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Die
Erfindung geht aus von einer Schaltvorrichtung, insbesondere eines
Haushaltelektrogeräts, nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es
sind bereits Schaltvorrichtungen, insbesondere eines Haushaltelektrogeräts, mit
einem unter einer Bedienfläche
angeordneten Piezo-Schalter bekannt.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung
mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich eines Bedienernutzens
bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
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Die
Erfindung geht aus von einer Schaltvorrichtung, insbesondere eines
Haushaltelektrogeräts, mit
einem unter einer Bedienfläche
angeordneten Piezo-Schalter.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Schaltvorrichtung eine Elektronikeinheit
mit zumindest einer Verstärkerschaltung
aufweist, die dazu vorgesehen ist, ein Schaltsignal des Piezo-Schalters zu verstärken. Unter „vorgesehen" soll insbesondere
speziell ausgestattet, ausgelegt und/oder programmiert verstanden
werden. Durch eine Elektronikeinheit mit einer Verstärkereinheit
kann die Schaltvorrichtung auf verschiedene Schaltbedingungen angepasst
werden, wodurch ein Bedienernutzen erhöht werden kann. Insbesondere
kann dadurch ein als ein Gargerät
oder Elektroherd ausgebildetes Haushaltelektrogerät realisiert
werden, bei dem die Schaltvorrichtung durch ein Aufsetzten eines
Topfes auf eine Garfläche, die
vorzugsweise durch eine Ceran-Fläche
gebildet wird, geschlossen und das Gargerät oder der Elektroherd aktiviert
wird, wobei die Bedienfläche
dabei einstückig
mit einer Garfläche
ausgebildet wäre.
Vorzugsweise ist die Schaltvorrichtung dazu vorgesehen, ein Elektrogerät zu aktivieren,
wobei die Schaltvorrichtung vorteilhafterweise auf einer Primärseite eines
Trafonetzteils, das eine galvanische Trennung realisiert, angeordnet
ist. Insbesondere soll die Schaltvorrichtung neben der Elektronikeinheit
ein Schaltelement aufweisen, das mittels des Piezo-Schalters geschaltet
wird und das vorzugsweise dazu vorgesehen ist, einen Transformator
des Elektrogeräts
mit einem Versorgungsstromanschluss zu verbinden. Das Schaltelement
kann dabei sowohl mittels elektronischer Komponenten, wie beispielsweise
mittels eines TRIAC, oder elektromechanischer Komponenten, wie beispielsweise
mittels eines Relais, realisiert werden. Vorzugsweise ist die Schaltvorrichtung
derart ausgelegt, dass in geschlossenem Zustand das Schaltelement
den Transformator mit dem Versorgungsanschluss verbindet.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Verstärkerschaltung zumindest einen
Operationsverstärker aufweist.
Unter einem „Operationsverstärker" soll insbesondere
ein elektronisches Bauelement mit einem invertierenden und einem
nichtinvertierenden Eingang verstanden werden, das im idealen Fall
an einem Ausgang eine erste Spannung, die einer Arbeitsspannung
entspricht, ausgibt, wenn eine Spannung am nichtinvertierenden Eingang
größer ist
als eine Spannung am invertierenden Eingang. Ist die Spannung am
invertierenden Eingang größer als
die Spannung am nichtinvertierenden Eingang, wird am Ausgang des
Operationsverstärkers
eine zweite Spannung, die einer Grundspannung entspricht, ausgegeben.
