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Elektronischer Zeitschalter
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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Zeitschalter nach
Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Zeitschalter weist zum zeitlich begrenzten
Einschalten von Verbrauchern, beispielsweise von Lampen, die mit Wechsel spannung
gespeist werden, einen Lastteil auf, der von einem elektronischen Steuerteil geschaltet
wird. Dblicherweise haben solche elektronischen Zeitschalter mehr als die zwei zum
Einschalten der Last erforderlichen Leitungen, da der elektronische Steuerteil eine
eigene Stromversorgung benötigt. Wenn andererseits die Stromversorgung über Phasenanschnitt
erfolgt, sind zusätzliche Maßnahmen zur Entstörung erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Zeitschalter
zu entwickeln, der mit lediglich zwei zum Einschalten der Last ohnehin erforderlichen
Anschlußleitungen auskommt und der besonders einfach aufgebaut ist und mit wenigen
Bauteilen auskommt.
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Die Lösung der geschilderten Aufgabe liegt in einem Zeitschalter mit
den Merkmalen nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Die Anschlüsse
des Lastteils speisen also zugleich das Steuerteil, indem im Ruhestand über einen
Gleichrichter ein erster Speicher aufgeladen wird, der beim Einleiten des Lastbetriebs
mittels eines Tasters mit Umschaltfunktion einen zweiten Speicher auflädt, der das
Steuerteil speist. Dadurch sind nur zwei Anschlüsse erforderlich und trotzdem benötigt
man nur so wenig Bauteile, daß sie sich im Raum für einen normalen Installationsschalter
unterbringen lassen. Durch den Taster mit
Umschaltfunktion und durch
die zwei Speicher erzielt man in einfacher weise klare Betriebszustände, wodurch
sogenannte unkontrollierte Dimm-Zustände vermieden werden und eine besondere Funkentstörung
entbehrlich wird.
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Ein günstiger Aufbau besteht darin, - daß seine Anschlüsse mit einem
Gleichrichter ohne Glättung verbunden sind, - in dessen gleichgerichtetem Kreis
ein elektronisches Lastventil angeordnet ist, dessen Steuereingang mit einem Ausgang
eines elektronischen Steuerventils verbunden ist, dessen anderer Ausgang über eine
mit Kapazität versehene Leitung mit einem ersten Zweig im gleichgerichteten Kreis
verbunden ist, - und daß das Steuerventil mit seinem Steuereingang mit dem zweiten
Speicher verbunden ist, dem ein Widerstand zur Bildung eines Zeitgliedes parallel
geschaltet ist.
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Das Lastventil teilt dabei den gleichgerichteten Kreis in zwei Zweige
auf. Die wenigen Bauteile eines solchen Zeitschalters ermöglichen es, diese im Raum
eines üblichen Installationsschalters unterzubringen. Man kann also einen Installationsschalter
herausnehmen und durch einen erfindungsgemäßen Zeitschalter ersetzen, da man mit
den zwei Leitungen auskommt, die ohnehin zum Schalten der Last erforderlich sind.
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Der zweite Zweig kann als eine Art Versorgungsschiene ausgebildet
werden, indem der zweite Zweig im gleichgerichteten Kreis mit einem Ausgang des
Lastventils über einen Widerstand mit dessen Steuereingang verbunden ist, wobei
an diesem zweiten Zweig das Steuerventil und der zweite Speicher sowie der erste
Speicher angeschlossen sind.
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Wenn das Steuerventil ein MOS-Feldeffekttransistor, nach stehend MOS-FET
genannt, ist, kann zwischen dem zweiten Zweig und dem Ausgang des Steuerventils,
an dem der Steuereingang
des Lastventils nicht liegt, eine Zenerdiode
und ein parallel liegender Kondensator angeordnet sein. Diese lassen sich darauf
abstimmen, den MOS-FET gegen zu hohe Spannungen zu schützen und sein Abschaltverhalten
zu unterstützen.
