DE19739537A1

DE19739537A1 - Einrichtung zum Ein- und Ausschalten einer elektrischen Last

Info

Publication number: DE19739537A1
Application number: DE19739537A
Authority: DE
Inventors: Peter Luepges; Norbert Van Huensel; Norbert Sack
Original assignee: DIWA LOCK GmbH
Current assignee: DIWA LOCK GmbH
Priority date: 1997-09-09
Filing date: 1997-09-09
Publication date: 1999-03-11
Also published as: EP1016330A1; WO1999013694A1; AU9435398A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ein- und Ausschalten einer elektrischen Last, z. B. einer Beleuchtungsanlage, in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit, bestehend aus einem Lichtsensor, einer dem Lichtsensor nachgeschalteten Auswerteelektronik mit mindestens einem Komparator, einer der Auswerteelektronik nachgeschalteten Schaltverzögerungsstufe sowie einem der Auswerteelektronik bzw. der Schaltverzögerungsstufe nachgeschalteten Lastschalter.

Eine derartige Einrichtung ist z. B. aus der Offenlegungsschrift DE 33 07 720 A1 bekannt. Bei der vorbekannten Einrichtung ist eine Zeitschalteinrichtung zum zeitweiligen Abschalten der Last vorgesehen, die als Zähler ausgebildet ist und der Steuersignale der Auswerteelektronik sowie der Schaltverzögerungsstufe zugeführt werden. Die Zeitschalteinrichtung arbeitet dabei vorzugsweise mit festen Zeitvorgaben, beispielsweise 6 Stunden, wobei die Schalt verzögerungsstufe verhindert, daß der Lastschalter durch kurzzeitige Helligkeits schwankungen betätigt wird.

Weniger vorteilhaft ist bei der vorbekannten Einrichtung die Tatsache anzusehen, daß aufgrund der fest vorgegebenen Schaltintervalle Helligkeitsänderungen am Tag nicht berücksichtigt werden können, so daß der angestrebte Energiespareffekt nicht optimal erreicht werden kann. Außerdem ist die bekannte Einrichtung für die Verwendung insbesondere in großen Gebäuden ungeeignet. Eine bedarfsgerechte Beleuchtung kann ohne zusätzliche Zeitsteuerung nur zu Energieverlusten führen, da bei Nacht die Beleuchtung überall brennt, ohne daß sie genutzt wird. Der regelungstechnische Aufwand stufenloser Lichtanpassung ist jedoch mit erheblichem Aufwand verbunden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, daß sie während der Einschaltzeit der Last die Überwachung von Mindesthellingkeitswerten insbesondere in Räumen mit natürlicher Beleuchtung übernimmt und dadurch einen optimalen Energiespareffekt ermöglicht. Dabei soll das Kriterium "Vorrang der Sicherheit vor Sparmaßnahmen" erfüllt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auswerteelektronik durch eine Parallelschaltung zweier Komparatorschaltungen gebildet ist, die unterschiedliche, dem Ab- sowie dem Einschaltbereich der Last zugeordnete, einstellbare Schaltschwellwerte aufweisen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schaltverzögerungsstufe durch je ein, jeder Komparatorschaltung nachgeschaltetes Zeitverzögerungsglied mit unterschiedlichem Zeitverhalten gebildet ist.

Um Störungen durch kurzzeitigen Lichteinfall, beispielsweise verursacht durch Scheinwerfer von vorbeifahrenden Kraftfahrzeugen etc., nicht als Tageslicht zu interpretieren, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, daß der Verzögerungswert des der ersten Komparatorschaltung zugeordneten Zeitverzögerungsglieds mehrere Minuten beträgt.

Um dagegen kurzfristige Verdunkelungen, die beispielsweise durch vorbeifliegende Vögel, flatternde Fahnen etc., auszuschließen, ist bei einer weiteren Ausführung des Erfindungsgegenstandes vorgesehen, daß der Verzögerungswert des der zweiten Komparatorschaltung zugeordneten Zeitverzögerungsglieds mehrere Sekunden beträgt.