Vorteilhafterweise ist die Grundspannung null. Mittels eines Operationsverstärkers lässt sich einfach
eine Verstärkerschaltung
erreichen, in dem der Ausgang des Operationsverstärkers mit
dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden wird.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Verstärkerschaltung
zumindest einen Widerstand, mittels dem ein Verstärkungsfaktor
definierbar ist. Dadurch können
einfach verschiedene Verstärkungsfaktoren durch
unterschiedliche Widerstände
definiert werden. Vorzugsweise ist der Widerstand als ein einstellbares
Potentiometer mit einem Mittenabgriff ausgeführt, um den Verstärkungsfaktor
anzupassen, wobei alternativ auch zwei Widerstände mit einem festen Wert eingesetzt
werden können,
um die Produktionskosten zu senken.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Elektronikeinheit zumindest eine Zeitempfindlichkeitsschaltung
aufweist, mittels der eine Zeitempfindlichkeit des Piezo-Schalters definierbar
ist. Unter einer „Zeitempfindlichkeit" soll dabei insbesondere
eine Zeit verstanden werden, in der der Piezo-Schalter eine definierte
Spannung erreicht, bzw. eine Änderungsrate,
mit der sich eine durch den Piezo-Schalter erzeugte Spannung ändert. Durch
eine einstellbare Zeitempfindlichkeit kann eine Bedienerfreundlichkeit weiter erhöht werden.
Außerdem
können
insbesondere Störungen
insbesondere durch hochfrequente Felder, wie beispielsweise durch
ein Mobiltelefon, die zu einem Spannungsimpuls führen können, effektiv unterdrückt werden.
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Vorzugsweise
umfasst die Zeitempfindlichkeitsschaltung zumindest einen Widerstand,
mittels dem eine Zeitempfindlichkeit des Piezo-Schalters definierbar
ist. Durch einen Widerstand können
einfach unterschiedliche Werte definiert werden, wobei der Widerstand
vorzugsweise einstellbar ausgeführt
ist. Grundsätzlich
ist jedoch auch ein Widerstand mit einem festen Wert einsetzbar.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
die Elektronikeinheit zumindest eine Schwellwertschaltung aufweist,
die dazu vorgesehen ist, ein Schaltsignal des Piezo-Schalters zu
digitalisieren, wie beispielsweise einen Schmitt-Trigger, der ab einem definierten Schwellwert
einer Eingangsspannung eine Arbeitsspannung ausgibt, deren Höhe durch
eine Versorgungsspannung definiert wird. Unter „Digitalisieren" soll dabei insbesondere
verstanden werden, dass die Schwellwertschaltung eine Arbeitsspannung
ausgibt, wenn ein Schaltimpuls größer ist als ein Schwellwert, und
dass die Schwellwertschaltung eine Grundspannung ausgibt, wenn ein
Schaltimpuls kleiner ist als ein Schwellwert. Durch eine Schwellwertschaltung kann
einfach ein eindeutiger Schaltzustand ausgegeben werden.
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Vorteilhafterweise
weist die Schwellwertschaltung zumindest einen Widerstand auf, mittels dem
ein Schwellwert definierbar ist. Durch einen Widerstand können einfach
unterschiedliche Werte definiert werden, wobei der Widerstand vorzugsweise einstellbar
ausgeführt
ist. Grundsätzlich
ist jedoch auch ein Widerstand mit einem festen Wert einsetzbar.
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Weist
ferner die Schwellwertschaltung zumindest einen Operationsverstärker auf,
kann besonders einfach eine Schwellwertschaltung realisiert werden.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Elektronikeinheit eine Selbsthalteschaltung
aufweist, die dazu vorgesehen ist, die Schaltvorrichtung geschlossen
zu halten, wodurch die Schaltvorrichtung durch einen Schaltimpuls,
der vorzugsweise durch einen Spannungsimpuls des Piezo-Elements
gebildet wird, aktiviert werden kann und anschließend aktiviert bleibt.
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Vorteilhafterweise
weist die Selbsthalteschaltung zumindest einen Operationsverstärker auf. Mittels
eines Operationsverstärkers
kann besonders einfach eine Selbsthalteschaltung realisiert werden, indem
beispielsweise der Ausgang mit dem nichtinvertierenden Eingang verbunden
wird. Vorteilhafterweise weist die Selbsthalteschaltung einen Operationsverstärker auf,
der vorzugsweise einstückig
mit dem Operationsverstärker
der Schwellwertschaltung ausgeführt
ist.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Schaltvorrichtung ein Netzteil aufweist,
das dazu vorgesehen ist, die Elektronikeinheit zu versorgen. Durch
ein Netzteil kann die Schaltvorrichtung vorteilhaft in einem Standby-Betrieb
gehalten werden.