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Man kann im ersten Zweig den Lastteil vom Steuerteil dadurch trennen,
bzw. daran ankoppeln, daß der erste Zweig des gleichgerichteten Zweiges über einen
Widerstand und eine Diode in Durchlaßrichtung mit dem Taster mit Umschaltfunktion
verbunden ist, der im Ruhezustand leitenden Durchgang zum ersten Speicher herstellt.
Dieser ist an Dauerkontakt angeschlossen. Der Kontakt, zu dem im eingetasteten Zustand
leitender Durchgang hergestellt ist, wird vorteilhafterweise mit dem zweiten Speicher
auf der Seite zum Steuereingang des Steuerventils verbunden. Der Widerstand trennt
dabei den Lastteil vom Steuerteil und die Diode sperrt die Entladung des ersten
Speichers im eingeschalteten Zustand des Zeitschalters.
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Wenn zwischen dem ersten Zweig und dem zweiten Zweig parallel zur
Reihe aus Taster und ersten Speicher ein Schwellwertschalter, beispielsweise eine
Zenerdiode, angeschlossen ist, wird sichergestellt, daß der erste Speicher bis zu
einem definierten Spannungswert geladen und auf diesem Wert gehalten wird.
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Die Bauteile für den elektronischen Zeitschalter können in einem handelsüblichen
Installationsschalter, dessen Handbetätigungsorgan als Taster ausgebildet ist, dadurch
untergebracht werden, daß in seinem Sockel eine Platine angeordnet ist, die die
Bauteile und Leitungsverbindungen aufnimmt. Insbesondere kann die Platine hantelförmige
Umrisse aufweisen, wobei an den randseitigen Ausnehmungen, die die Hantelform bilden,
Sockelteile liegen, durch die
eine Kraftübertragung vom Handbedientlngsorsan
zu einer Kontaktwippe ausgebildet ist.
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Die Platine kann in an sich bekannter Weise als gedruckte Schaltung
ausgebildet sein, wobei eine günstige Trennung von Lastteil und Steuerteil durch
folgenden Aufbau erzielt wird: Der erste Zweig ist diagonal auf einem Hantelkopf
ausgebildet und der zweite Zweig in etwa parallel hierzu, jedoch diagonal durch
die Hantelengstelle hindurch bis in den zweiten Hantelkopf und dort unter Bildung
eines kursiven L weiterlaufend ausgebildet. Vorteilhafterweise werden im Hantelkopf
und in der Hantelengstelle zwischen dem ein kursives L bildenden zweiten Zweig die
Bauteile des Steuerteils angeordnet.
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Die Erfindung soll anhand von in der Zeichnung grob schematisch wiedergegebenen
Ausführungsbeispielen näher erläutert werden: In Fig. 1 ist der schaltungsgemäße
Aufbau des Zeitschalters wiedergegeben.
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In Fig. 2 ist eine Platine dargestellt, auf der die Schaltung nach
Fig. 1 in besonders günstiger Weise untergebracht ist.
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In Fig. 3 ist ein Installationsschalter in Seitenansicht veranschaulicht,
derimwesentlichen dadurch als Zeitschalter ausgebildet ist, daß er eine Platine
nach Fig. 2 aufnimmt.
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Die elektrischen Bauteile des Zeitschalters sind in Fig. 1 dargestellt.
An den Anschlußklemmen 1 und 2 sind die beiden Schaltleitungen 3 zu einem Verbraucher
4 angeschlossen, der von einem Netz 5 versorgt wird. Im Ausführungsbeispiel gelangt
man vom Anschluß 1 über eine Sicherung 6 zu einem
Gleichrichter
7, im Ausführungsbeispiel als Doppelweggleichrichter ausgebildet. Die Anschlüsse
1 und 2 des Lastteils mit einem Lastventil 8 speisen zugleich das Steuerteil. Hierzu
wird im Ruhezustand über den Gleichrichter 7 ein erster Speicher 9 aufgeladen, der
beim Einleiten des Lastbetriebs mittels eines Tasters 10 mit Umschaltfunktion einen
zweiten Speicher 11 auflädt. Dieser speist dann das Steuerteil.
