DE112012002418T5 - Elektronische Schalteranordnung - Google Patents
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Abstract
Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Offenbarung betrifft Schalteranordnungen. Verschiedene Ausführungsformen können elektronische Schalteranordnungen vom Wand-Typ betreffen.
- Technologischer Hintergrund
-
1 zeigt ein Schaltdiagramm, das eingerichtet 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 Schalter10 und12 , 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 Schalter10 und12 dazu verwendet werden kann, den Verbraucher L zu aktivieren und zu deaktivieren, zum Beispiel um eine Lichtquelle ein- und auszuschalten. - 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 Elemente10 und12 als Schalter erhalten werden. - Insbesondere ist der erste Schalter
10 derart verbunden, dass er den anderen Pol16 (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. - Der zweite Schalter
12 ist derart eingerichtet, dass er den Verbraucher L alternativ mit dem einen oder dem anderen der Kontakte18 und20 durch einen Kontakt22 , gegenüber dem mit Kontakt14 verbundenen Anschluss, verbindet. - Der Betrieb der in
1 gezeigten Verbindungsanordnung (auch in Dokumenten wie zum BeispielUS-A-2007/0171625 US-A-2010/0288609 - – der Schalter
10 es gestattet, den Verbraucher L auf der Grundlage davon, ob sein beweglicher Kontakt zu dem einen Kontakt,18 oder20 , der derzeit über den Schalter12 mit dem als Verbraucher L bezeichneten Kontakt22 verbunden ist, hin oder davon weg bewegt 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 oder20 , der derzeit über den Schalter10 mit der Leitung16 verbunden ist, hin oder davon weg bewegt wurde, zu aktivieren oder zu deaktivieren. - 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. - 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.
- Aufgabe und Kurzdarstellung
- 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 in1 , 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. - 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. - 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. - 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.
- Erfindungsgemäß wird eine derartige Aufgabe durch eine Schalteranordnung mit den speziell in den folgenden Ansprüchen aufgezählten Merkmalen erreicht.
- Die Ansprüche bilden einen integralen Teil der technischen Lehre der hier bereitgestellten Erfindung.
- 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.
- Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Verbraucher selbst bei Versagen des elektronischen Teils angesteuert werden.
- Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Verbraucher noch immer durch einen mechanischen Schalter aktiviert und deaktiviert werden.
- Kurze Beschreibung der Figuren
- Die Erfindung wird nun lediglich als nichteinschränkendes Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Ansichten beschrieben, wobei:
-
1 oben schon beschrieben wurde und -
2 einen Schaltplan einer Ausführungsform zeigt. - Ausführliche Beschreibung
- In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch ohne spezifisches Detail oder ohne spezifische Details oder mit anderen Verfahren, Komponenten, Materialien usw. praktiziert werden. In anderen Fällen wurden wohlbekannte Strukturen, Materialien oder Verfahren nicht ausführlich beschrieben, um ein Verdunkeln der Aspekte der Ausführungsformen zu vermeiden.
- 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.
- Die hier bereitgestellten Überschriften dienen lediglich der Zweckmäßigkeit und interpretieren nicht den Umfang oder die Bedeutung der Ausführungsformen.