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Vorzugsweise
ist das Netzteil als ein Kondensatornetzteil ausgeführt. Dadurch
kann eine Leistungsaufnahme der Schaltvorrichtung gesenkt werden.
Insbesondere kann dadurch ein Standby-Betrieb mit einer Leistungsaufnahme,
die kleiner ist als 100 mW, erreicht werden, wobei die Leistungsaufnahme
vorteilhafterweise kleiner als 75 mW ist und besonders vorteilhaft
weniger als 40 mW beträgt.
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Außerdem wird
vorgeschlagen, dass die Elektronikeinheit eine Schalteinheit aufweist,
die dazu vorgesehen ist, das Netzteil abzutrennen. Dadurch kann
die Schaltvorrichtung insbesondere bei einem Betrieb des Haushaltelektrogeräts deaktiviert werden,
wodurch eine Leistungssaufnahme gesenkt werden kann. Insbesondere
kann dadurch auch die Schaltvorrichtung deaktiviert werden, wodurch
ein Wiedereinschalten durch Vibrationen während eines Ausschaltens vermieden
werden kann, da insbesondere das Kondensatornetzteil eine Anlaufzeit
aufweist.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 einen
Schaltplan für
eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung.
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1 zeigt
eine Schaltvorrichtung eines Haushaltelektrogeräts, die zum Ein- und Ausschalten des
Haushaltelektrogeräts
vorgesehen ist. Das Haushaltelektrogerät weist eine geschlossene Bedienfläche auf,
unter der ein Piezo-Schalter 10 mit einem Piezo-Element angeordnet
ist. Die Schaltvorrichtung weist eine Elektronikeinheit 12 auf,
mittels der ein Verhalten des Piezo-Schalters 10 definiert werden
kann. Die Elektronikeinheit 12 weist verschiedene Schaltgruppen
auf. Ein Stromverbrauch der Schaltvorrichtung in einem Bereitschaftsmodus ist
kleiner als 100 mW.
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Die
Elektronikeinheit 12 wird über ein Netzteil 22 der
Schaltvorrichtung, das als ein Kondensatornetzteil aufgeführt ist,
mit einer Spannung U1 versorgt. Das Netzteil 22 weist einen
Kondensator C1 und eine Gleichrichtungsschaltung D1 auf. Zwischen einem
positiven Ausgang und einem negativen Ausgang der Gleichrichtungsschaltung
D1 sind ein weiterer Kondensator C2 und eine Z-Diode D2 geschaltet. Der
Kondensator C2 dient zu einer Glättung
einer Ausgangsspannung der Gleichrichtungsschaltung D1 und zu einer
Energiespeicherung. Mittels der Z-Diode D2 wird die Spannung U1
des Netzteils 22 begrenzt, wobei die Spannung U1 des Netzteils 22 einer
Differenz zwischen der Ausgangsspannung der Gleichrichtungsschaltung
D1 und einer Masse entspricht. Der negative Ausgang der Gleichrichtungsschaltung
D1 bildet die Masse des Netzteils, der positive Ausgang der Gleichrichtungsschaltung
D1 bildet einen Ausgang des Netzteils 22, an dem in Bezug auf
die Masse die Spannung U1 anliegt.
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An
das Netzteil 22 sind zwei Widerstände R1, R2 angeschlossen, die
in Reihe geschalten sind und die einen Spannungsteiler bilden. Eine
erste Spannung wird parallel zu dem Widerstand R1, der mit der Masse
verbunden ist, abgegriffen. Eine zweite Spannung wird an einem Mittelabgriff
des als Potentiometer ausgeführten
Widerstand R2 abgegriffen, der mit dem Ausgang des Netzteils 22 verbunden
ist. Alternativ können
auch zwei feste Widerstände
verwendet werden. Die an dem Widerstand R1 abgegriffene erste Spannung
ist dabei kleiner als die an dem Widerstand R2 abgegriffene zweite
Spannung. Ein Kondensator C3, der parallel zu dem Widerstand R1
geschaltet ist, dient zur Glättung
der ersten Spannung.
