltete Leitungen oder Schalterleitungskontakte 18, 20, die alternativ mit der Eingangsstromversorgung N verbindbar sind (durch den Schalter 10, der auf jeden Fall als separate Komponente implementiert werden kann, die nicht in der gleichen Anordnung enthalten sein muss); die Stromversorgung N kann gemäß dem vorherigen Beispiel Wechselstrom oder Gleichstrom sein; und
- – einen Schalter (einen mechanischen Schalter, wie in 1 mit 12 bezeichnet, oder einen elektronischen Schalter, wie in 2 mit 120 bezeichnet) mit einem Ausgangskontakt 22, der alternativ gemäß der Position des jeweiligen bewegbaren Kontakts jeweils mit dem einen oder dem anderen der Kontakte 18 oder 20 verbindbar ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen wird der mechanische Schalter 12 in 1 durch einen Schalter oder elektronischen Schalter 120 ersetzt (zum Beispiel ein Relais einer beliebigen bekannten Art, d. h. entweder manuell betrieben oder automatisch betrieben, zum Beispiel durch eine Infrarot- oder drahtlose Fernbedienung).
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In dieser Hinsicht ist es hervorzuheben, dass verschiedene Ausführungsformen die Lösung, bei der Kontakte 18, 20 alternativ mit der Eingangsstromversorgung N verbindbar gemacht werden, gänzlich auslassen können.
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Insbesondere kann es sich bei dem Schalter 10 in 2 um eine separate Komponente handeln, die nicht in der Schalteranordnung gemäß den Ausführungsformen enthalten ist. Zum Beispiel kann der Schalter 10 in 2 einfach der gleiche Schalter wie in 1 sein, d. h. eine existierende Komponente oder ein existierendes Modul, die bzw. das schon eingebaut ist und nicht ersetzt wird, während der Schalter 12 von 1 durch einen elektronischen Schalter gemäß der Ausführungsformen ersetzt wird.
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In Bezug auf die Verbindung des Kontakts 22 (Verbraucher) mit dem einen oder dem anderen der Kontakte 18 und 20 ist der elektronische Schalter 120 dazu ausgelegt, die gleichen Funktionen mit der gleichen Leistung, wie schon mit Bezug auf den mechanischen Schalter 12 beschrieben, durchzuführen.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen kann mit dem Schalter 120 eine weitere elektronische Schaltung 1200 verbunden werden, wie zum Beispiel ein Mikrocontroller oder eine andere Einrichtung, die dazu ausgelegt ist, verschiedene mehr oder weniger komplexe Funktionen durchzuführen, darunter möglicherweise die Ansteuerung des elektronischen Schalters durch eine Leitung 120a.
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Das beispielhafte Diagramm von 2 zeigt die Möglichkeit, ein Betriebselement 120b mit der Schaltung 1200 zu verbinden, welches dazu verwendet werden kann, über die Schaltung 1200 das Schalten des elektronischen Schalters 120 zu steuern.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuerelement 120b zum Beispiel Folgendes aufweisen:
- – einen mechanischen Schalter,
- – einen Berührungsschalter,
- – ein über Infrarot oder drahtlos fernbedientes Element.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der mechanische Schalter 120b einfach aus dem mechanischen Schalter 12 von 1 bestehen, der, obwohl er für die Stromversorgung durch den Verbraucher L durch den elektronischen Schalter 120 ersetzt wurde, an seiner Stelle gelassen wurde und weiterhin zur Steuerung der elektronischen Schalteranordnung verwendet wird, die mit den zusätzlichen Funktionen, die von der Schaltung 1200 angeboten werden, „angereichert” wurde.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen ist zur Gewährleistung der Ansteuerfunktion des Schalters 120 (zum Beispiel wie im veranschaulichten Fall während die Versorgung der Schaltung 1200 gewährleistet wird) die Schaltung 1200 mit einer Stromzuführungsleitung 122 verbunden, die mit zwei Stromzuführungselementen 124, 126 verbunden ist, die dazu ausgelegt sind, auf verschiedene Weisen implementiert zu sein.