Bei weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes wird das Ausgangssignal des der ersten Komparatorschaltung zugeordneten Zeitverzögerungsglieds in einem ersten UND-Gatter mit dem Ausgangssignal der ersten Komparatorschaltung verknüpft, das ein Über- bzw. Unterschreiten des oberen Schaltschwellwertes anzeigt, bzw das Ausgangssignal des der zweiten Komparatorschaltung zugeordneten Zeitverzögerungsglieds in einem zweiten UND-Gatter mit dem Ausgangssignal der zweiten Komparatorschaltung verknüpft, das ein Unter- bzw. Überschreiten des unteren Schaltschwellwertes anzeigt. Durch diese Maßnahmen wird eine totale Entkoppelung der beiden Schaltschwellwerte, d. h., kein ständiges Ein-/Ausschalten um einen Hystereseschaltpunkt erreicht, die z. B. insbesondere bei Leuchtstofflampen wichtig ist.

Ein besonders ruhiges Schaltverhalten wird dadurch gewährleistet, wenn die Ausgangssignale der UND-Gatter einem Speicherelement, z. B. einem RS-Flipflop, zugeführt werden, dessen Steuersignal den Lastschalter betätigt.

Eine Überprüfung der Funktion der zu schaltenden Last wird nach einem weiteren Erfindungsmerkmal dadurch ermöglicht, daß dem zweiten UND-Gatter ein ODER-Gatter nachgeschaltet ist, dem das Ausgangssignal des zweiten UND-Gatters sowie das Ausgangssignal einer der Funktionsüberprüfung der Einrichtung dienenden Prüftaste zugeführt werden. In diesem Zusammenhang kann es besonders sinnvoll sein, wenn eine Netzüberwachungsschaltung vorgesehen ist, deren Ausgangssignal dem ODER-Gatter zugeführt wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß eine Überprüfung der Lastfunktion beim Einschalten oder nach einem Stromausfall ermöglicht wird.

Eine weitere Erhöhung der Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes dadurch erreicht, daß eine Schaltung zur Überwachung der Betriebsbereitschaft der Einrichtung und/oder eine Schaltung zur Überwachung von bei der Last auftretenden Fehlern vorgesehen ist. Die letztgenannte Schaltung kann dann beim Auftreten eines Lastfehlers die Last abschalten. Außerdem ist es besonders sinnvoll, den Lastschalter als Schalter mit galvanischer Trennung auszuführen.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung an einem Beispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung, und

Fig. 2 eine diagrammatische Darstellung der Funktion der Einrichtung gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Einrichtung besteht im wesentlichen aus einem Lichtsensor 1, einer dem Lichtsensor 1 nachgeschalteten Auswerteelektronik 2, einer der Auswerteelektronik 2 nachgeschalteten Schaltverzögerungsstufe 3, einem Signalverknüpfungsglied 4 sowie einem dem Signalverknüpfungsglied 4 nachgeschalteten Lastschalter 5 zum Ein- und Ausschalten einer Last 6, beispielsweise einer Beleuchtungsanlage, die an eine geeignete Energiequelle 7, z. B. ein 230-V-Spannungsnetz, angeschlossen ist. Der Überwachung des Lastzustandes dient eine lediglich schematisch angedeutete Schaltung, die mit dem Bezugszeichen 18 versehen ist. Die Auswerteelektronik 2 besteht ihrerseits aus zwei parallelgeschalteten Komparatorschaltungen 10, 11, die unterschiedliche Schaltschwellenwerte Lx₁, Lx₂ aufweisen, während die Schaltverzögerungsstufe 3 durch je ein den Komparatorschaltungen 10, 11 zugeordnetes Verzögerungsglied 12, 13 gebildet ist. Die erste Komparatorschaltung 10 ist dabei vorzugsweise dem Abschaltvorgang zugeordnet und wird zum Erzeugen von Ausgangssignalen Lx₁ durch Helligkeitswerte angeregt, die deutlich oberhalb einer minimalen Beleuchtungsstärke (Lx₂) liegen. Das vorzugsweise binäre Ausgangssignal Lx₁der ersten Komparatorschaltung 10 wird einerseits dem zugeordneten Verzögerungsglied 12 und andererseits einem einen Bestandteil des Signalverknüpfungsglieds 4 bildenden ersten UND- Gatter 14 zugeführt, dem außerdem das Ausgangssignal Lx₁v des ersten Verzögerungsgliedes 12 zur Verfügung gestellt wird, dessen Zeitverzögerung t₁ z. B. einige Minuten beträgt. Das Ausgangssignal AUS des UND-Gatters 14 wird einem Speicherelement 16, beispielsweise einem ersten (Setz-)Eingang eines RS-Flipflops, zugeführt, durch dessen Ausgangsgröße ACT der vorhin erwähnte Lastschalter 5 angesteuert wird. Durch die Verwendung des ersten Verzögerungsgliedes 12 wird gewährleistet, daß die Last 6 mindestens in der Zeit t₁ eingeschaltet ist.