- 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 für2 nicht wiederholt. - 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 - 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 Schalter10 , 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 mit12 bezeichnet, oder einen elektronischen Schalter, wie in2 mit120 bezeichnet) mit einem Ausgangskontakt22 , der alternativ gemäß der Position des jeweiligen bewegbaren Kontakts jeweils mit dem einen oder dem anderen der Kontakte18 oder20 verbindbar ist. - In verschiedenen Ausführungsformen wird der mechanische Schalter
12 in1 durch einen Schalter oder elektronischen Schalter120 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). - 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. - Insbesondere kann es sich bei dem Schalter
10 in2 um eine separate Komponente handeln, die nicht in der Schalteranordnung gemäß den Ausführungsformen enthalten ist. Zum Beispiel kann der Schalter10 in2 einfach der gleiche Schalter wie in1 sein, d. h. eine existierende Komponente oder ein existierendes Modul, die bzw. das schon eingebaut ist und nicht ersetzt wird, während der Schalter12 von1 durch einen elektronischen Schalter gemäß der Ausführungsformen ersetzt wird. - In Bezug auf die Verbindung des Kontakts
22 (Verbraucher) mit dem einen oder dem anderen der Kontakte18 und20 ist der elektronische Schalter120 dazu ausgelegt, die gleichen Funktionen mit der gleichen Leistung, wie schon mit Bezug auf den mechanischen Schalter12 beschrieben, durchzuführen. - Bei verschiedenen Ausführungsformen kann mit dem Schalter
120 eine weitere elektronische Schaltung1200 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 Leitung120a . - Das beispielhafte Diagramm von
2 zeigt die Möglichkeit, ein Betriebselement120b mit der Schaltung1200 zu verbinden, welches dazu verwendet werden kann, über die Schaltung1200 das Schalten des elektronischen Schalters120 zu steuern. - Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuerelement
120b zum Beispiel Folgendes aufweisen: - – einen mechanischen Schalter,
- – einen Berührungsschalter,
- – ein über Infrarot oder drahtlos fernbedientes Element.
- Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der mechanische Schalter
120b einfach aus dem mechanischen Schalter12 von1 bestehen, der, obwohl er für die Stromversorgung durch den Verbraucher L durch den elektronischen Schalter120 ersetzt wurde, an seiner Stelle gelassen wurde und weiterhin zur Steuerung der elektronischen Schalteranordnung verwendet wird, die mit den zusätzlichen Funktionen, die von der Schaltung1200 angeboten werden, „angereichert” wurde. - Bei verschiedenen Ausführungsformen ist zur Gewährleistung der Ansteuerfunktion des Schalters
120 (zum Beispiel wie im veranschaulichten Fall während die Versorgung der Schaltung1200 gewährleistet wird) die Schaltung1200 mit einer Stromzuführungsleitung122 verbunden, die mit zwei Stromzuführungselementen124 ,126 verbunden ist, die dazu ausgelegt sind, auf verschiedene Weisen implementiert zu sein. - Zur einfacheren Veranschaulichung wird mit den Symbolen, die in Blöcken
124 und126 von2 gezeigt werden, die Möglichkeit ausgedrückt, dass eine Leitung122 mit den miteinander verbundenen Kathoden zweier Dioden verbunden sein kann, deren Anoden jeweils mit dem einen und dem anderen der Schalterleitungskontakte18 und20 verbunden sind. - Bei verschiedenen Ausführungsformen ist darüber hinaus die Schaltung
1200 mit dem neutralen Kontakt14 verbunden. - Bei verschiedenen Ausführungsformen wird die Schaltung
1200 (und damit der elektronische Schalter120 ) durch die Leitung122 versorgt/angesteuert, während sie ihren Strom von beiden Schalterleitungskontakten18 und20 durch die Elemente124 und126 bezieht. - Dies nutzt den Tatbestand aus, dass in der vorliegend beschriebenen Lösung, unabhängig von der Stellung des Schalters
10 , einer der Kontakte18 und20 auf jeden Fall mit der Leitung16 und damit mit der Netzversorgung N verbunden ist. - Mit anderen Worten gilt in verschiedenen Ausführungsformen Folgendes:
- – der Schalter
120 kann ein elektronischer Schalter mit einer jeweiligen Stromzuführungsleitung122 sein (zum Beispiel, weil, wie in dem veranschaulichten Beispiel, der Schalter120 durch die Leitung12a angesteuert wird, verbunden mit der Schaltung1200 , die durch die Stromzuführungsleitung122 mit Strom versorgt wird), und - – Stromzuführungselemente sind bereitgestellt (zum Beispiel zwei Dioden