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Zur einfacheren Veranschaulichung wird mit den Symbolen, die in Blöcken 124 und 126 von 2 gezeigt werden, die Möglichkeit ausgedrückt, dass eine Leitung 122 mit den miteinander verbundenen Kathoden zweier Dioden verbunden sein kann, deren Anoden jeweils mit dem einen und dem anderen der Schalterleitungskontakte 18 und 20 verbunden sind.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen ist darüber hinaus die Schaltung 1200 mit dem neutralen Kontakt 14 verbunden.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen wird die Schaltung 1200 (und damit der elektronische Schalter 120) durch die Leitung 122 versorgt/angesteuert, während sie ihren Strom von beiden Schalterleitungskontakten 18 und 20 durch die Elemente 124 und 126 bezieht.
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Dies nutzt den Tatbestand aus, dass in der vorliegend beschriebenen Lösung, unabhängig von der Stellung des Schalters 10, einer der Kontakte 18 und 20 auf jeden Fall mit der Leitung 16 und damit mit der Netzversorgung N verbunden ist.
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Mit anderen Worten gilt in verschiedenen Ausführungsformen Folgendes:
- – der Schalter 120 kann ein elektronischer Schalter mit einer jeweiligen Stromzuführungsleitung 122 sein (zum Beispiel, weil, wie in dem veranschaulichten Beispiel, der Schalter 120 durch die Leitung 12a angesteuert wird, verbunden mit der Schaltung 1200, die durch die Stromzuführungsleitung 122 mit Strom versorgt wird), und
- – Stromzuführungselemente sind bereitgestellt (zum Beispiel zwei Dioden 124, 126), die die oben erwähnte jeweilige Stromzuführungsleitung 122 mit dem Kontakt 18, 20 verbinden, der derzeit mit der Eingangsstromversorgung N verbunden ist.
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Die gegenüberstehende Verbindung beider Dioden 124 und 126 (wobei die Kathoden miteinander verbunden sind und die Anoden mit dem einen oder dem anderen der Kontakte 18 und 20 verbunden sind) behält die notwendige Isolierung der Schalterleitungskontakte 18, 20 aufrecht, während gleichzeitig der elektronische Schalter 120 (und/oder Schaltung 1200) in die Lage versetzt werden, unabhängig von der Stellung des Schalters 10 (und des Schalters 120) eine Stromversorgung aufzunehmen.
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Die Dioden 124 und 126 sind somit elektrische Stromzuführungselemente, wobei es möglich ist, zwischen Folgenden zu unterscheiden:
- – einem ersten Stromzuführungselement (zum Beispiel Diode 124), welches zwischen der Stromzuführungsleitung 122 und dem Kontakt 18, d. h. einem der Schalterleitungskontakte 18, 20, liegt, und
- – einem zweiten Stromzuführungselement (zum Beispiel Diode 126), welches zwischen der Stromzuführungsleitung 122 und dem Kontakt 20, d. h. dem anderen der Schalterleitungskontakte 18, 20, liegt.
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Das erste und zweite Stromzuführungselement sind somit alternativ aktivierbar, abhängig davon, welcher Schalterleitungskontakt (Kontakt 18 oder Kontakt 20) derzeit mit der Eingangsstromversorgung N verbunden ist.
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Bei dem vorliegend betrachteten Beispiel umfassen die Stromzuführungselemente 124, 126 zwei Dioden, die mit ihren Kathoden mit der Stromzuführungsleitung 122 verbunden sind, wobei die Anoden jeweils mit dem einen und dem anderen der Schalterleitungskontakte 18 und 20 verbunden sind.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen kann eines oder können beide Elemente 124, 126 auf verschiedene Weisen implementiert sein, zum Beispiel in Form eines elektronischen Schalters (wie zum Beispiel einem SCR oder einem MOSFET), der durch die Schaltung 1200 durch eine jeweilige Ansteuerungsleitung (gestrichelt in 2 gezeigt) angesteuert wird, so dass die Schaltung 1200 den Schalter 124 oder 126:
- – in die geschlossene Position (EIN) ansteuert, wenn der entsprechende Kontakt 18 oder 20 mit der Eingangsstromzuführung verbunden ist,
- – in den offenen Zustand (AUS) ansteuert, wenn der entsprechende Kontakt 18 oder 20 nicht mit der Stromversorgung N verbunden ist.