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Der
Piezo-Schalter 10 liegt auf einem Potential, das an einem
Kreuzungspunkt zwischen den Widerständen R1 und R2 anliegt. Der
Piezo-Schalter 10 weist ein Piezo-Element auf, das durch
eine Piezo-Keramik gebildet wird. Die Piezo-Keramik erzeugt durch
eine mechanische Verformung bzw. eine mechanische Krafteinwirkung
einen elektrischen Impuls, wobei insbesondere ein Spannungsimpuls,
der als ein Schaltimpuls verwendet werden kann, erzeugt wird.
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Ein
erster Ausgang des Piezo-Schalters 10, an dem bei einem
Betätigen
des Piezo-Schalters 10 ein
Schaltimpuls anliegt, der insbesondere einen negativen Spannungsimpuls
aufweist, ist an dem Kreuzungspunkt zwischen den beiden Widerständen R1, R2
angeschlossen. Ein zweiter Ausgang des Piezo-Schalters 10,
an dem bei einem Betätigen
des Piezo-Schalters 10 ein Schaltimpuls anliegt, der insbesondere
auch einen positiven Gradienten, vorzugsweise beim Erhöhen eines
Schaltdrucks, aufweist, ist mit einem nichtinvertierenden Eingang
eines ersten Operationsverstärkers
OP1 verbunden. Ein Ausgang des Operationsverstärkers OP1 ist über einen
ersten Widerstand R5, der als ein einstellbarer Widerstand ausgeführt ist,
und einen zweiten Widerstand R3 mit einem invertierenden Eingang
des Operationsverstärkers
OP1 verbunden. Der Operationsverstärker OP1 und die beiden Widerstände R5,
R3 bilden eine Verstärkerschaltung 14.
Mittels des Widerstands R5 kann ein Verstärkungsfaktor der Verstärkerschaltung 14 eingestellt
werden, wobei der Verstärkungsfaktor der
Verstärkerschaltung 14 auch
ein nichtlineares Verhalten aufweisen kann. Der Widerstand R3 dient als
ein Vorwiderstand zur Symmetrisierung der Eingänge des Operationsverstärkers OP1.
Als Versorgungsspannung liegt an dem Operationsverstärker OP1
die Spannung U1 des Netzteils 22 an.
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Parallel
zu dem Piezo-Schalter 10 ist ein einstellbarer Widerstand
R4 geschaltet, über
den die beiden Ausgänge
des Piezo-Schalters 10 miteinander verbunden sind. Wird
der Piezo-Schalter 10 betätigt, kann über den Widerstand R4 ein Strom
zwischen den Ausgängen
des Piezo-Schalters 10 fließen, wodurch der Schaltimpuls über den
Widerstand R4 fließt
und somit nicht am Operationsverstärker OP1 anliegt. Ist der Widerstand
R4 klein eingestellt, können
auch Schaltimpulse mit einer hohen Spannung, wie sie bei einer schnellen
Betätigung
des Piezo-Schalters 10 entstehen, über den Widerstand R4 abfließen. Ist
der Widerstand R4 hoch eingestellt, können solche Schaltimpulse nicht über den
Widerstand R4 abfließen
und liegen somit als ein Spannungsimpuls am Operationsverstärker OP1
und damit an der Verstärkerschaltung 14 an.
Der Widerstand R4 bildet somit eine Zeitempfindlichkeitsschaltung 16, über die
eingestellt werden kann, ab welcher Spannung des Schaltimpulses
der Schaltimpuls am Operationsverstärker OP1 anliegt und dort verstärkt wird,
wobei eine Höhe
der Spannung insbesondere durch eine Zeitempfindlichkeit der Schaltvorrichtung in
Bezug auf eine Betätigung
des Piezo-Schalters 10 gegeben ist.