Die zweite Komparatorschaltung 11 ist dagegen dem Einschaltvorgang zugeordnet und wird zum Erzeugen von Ausgangssignalen Lx₂ durch Heiligkeitswerte angeregt die unterhalb eines Mindesthelligkeitswertes liegen. Das Ausgangssignal Lx₂ ("0" - "1") der zweiten Komparatorschaltung 11 wird einerseits dem zugeordneten zweiten Verzögerungsglied 13 und andererseits einem ebenso dem Signalverknüpfungsglied 4 zugeordneten zweiten UND-Gatter 15 zugeführt, dem außerdem das Ausgangssignal Lx₂v des zweiten Verzögerungsgliedes 13 zur Verfügung gestellt wird, dessen Zeitverzögerung t₂ z. B. einige Sekunden beträgt. Das Ausgangssignal EIN des zweiten UND-Gatters 15 wird dem vorhin erwähnten Speicherelement 16, beispielsweise einem zweiten (Rücksetz-)Eingang des RS-Flipflops, zugeführt. Durch die Verwendung des zweiten Verzögerungsgliedes 13 wird gewährleistet, daß die Last 6 höchstens für die Zeitdauer t₂ ausgeschaltet ist.

Der Fig. 1 ist weiter zu entnehmen, daß zwischen dem zweiten UND-Gatter 15 und dem Speicherelement 16 ein ODER-Gatter 17 geschaltet ist, dem als Eingangsgrößen Signale einer Netzspannungsüberwachungsschaltung 8 sowie einer Prüftaste 9 zugeführt werden, die einer Funktionsüberprüfung der gesamten Einrichtung dient. Die Netzspannungsüberwachungs schaltung 8 erzeugt ein Signal, wenn die Energiequelle 7 zugeschaltet wird, beispielsweise morgens beim ersten Einschalten der Beleuchtungsanlage oder nach einem Stromausfall. In diesem Fall bleibt die Last 6 auch bei ausreichender Helligkeit (< Lx₁), für höchstens t₁ eingeschaltet. Der gleiche Zustand tritt bei einer Betätigung der Prüftaste 9, z. B. zum Zweck der Funktionsüberprüfung der Last nach einem Wechsel eines Beleuchtungskörpers bei ausreichender Helligkeit, ein. Um die Betriebsbereitschaft der erfindungsgemäßen Einrichtung zu überwachen kann vorzugsweise eine Schaltung 19 vorgesehen werden, die mit der vorhin erwähnten Netzsparinungsüberwachungsschaltung 8 zusammenwirkt.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung wird nun im Zusammenhang mit der diagrammatischen Darstellung gemäß Fig. 2 erläutert, wobei mit dem Bezugszeichen I der zeitliche Verlauf des vom Lichtsensor 1 gelieferten Helligkeitssignals gekennzeichnet ist, während mit den Bezugszeichen II und III die Zeitverläufe der Signale der Zeitverzögerungsglieder 13 und 12 und mit dem Bezugszeichen IV der Zeitverlauf des den Schaltzustand der Last 6 darstellenden Signals versehen sind. Es wird angenommen, daß der Schaltschwellenwert der ersten Komparatorschaltung 10 Lx₁ ≈ 500 Lx, der Schaltschwellenwert der zweiten Komparatorschaltung 11 Lx₂ ≈ 350 Lx, die Zeitverzögerung des ersten Zeitverzögerungsglieds 12 t₁ = ca. 10 Minuten und die Zeitverzögerung des zweiten Zeitverzögerungsglieds 13 t₂ = ca. 10 Sekunden betragen.