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Bei Ausführungsformen, bei denen beide Elemente 124, 126 aus einem elektronischen Schalter bestehen, wird die Schaltung 1200 daher:
- – den Schalter 124 bzw. 126 auf der Grundlage davon, welcher entsprechende Kontakt 18 bzw. 20 davon mit der Eingangsstromversorgung verbunden ist, in die geschlossene Position (EIN) angesteuert und
- – den anderen Schalter 126 bzw. 124 auf der Grundlage davon, welcher entsprechende Kontakt 20 bzw. 18 nicht mit der Stromversorgung N versorgt ist, in die offene Position (AUS) angesteuert.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen handelt es sich bei der Schaltung 1200 um eine „Smart-Schaltung”, die somit (auch zum Signalisieren nach außerhalb, gemäß den Betriebsmodi von Domotik-Systemen) Informationen über die Aktivierung/Deaktivierung des Verbrauchers L und/oder die Position der Schalter 10 und 120, die zum Beispiel durch Erfassen des Zustands des Betriebselements 120b oder auch durch Speichern der Folge von Aktivierung/Deaktivierung des Verbrauchers L durch Sensoren erhalten werden, enthalten kann. Durch einen Betrieb gemäß Kriterien, die an sich bekannt sind und daher keine ausführliche Beschreibung hier benötigen, ist die Schaltung 1200 daher dazu ausgelegt, zu wissen, welcher der Kontakte 18 und 20 derzeit mit der Stromversorgung verbunden ist.
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Darüber hinaus kann ein oder können beide Elemente 124 und 126 in Form einer Dioden(halb)brücke implementiert sein.
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In dem gezeigten Beispiel ist der elektronische Schalter 120 mit der elektronischen Schaltung 1200 gekoppelt, die auch durch die Stromzuführungsleitung 122 versorgt wird. In dem veranschaulichten Beispiel wird der elektronische Schalter 120 durch die Leitung 122 von der elektronischen Schaltung 1200 angesteuert.
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Darüber hinaus versteht es sich, dass der Verbraucher L durch jeden oder beide Schalter 10 und 120 aktiviert und deaktiviert werden kann, während gleichzeitig sichergestellt wird, dass selbst bei Nichtbetrieb des elektronischen Schalters 120 oder seiner zugehörigen Elemente die Fähigkeit, den Verbraucher L durch den mechanischen Schalter 10 zu aktivieren und zu deaktivieren, auf jeden Fall beibehalten wird.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Satz von in 2 gezeigten Teilen zusätzlich zu den spezifisch im Vorhergehenden beschriebenen Elementen auch weitere Elemente umfassen, wie zum Beispiel:
- – eine oder mehrere Schutzsicherungen F;
- – einen oder mehrere Schutzwiderstände R1, R2, zum Beispiel der Art VDR (Voltage Driven Resistor – spannungsgesteuerter Widerstand);
- – ein Filternetzwerk C1, L, C2, das dazu ausgelegt ist, gemäß bekannten Kriterien auf die Leitung 122 einzuwirken, um eine stabilisierte (pseudo-)gleichmäßige Spannung aufzunehmen, die der Schaltung 1200 zugeführt wird.
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Die Gegenwart derartiger Elemente ist natürlich fakultativ: zum Beispiel können VDR-Widerstände ausgelassen werden, falls Stromzuführungselemente 124 und 126 als gesteuerte Schalter (zum Beispiel SCR oder MOSFET) implementiert sind.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Satz von in 2 gezeigten Teilen, mit der möglichen Ausnahme des Schalters 10 (der normalerweise aus einem separaten Element besteht), ein einziges eingebettetes Modul bilden, auf die gleiche Weise wie die von der strichpunktierten Linie von 1 umschlossenen Elemente.