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Der
durch den Operationsverstärker
OP1 verstärke
Schaltimpuls liegt weiter an einem nichtinvertierten Eingang eines
weiteren Operationsverstärkers
OP2 an. Dem nichtinvertierenden Eingang ist ein Widerstand R7 als
ein Vorwiderstand zur Begrenzung eines maximalen Stroms und zu Symmetrisierung
der Eingänge
des Operationsverstärkers
OP2 vorgeschaltet. An einem invertierten Eingang des Operationsverstärkers OP2
liegt die Spannung an, die an dem Widerstand R2 abgegriffen wird.
Dem invertierten Eingang vorangeschaltet ist ein Widerstand R6,
der ebenfalls zu einer Strombegrenzung dient und der aufgrund der
Symmetrisierung der Eingänge
ungefähr
gleich groß ist
wie der Widerstand R7. Durch den Operationsverstärker OP2, der die Versorgungsspannung
des Netzteils 22 durchschaltet, wenn die Spannung am nichtinvertierten
Eingang größer ist
als die Spannung am invertierten Eingang, wird der durch den Operationsverstärker OP1
verstärkte
Schaltimpuls des Piezo-Schalters 10 digitalisiert. Über den
als Potentiometer ausgeführten
Widerstand R2, über
den eine Potentialdifferenz zwischen den Eingängen des Operationsverstärkers OP2
im Ruhezustand eingestellt werden kann, kann ein Schwellwert, ab
dem der Operationsverstärker OP2
schaltet, eingestellt werden. Der Operationsverstärker OP2
bildet somit mit den Widerständen
R6, R7, R2 eine Schwellwertschaltung 18, die den Schaltimpuls
des Piezo-Schalters 10 digitalisiert.
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Ein
Ausgang des Operationsverstärkers OP2
ist über
eine Diode D3 mit dem nichtinvertierten Eingang verbunden. Die Diode
D3 weist eine Durchlassrichtung von dem Ausgang zu dem Eingang auf, wodurch
der Operationsverstärker
OP2 geschalten bleibt, wenn er einmal geschaltet wurde. Mittels
des Operationsverstärkers
OP2 und der Diode D3 wird somit eine Selbsthalteschaltung 20 realisiert.
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Weiter
ist der Ausgang des Operationsverstärkers OP2 mit einem Schaltelement
K1, das als ein Schaltrelais ausgebildet ist, verbunden. Zwischen dem
Ausgang des Operationsverstärkers
OP2 und dem Schaltelement K1 ist eine Diode D5 angeordnet, die eine
Aktivierung des Schaltelements K1 bei einer negativen Spannung unterdrückt, wodurch
das Schaltelement K1 nur durch eine positive Spannung, die aufgrund
des Betätigens
des Piezo-Schalters 10 durch die Operationsverstärker OP1,
OP2 geschaltet wird, geschlossen werden kann. Eine Energie zur Schaltung
des Schaltelements K1 wird dabei dem Kondensator C2 entnommen. Parallel
zu dem Schaltelement K1 ist eine Diode D4 angeordnet, die als eine
Freilaufdiode geschaltet ist und mittels der eine Funkenbildung
durch das Schaltelement K1 vermieden werden kann.
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Wird
das Schaltelement K1 durch die Schaltvorrichtung geschlossen, verbindet
es ein Trafonetzteil 24 mit einem Versorgungsanschluss 26,
und das Elektrogerät,
das schematisch durch eine Leuchtdiode D8 und einen Widerstand R8
dargestellt ist, wird aktiviert. Der Versorgungsanschluss 26 weist
eine Phase L und einen Nullleiter N auf. Das Trafonetzteil 24 weist
einen Trafo und eine Gleichrichtungsschaltung D6 mit einem Kondensator
C4 zur Glättung
einer Ausgangsspannung U2 auf. Eine Masse des Trafonetzteils 24 ist
von einer Masse des Netzteils 22 getrennt ausgeführt. Ist
das Schaltelement K1 geschlossen, ist ein erster Eingang des Trafonetzteils 24 über das
Schaltelement K1 mit der Phase L des Versorgungsanschlusses 26 verbunden.