Wie insbesondere dem Zeitverlauf IV zu entnehmen ist, wurde die Last im Zeitpunkt T₀ beispielsweise durch eine Schaltuhr eingeschaltet. Wird nun vom Lichtsensor 1 im Zeitpunkt T₁ (Punkt A auf der Kurve I) ein Helligkeitswert erfaßt, der dem Schaltschwellenwert Lx₁ der ersten Komparatorschaltung 10 entspricht, so erzeugt diese ein Zustandssignal, mit dem das erste Zeitverzögerungsglied 12 gestartet wird, dessen Zeitverzögerung, wie vorhin erwähnt, ca. 10 Minuten beträgt. Am Ende dieses Zeitintervalls, d. h., im Zeitpunkt T₂, wird die Last 6 ausgeschaltet, wobei eine kurzzeitige Helligkeitsänderung im Zeitpunkt T₃, verursacht z. B. durch eine Fremdlichtstörung, zwar ein Erzeugen der erwähnten Zustandsignale Lx₁, Lx_1V zur Folge hat, den Schaltvorgang der Last 6 jedoch nicht beeinflußt. Im Zeitpunkt T₄ (Punkt B auf der Kurve I) entspricht der vom Lichtsensor 1 erfaßte Helligkeitswert dem Schaltschwellenwert Lx₂ der zweiten Komparatorschaltung 11, die ein (Einschalt-) Zustandssignal erzeugt, mit dem das zweite Zeitverzögerungsglied 13 gestartet wird, dessen Zeitverzögerung ca. 10 Sekunden beträgt. Am Ende dieses Zeitintervalls, d. h., im Zeitpunkt T₅, erfolgt ein Einschaften der Last 6. Eine zweite kurzzeitige Helligkeitserhöhung im Zeitpunkt T₆ startet zwar erneut das erste Zeitverzögerungsglied 12, bleibt jedoch ohne Wirkung auf den Schaltzustand der Last 6, da der vom Lichtsensor 1 ermittelte Helligkeitswert nach einer sehr kurzen Zeit den Schaltschwellenwert Lx₂ der zweiten Komparatorschaltung 11 wieder unterschritten hat. Die Last 6 verharrt deswegen auch nach dem Ablauf der Verzögerung des ersten Zeitverzögerungsglieds 12 weiterhin im eingeschalteten Zustand.

Im Zeitpunkt T₇ (Punkt C auf der Kurve I) wird der Schaltschwellenwert Lx₁der ersten Komparatorschaltung 10 erreicht und das erste Zeitverzögerungsglied 12 gestartet. Da der vom Lichtsensor 1 im Zeitpunkt T₈, d. h. nach Ablauf der Verzögerung t₁ des ersten Zeitverzögerungsglieds 12, ermittelte Helligkeitswert deutlich über dem Schaltschwellenwert Lx₁ der ersten Komparatorschaltung 10 liegt erfolgt zu diesem Zeitpunkt ein Abschalten der Last 6.