124 ,126 ), die die oben erwähnte jeweilige Stromzuführungsleitung122 mit dem Kontakt18 ,20 verbinden, der derzeit mit der Eingangsstromversorgung N verbunden ist. - Die gegenüberstehende Verbindung beider Dioden
124 und126 (wobei die Kathoden miteinander verbunden sind und die Anoden mit dem einen oder dem anderen der Kontakte18 und20 verbunden sind) behält die notwendige Isolierung der Schalterleitungskontakte18 ,20 aufrecht, während gleichzeitig der elektronische Schalter120 (und/oder Schaltung1200 ) in die Lage versetzt werden, unabhängig von der Stellung des Schalters10 (und des Schalters120 ) eine Stromversorgung aufzunehmen. - Die Dioden
124 und126 sind somit elektrische Stromzuführungselemente, wobei es möglich ist, zwischen Folgenden zu unterscheiden: - – einem ersten Stromzuführungselement (zum Beispiel Diode
124 ), welches zwischen der Stromzuführungsleitung122 und dem Kontakt18 , d. h. einem der Schalterleitungskontakte18 ,20 , liegt, und - – einem zweiten Stromzuführungselement (zum Beispiel Diode
126 ), welches zwischen der Stromzuführungsleitung122 und dem Kontakt20 , d. h. dem anderen der Schalterleitungskontakte18 ,20 , liegt. - Das erste und zweite Stromzuführungselement sind somit alternativ aktivierbar, abhängig davon, welcher Schalterleitungskontakt (Kontakt
18 oder Kontakt20 ) derzeit mit der Eingangsstromversorgung N verbunden ist. - Bei dem vorliegend betrachteten Beispiel umfassen die Stromzuführungselemente
124 ,126 zwei Dioden, die mit ihren Kathoden mit der Stromzuführungsleitung122 verbunden sind, wobei die Anoden jeweils mit dem einen und dem anderen der Schalterleitungskontakte18 und20 verbunden sind. - 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 Schaltung1200 durch eine jeweilige Ansteuerungsleitung (gestrichelt in2 gezeigt) angesteuert wird, so dass die Schaltung1200 den Schalter124 oder126 : - – in die geschlossene Position (EIN) ansteuert, wenn der entsprechende Kontakt
18 oder20 mit der Eingangsstromzuführung verbunden ist, - – in den offenen Zustand (AUS) ansteuert, wenn der entsprechende Kontakt
18 oder20 nicht mit der Stromversorgung N verbunden ist. - Bei Ausführungsformen, bei denen beide Elemente
124 ,126 aus einem elektronischen Schalter bestehen, wird die Schaltung1200 daher: - – den Schalter
124 bzw.126 auf der Grundlage davon, welcher entsprechende Kontakt18 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 Kontakt20 bzw.18 nicht mit der Stromversorgung N versorgt ist, in die offene Position (AUS) angesteuert. - 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 Schalter10 und120 , die zum Beispiel durch Erfassen des Zustands des Betriebselements120b 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 Schaltung1200 daher dazu ausgelegt, zu wissen, welcher der Kontakte18 und20 derzeit mit der Stromversorgung verbunden ist. - Darüber hinaus kann ein oder können beide Elemente
124 und126 in Form einer Dioden(halb)brücke implementiert sein. - In dem gezeigten Beispiel ist der elektronische Schalter
120 mit der elektronischen Schaltung1200 gekoppelt, die auch durch die Stromzuführungsleitung122 versorgt wird. In dem veranschaulichten Beispiel wird der elektronische Schalter120 durch die Leitung122 von der elektronischen Schaltung1200 angesteuert. - Darüber hinaus versteht es sich, dass der Verbraucher L durch jeden oder beide Schalter
10 und120 aktiviert und deaktiviert werden kann, während gleichzeitig sichergestellt wird, dass selbst bei Nichtbetrieb des elektronischen Schalters120 oder seiner zugehörigen Elemente die Fähigkeit, den Verbraucher L durch den mechanischen Schalter10 zu aktivieren und zu deaktivieren, auf jeden Fall beibehalten wird. - 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 Schaltung1200 zugeführt wird. - Die Gegenwart derartiger Elemente ist natürlich fakultativ: zum Beispiel können VDR-Widerstände ausgelassen werden, falls Stromzuführungselemente
124 und126 als gesteuerte Schalter (zum Beispiel SCR oder MOSFET) implementiert sind. - Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Satz von in
2 gezeigten Teilen, mit der möglichen Ausnahme des Schalters10 (der normalerweise aus einem separaten Element besteht), ein einziges eingebettetes Modul bilden, auf die gleiche Weise wie die von der strichpunktierten Linie von1 umschlossenen Elemente. - Natürlich können, ohne das zugrundeliegende Prinzip der Erfindung zu beeinträchtigen, die Details und die Ausführungsformen, darunter auch deutlich, mit Bezug auf das lediglich durch ein nichteinschränkendes Beispiel Beschriebene variieren, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.