Ein zweiter Eingang des Trafonetzteils 24 ist fest mit
dem Nullleiter N des Versorgungsanschlusses 26 verbunden.
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An
den Versorgungsanschluss 26 ist weiter das Netzteil 22 angeschlossen.
Ein erster Eingang des Netzteils 22 ist über ein
Schaltelement K2, das als ein Wechselschaltrelais ausgeführt ist,
mit der Phase L des Versorgungsanschlusses 26 verbunden,
wenn das Schaltelement K2 geöffnet
ist. Ein zweiter Eingang des Trafonetzteils 24 ist fest
mit dem Nullleiter N verbunden. Eine Diode D7 ist als eine Freilaufdiode
geschaltet, mittels der eine Funkenbildung durch das Schaltelement
K2 vermieden werden kann.
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Durch
eine Netzschaltvorrichtung 28, die nach dem Trafonetzteil 24 angeordnet
ist, wird das Schaltelement K2 geschlossen. Dadurch wird das Netzteil 22 stromlos
geschaltet und das Trafonetzteil 24 wird über das
Schaltelement K2 mit dem Versorgungsanschluss 26 verbunden.
Durch das Deaktivieren des Netzteils 22 wird insbesondere
der Kondensator C2 entladen, wodurch das Schaltelement K1 abfällt und
das Trafonetzteil 24 nur noch über das Schaltelement K2 mit
dem Versorgungsanschluss 26 verbunden ist. Grundsätzlich würde das
Schaltelement K1 auch bei verbundenem Netzteil 22 von alleine
wieder abfallen, sobald die in dem Kondensator C2 gespeicherte Energie
verbraucht ist, da eine Leistung des Netzteils 22 nicht
ausreicht, das Schaltelement K1 geschlossen zu halten.
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Über einen
Taster T1, der als ein Öffner
ausgeführt
ist und der in der Netzschaltvorrichtung 28 angeordnet
ist, kann das Schaltelement K2 geöffnet werden. Grundsätzlich kann
der Taster T1 über
eine nicht näher
dargestellte Elektronik des Elektrogeräts geöffnet werden, wobei dann der
Taster T1 vorzugsweise als ein elektronisches Element ausgeführt ist. Durch
das Öffnen
des Schaltelements K2 wird das Elektrogerät deaktiviert und das Netzteil 22 wieder mit
dem Versorgungsanschluss 26 verbunden. Nach einer Zeitkonstante,
die insbesondere durch eine Ladezeit des Kondensators C2 definiert
ist, ist die Schaltvorrichtung wieder in einem Bereitschafsmodus,
in dem das Elektrogerät
durch einen Schaltimpuls des Piezo-Schalters 10 wieder aktiviert
werden kann.
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- 10
- Piezo-Schalter
- 12
- Elektronikeinheit
- 14
- Verstärkerschaltung
- 16
- Zeitempfindlichkeitsschaltung
- 18
- Schwellwertschaltung
- 20
- Selbsthalteschaltung
- 22
- Netzteil
- 24
- Trafonetzteil
- 26
- Versorgungsanschluss
- 28
- Netzschaltvorrichtung
- L
- Phase
- N
- Nullleiter
- C1
- Kondensator
- C2
- Kondensator
- C3
- Kondensator
- C4
- Kondensator
- D1
- Gleichrichtungsschaltung
- D2
- Z-Diode
- D3
- Diode
- D4
- Diode
- D5
- Diode
- D6
- Gleichrichtungsschaltung
- D7
- Diode
- D8
- Leuchtdiode
- K1
- Schaltelement
- K2
- Schaltelement
- OP1
- Operationsverstärker
- OP2
- Operationsverstärker
- R1
- Widerstand
- R2
- Widerstand
- R3
- Widerstand
- R4
- Widerstand
- R5
- Widerstand
- R6
- Widerstand
- R7
- Widerstand
- R8
- Widerstand
- U1
- Spannung
- U2
- Spannung
- T1
- Taster