Im Zeitpunkt T₉ (Punkt D auf der Kurve I) wird schließlich der Schaltschwellenwert Lx₂ der zweiten Komparatorschaltung 11 erreicht und das zweite Zeitverzögerungsglied 13 gestartet. Der vom Lichtsensor 1 im Zeitpunkt T₁₀, d. h. nach Ablauf der Verzögerung t₂ des zweiten Zeitverzögerungsglieds 13, ermittelte Helligkeitswert unter dem Schaltschwellenwert Lx₂ der zweiten Komparatorschaltung 11 liegt, erfolgt zu diesem Zeitpunkt ein Einschalten der Last 6, die dann im Zeitpunkt T₁ t, beispielsweise mittels der vorhin erwähnten Schaltuhr, ausgeschaltet wird.

Claims

1. Einrichtung zum Ein- und Ausschalten einer elektrischen Last (6), z. B. einer Beleuchtungsanlage, in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit, bestehend aus einem Lichtsensor (1), einer dem Lichtsensor (1) nachgeschalteten Auswerteelektronik (2) mit mindestens einem Komparator (10, 11), einer der Auswerteelektronik (2) nachgeschalteten Schaltverzögerungsstufe (3) sowie einem der Auswerteelektronik (2) bzw. der Schaltverzögerungsstufe (3) nachgeschalteten Lastschalter (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (2) durch eine Parallelschaltung zweier Komparatorschaltungen (10, 11) gebildet ist, die unterschiedliche, dem Aus- sowie dem Einschaltbereich der Last (6) zugeordnete, einstellbare Schaltschwellenwerte (Lx₁, Lx₂) aufweisen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltverzögerungsstufe (3) durch je ein jeder Komparatorschaltung (10, 11) nachgeschaltetes Zeitverzögerungsglied (12, 13) mit unterschiedlichem Zeitverhalten gebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungswert des der ersten Komparatorschaltung (10) zugeordneten Zeitverzögerungsglieds (12) mehrere Minuten beträgt.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzögerungswert des der zweiten Koinparatorschaltung (11) zugeordneten Zeitverzögerungsglieds (13) mehrere Sekunden beträgt.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (Lx_1V) des der ersten Komparatorschaltung (10) zugeordneten Zeitverzögerungs glieds (12) in einem ersten UND-Gatter (14) mit dem Ausgangssignal (Lx₁) der ersten Komparatorschaltung (10) verknüpft wird, das ein Über- bzw. Unterschreiten des oberen Schaltschwellenwertes anzeigt.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (Lx₂v) des der zweiten Komparatorschaltung (11) zugeordneten Zeitverzögerungsglieds (13) in einem zweiten UND-Gatter (15) mit dem Ausgangssignal (Lx₂) der zweiten Komparatorschaltung (11) verknüpft wird, das ein Unter- bzw. Überschreiten des unteren Schaltschwellenwertes anzeigt.

7. Einrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale (AUS, EIN) der UND-Gatter (14, 15) einem Speicherelement (16) zugeführt werden, dessen Steuersignal (ACT) den Lastschalter (5) betätigt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherelement (16) durch ein RS-Flipflop gebildet ist, dessen Setzeingang (S) mit dem Ausgang des ersten UND-Gatters (14) und dessen Rücksetzeingang (R) mit dem Ausgang des zweiten UND-Gatters (15) verbunden ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten UND-Gatter (15) ein ODER-Gatter (17) nachgeschaltet ist, dem das Ausgangssignal (EIN) des zweiten UND-Gatters (15) sowie das Ausgangssignal einer der Funktionsüberprüfung der Einrichtung dienenden Prüftaste (9) zugeführt werden.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine Netzüberwachungsschaltung (8) vorgesehen ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Netzüberwachungsschaltung (8) dem ODER-Gatter (17) zugeführt wird.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (19) zur Überwachung der Betriebsbereitschaft der Einrichtung vorgesehen ist.

13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (18) zur Überwachung des Lastzustandes vorgesehen ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Last (6) durch mindestens eine Leuchtstofflampe gebildet ist, die beim Feststellen eines fehlerhaften Zustandes abgeschaltet wird.

15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Lastschalter (5) als Schalter mit galvanischer Trennung ausgeführt ist.