Claims (9)
- Schalteranordnung zur Anordnung, wobei ein Verbraucher (L) über mehrere Aktivierungspunkte mit Strom versorgt wird, die Folgendes enthält: – ein Paar Schalterleitungskontakte (
18 ,20 ), die alternativ mit einer Stromzuführung (N) verbindbar sind, – einen Schalter (120 ) mit einem Ausgangskontakt (22 ), der gemäß der Position des Schalters (120 ) alternativ jeweils mit dem einen (18 ) oder dem anderen (20 ) der Schalterleitungskontakte verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass: – der Schalter (120 ) ein elektronischer Schalter mit einer jeweiligen Zuführungsleitung (122 ) ist und – elektrische Stromzuführungselemente (124 ,126 ) bereitgestellt sind, um die jeweilige Versorgungsleitung (122 ) mit dem einen der Schalterleitungskontakte (18 ,20 ) zu verbinden, der derzeit mit der Stromzuführung (N) verbunden ist. - Schalteranordnung nach Anspruch 1, wobei die elektrischen Stromzuführungselemente (
124 ,126 ) Folgendes enthalten: – ein erstes Stromzuführungselement (124 ), das zwischen der jeweiligen Stromzuführungsleitung (122 ) und dem einen (18 ) der Kontakte des Paars (18 ,20 ) liegt, – ein zweites Stromzuführungselement (126 ), das zwischen der jeweiligen Stromzuführungsleitung (122 ) und dem anderen (20 ) der Kontakte des Paars (18 ,20 ) liegt, wobei das erste (124 ) und das zweite (126 ) Stromzuführungselement in Abhängigkeit davon, welcher Schalterleitungskontakt (18 ,20 ) des Paars mit der Stromversorgung (N) verbunden ist, alternativ aktivierbar sind. - Schalteranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Stromzuführungselemente (
124 ,126 ) Dioden (124 ,126 ) in Einzeldioden- oder Brückenkonfiguration enthalten. - Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromzuführungselemente zwei Dioden (
124 ,126 ) enthalten, die mit ihren Kathoden mit der jeweiligen Versorgungsleitung (122 ) verbunden sind und deren Anoden mit dem jeweils einen (18 ) und dem anderen (20 ) der Schalterleitungskontakte verbunden sind. - Schalteranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Stromzuführungselemente (
124 ,126 ) mindestens einen gesteuerten (124a ,126a ) elektronischen Schalter (124 ,126 ) enthalten. - Schalteranordnung nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine gesteuerte (
124a ,126a ) elektronische Schalter (124 ,126 ) ein SCR oder MOSFET ist. - Schalteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektronische Schalter (
120 ) mit einer elektronischen Verarbeitungsschaltung (1200 ) gekoppelt ist, die durch die jeweilige Stromzuführungsleitung (122 ) mit Strom versorgt wird. - Schalteranordnung nach Anspruch 7, wobei der elektronische Schalter (
120 ) durch die elektronische Verarbeitungsschaltung (1200 ) angesteuert ist (120a ). - Schalteranordnung nach Anspruch 5 und einem der Ansprüche 7 und 8, wobei der mindestens eine gesteuerte (
124a ,126a ) elektronische Schalter (124 ,126 ) über die elektronische Verarbeitungsschaltung (1200 ) gesteuert ist (124a ,126a )
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