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Die Anschlüsse 1 und 2 sind im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit
einem Gleichrichter verbunden. Der Gleichrichter 7 ist im Ausführungsbeispiel durch
einen Doppelweggleichrichter ohne Glättung verwirklicht. In seinem gleichgerichteten
Kreis ist ein elektronisches Lastventil 8 angeordnet, dessen Steuereingang 12 mit
einem Ausgang 13 eines elektronischen Steuerventils 14 verbunden ist. Das Lastventil
8 kann insbesondere ein Thyristor sein. Der andere Ausgang des Steuerventils 14,
also der Ausgang, der nicht mit dem Steuereingang 12 des Lastventils 8 verbunden
ist, ist über eine mit Kapazität 15 versehene Leitung 16 mit dem ersten Zweig im
gleichgerichteten Kreis verbunden. Das Steuerventil 14 ist mit seinem Steuereingang
17 mit dem zweiten Speicher 11 verbunden. Zur Bildung eines Zeitgliedes ist im zweiten
Speicher 11 ein Widerstand 18 parallel geschaltet. Im Ausführungsbeispiel besteht
der Widerstand 18 aus einem festen ohmschen Widerstand und aus einem einstellbaren
Widerstand, um die Einschaltdauer des Zeitschalters verändern zu können.
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Der zweite Zweig 22 im gleichgerichteten Kreis ist außer mit einem
Ausgang 20 des Lastventils über einen Widerstand 23 mit dessen Steuereingang 12
verbunden. An diesem zweiten Zweig 22 ist weiter das Steuerventil 14 an seinem Ausgang
19 und weiter der zweite Speicher 11 sowie der erste Speicher 9 angeschlossen. Die
Speicher 9 und 11 sind im Ausführungsbeispiel als Kondensatoren ausgebildet.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das Steuerventil 14 als ein
WIOS-Feldeffekttransistor, MOS-FET, ausgebildet.
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Zwischen dem zweiten Zweig 22 und dem Ausgang 19 des Steuerventils
14, an dem der Steuereingang 12 des Lastventils 8 nicht liegt, ist eine Zenerdiode
24 und ein parallel liegender Kondensator 25 angeordnet. Diese sind darauf abgestimmt,
den MOS-FET gegen zu hohe Spannungen zu schützen und sein Abschaltverhalten zu unterstützen.
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Der erste Zweig 21 des gleichgerichteten Kreises ist im Ausführungsbeispiel
über einen Widerstand 26 und über eine Diode 7 in Durchlaßrichtung mit dem Taster
10 verbunden.
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Der Widerstand 26 trennt dabei den Lastteil vom Steuerteil und die
Diode 27 sperrt die Entladung des ersten Speichers 9 im eingeschalteten Zustand
des Zeitschalters.
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Der Taster 10 bildet im Ruhezustand einen leitenden Durchgang von
der Diode 27 zum ersten Speicher 9, wobei dieser am Dauerkontakt 30 angeschlossen
ist. Der Kontakt 32, zu dem im eingeschalteten Zustand vom Kontakt 31 umgeschaltet
und ein leitender Durchgang hergestellt wird, ist mit dem zweiten Speicher 11 über
einen Widerstand 33 mit dem zweiten Speicher 11 auf der Seite zum Steuereingang
17 des Steuerventils 14 verbunden.
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Zwischen dem ersten Zweig 21 und dem zweiten Zweig 22 ist parallel
zur Reihe aus Taster 10 und erstem Speicher 9 ein Schwellwertschalter, im Ausführungsbeispiel
eine Zenerdiode 34 angeschlossen. Diese sorgt dafür, daß der erste Speicher 9 bis
zu einem definierten Spannungswert aufgeladen wird und im Ladezustand gehalten wird,
solange die Taste gedrückt bleibt.
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In einem handelsüblichen Installationsschalter nach Fig. 3, dessen
Handbetätigungsorgan 40 als Taster ausgebildet ist, kann in seinem Sockel 41 eine
Platine 42 angeordnet sein,
die die Bauteile und Leitungsverbindungen
nach Fig. 1 aufnimmt. Die Platine ist in Fig. 2 in einem günstigen Ausführungsbeispiel
veranschaulicht. Die Platine nach Fig. 2 weist hantelförmige Umrisse auf, wobei
an den randseitigen Ausnehmungen, die die Hantelform bilden, Sockelteile liegen,
durch die eine Kraftübertragung vom Handbedienungsorgan 40 zu einer Kontaktwippe
ausgebildet ist.
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Die Platine nach Fig. 2 ist im wesentlichen als gedruckte Schaltung
ausgebildet, wobei der erste Zweig 21 diagonal auf einem Hantelkopf ausgebildet
ist. Der zweite Zweig 22 ist zum ersten in etwa parallel angeordnet; er verläuft
diagonal durch die Hantelengstelle hindurch bis in den zweiten Hantelkopf unter
Bildung eines kursiven L. Die Bauteile des Steuerteils sind dabei im wesentlichen
zwischen dem ein kursives L bildenden zweiten Zweig 22 angeordnet.
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Der Lastteil befindet sich im wesentlichen jenseits der beiden diagonal
verlaufenden Zweige 21 und 22. Dadurch werden Lastteil und Steuerteil in günstiger
Weise getrennt und man erhält eine Platine, die sich auf einer Fläche mit hantelförmigem
Umriß unterbringen läßt. Die Anschluß stellen auf der Platine sind mit den Bezugszeichen
nach Fig. 1 versehen.
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Der Zeitschalter funktioniert wie folgt: Im ausgeschalteten Zustand
richtet der Gleichrichter 7 die anstehende Spannung gleich. Uber den Widerstand
26 und die Diode 27 wird der erste Speicher 9 bis auf einen Spannungswert aufgeladen,
der der Zenerspannung der Zenerdiode 34 entspricht.
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Das Steuerventil 14, der MOS-FET, ist dann gesperrt, über den Widerstand
23 liegt der Steuereingang 12 des Lastventils 12, im Ausführungsbeispiel ein Thyristor,
auf dem Bezugspotential 0. Das Lastventil 12 ist dabei nichtleitend.
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Wird die Taste 10 betätigt, fließt ein Teil der Ladung des Speichers
9 über den Strombegrenzungswiderstand 33, der einen Kontaktschutz darstellt, in
den Speicher 11. Das Steuerventil 14 wird durch die positive Spannung am Steuereingang
geöffnet. Wegen der Welligkeit der im Gleichrichter 7 gleichgerichteten Spannung
fließt ein Strom über den Kondensator 15 durch das Steuerventil 14 und den Widerstand
23. Am Widerstand 23 entsteht dabei ein Spannungsabfall, der das Lastventil 8 leitend
steuert.
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Der Zeitschalter ist jetzt eingeschaltet und eine Last, beispielsweise
eine Lampe 4,wird mit Spannung versorgt.
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Uber die Widerstände 18 entlädt sich der Speicher 11 langsam. Unterschreitet
die Spannung am Steuereingang 17 des Steuerventils 14 einen bestimmten Wert, wird
das Steuerventil 14 gesperrt und der Steuereingang 12 des Lastventils 8 wird auf
Bezugspotential 0 gelegt. Das Lastventil 12 wird nichtleitend und der Zeitschalter
ist wieder in seine Ruhestellung zurückgegangen. Eine Last, beispielsweise eine
Lampe 4wird nicht mehr versorgt, da der Stromkreis unterbrochen ist.
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Es ist möglich, den eingeschalteten Zeitschalter nachzuschalten und
dadurch die Betriebsdauer zu verlängern. Das ist so lange möglich, bis vom ersten
Speicher 9 auf den zweit?n Speicher 11 keine ausreichende Ladung mehr umgeladen
werden kann. Der Zeitschalter schaltet also sicher ab. Im eingeschalteten Zustand
sorgt die Diode 27 dafür, daß sich der erste Speicher 9 nicht über das Lastventil
8 entladen kann.
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Die Sicherung 6 schützt den Gleichrichter 7 und das Lastventil 8 vor
Uberlast und vor Kurzschluß.
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