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Dokumentenidentifikation DE69510221T2 10.02.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0792533
Titel VORRICHTUNG ZUR STROMUNTERBRECHUNG VON STROMVERBRAUCHERN WIE STELLGLIEDER
Anmelder Linak A/S, Nordborg, DK
Erfinder FROST, John, DK-6400 Sonderborg, DK
Vertreter Wenzel & Kalkoff, 22143 Hamburg
DE-Aktenzeichen 69510221
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LI, NL, PT, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 28.02.1995
EP-Aktenzeichen 959104639
WO-Anmeldetag 28.02.1995
PCT-Aktenzeichen DK9500091
WO-Veröffentlichungsnummer 9523450
WO-Veröffentlichungsdatum 31.08.1995
EP-Offenlegungsdatum 03.09.1997
EP date of grant 09.06.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.02.2000
IPC-Hauptklasse H02H 3/12

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leitungs-/Netz-Abschaltsystem zum automatischen Abschalten der Leitungen / des Netzes (Anmerkung: im folgenden in der Regel als Netz angegeben) zu stromverbrauchenden Einrichtungen, wie zum Beispiel Betätigungsmotoren als Reaktion darauf, daß diese abgeschaltet werden.

Bei verschiedenen Installationen, zum Beispiel in Verbindung mit einer Betätigungsmotor-Einrichtung an verstellbaren Krankenhausbetten, ist es aus Sicherheitsgründen wünschenswert, daß das Netz zu der Einrichtung unterbrochen gehalten wird, immer wenn es dafür kein aktuelles Bedürfnis gibt. Solch eine Unterbrechung oder Netz-Abschaltung kann auch aus anderen Gründen wünschenswert sein, zum Beispiel zum Vermeiden elektrischer Felder in Schlafräumen oder zum Einsparen des Energieverbrauchs in Einrichtungen mit Leerlaufverlusten, zum Beispiel Transformatoren. Eine bessere Unterbrechung könnte mittels eines manuell bedienten Hauptschalters für die einzelne Einrichtung oder eines Teils der Installation angeordnet werden, aber natürlich ist es bevorzugt, daß die Netz-Abschaltung automatisch als eine Funktion einer Betriebsabschaltung der Einheit geschehen kann, ohne irgendeine Notwendigkeit, daran zu denken, dann auch einen Hauptschalter zu betätigen. Entsprechend sollte ein Detektor in der Lage sein, auf einen neuen Versuch, die Einheit anzuschalten, derart zu reagieren, daß die Stromzufuhr wiederhergestellt werden kann, wenn die Notwendigkeit erwächst, ohne daß zuerst ein Hauptschalter betätigt werden muß.

Auf dem Hauptniveau ist es die letztgenannte Funktion, die problematischer ist, weil eine frühere Unterbrechung der Spannungsversorgung zur Folge haben wird, daß sogar der Detektor ohne Zufuhr ist. Es ist bereits bekannt, daß dieses Problem jedoch durch die Verwendung einer Batterie in der Detektoreinheit gelöst werden kann, siehe zum Beispiel DE-A-26 24 316 und WO 93/11593, derart, daß die für die Detektion verfügbare Spannung eines gewünschten Wiederanlaufes der in Betrieb befindlichen Einheit in einem akzeptablen Niederspannungsbereich sein wird.

Es ist sogar bekannt, daß die Batterie durch eine Kondensatorspannung aufgeladen werden kann, die solange gehalten wird, wie die in Betrieb befindliche Einheit dem Netz ausgesetzt wird, und die den Betrieb über eine relativ lange Zeit nach dem letzten Abschalten der Einheit aufrechterhalten kann, wenn ein Kondensator mit einem hohen Entladewiderstand verwendet wird.

Vor diesem Hintergrund könnte es möglich sein, die Batterie zu vermeiden, nämlich wenn die Einrichtung täglich oder sogar nur einmal pro Woche betätigt wird, wenn eine ausreichende Kondensatorspannung über mehrere Wochen nach jedem Laden gut aufrechterhalten werden kann. Wenn die Einrichtung für längere Zeit nicht verwendet wird, kann ein erneuter Start über Stromzufuhr von einer externen, beweglichen Batterie oder durch Betätigung der Einrichtung mittels einer parallelen Verbindung direkt zum Netz angeordnet werden, indem ein zusätzliches Kabel und ein Schalter verwendet werden. Aus verschiedenen Gründen ist jedoch keine dieser Lösungen besonders attraktiv.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt das Steuersystem Mittel zur internen Ermöglichung einer derartigen Verbindung mit dem Netz, die zur Aufrechterhaltung der Spannungsversorgung des Steuersystems im Falle einer Betätigung erforderlich ist, wenn der Kondensator später auf ein unterkritisches Niveau entladen wird. Hierdurch braucht der Nutzer nicht irgendwelche speziellen Betätigungshandlungen auszuführen, wenn die Einrichtung für eine lange Zeit außer Betrieb war, weil die erforderliche Steuerspannung sowieso zur Verfügung stehen wird.

Für die praktische Anordnung werden zwei verschiedene Typen Hauptprinzipien offenbart. Somit spezifiziert Anspruch 2 ein System, das in einer konstanten Verbindung mit dem Netz ist, aber über eine Spannungs- und Strombegrenzungseinheit erkennbar ist, die in der Praxis dennoch für die gewünschte Abschaltbedingung im Verwenderbereich zur Verfügung steht, aber trotzdem in Betrieb ist, um auf einen neuen Versuch des Anschaltens einer Betätigungseinheit des Installationssystems zu reagieren, indem es eine einzelne Betätigung der Hauptschaltereinheit produziert, die dann in ein erneutes Laden des Arbeitskondensators resultiert. Danach kann der letztgenannte für Wochen in Betrieb sein, aber die Spannung, die in dem Hilfskondensator aufrechterhalten wird, stellt sicher, daß das System auch betätigt werden kann, wenn der Arbeitskondensator unterhalb des kritischen Niveaus zur Betätigung des Steuersystems entladen worden ist.

Anspruch 3 deutet auf eine andere Lösung hin, in der der Arbeitskondensator zur Spannungsversorgung für einen Steuerschaltkreis dient, der die Hauptschaltungseinheit mit geeigneten Zeitintervallen kurz betätigt, gerade ausreichend, um sicherzustellen, daß der Arbeitskondensator wieder aufgeladen wird, derart, daß der letztgenannte nie auf einen Punkt entladen werden kann, bei dem er die Versorgungsfunktion nicht mehr erfüllen kann, solange das System mit dem Netz überhaupt verbunden ist. Die intermittierende Betätigung des Steuerschaltkreises kann auf einem Taktgenerator basieren, der mit einem hohen Maß an Sicherheit ein Wiederaufladen des Arbeitskondensators bewirken wird, bevor er möglicherweise unterkritisch entladen werden kann, oder auf eine Strommessung der Kondensatorspannung, derart, daß eine Betätigung der Hauptschaltereinheit bewirkt werden kann, immer wenn das Bedürfnis für eine Wiederaufladung des Kondensators besteht, zum Beispiel für relativ wenige Minuten alle paar Tage, alles gemäß der Selbstentladung des Kondensators.

Dies führt zu Betrachtungen solcher Installationen, die mit einem besseren Netz-Abschaltsystem versehen sind, das zum Beispiel in einem Zählergehäuse montiert ist. Bei dieser Art Systeme wird während der passiven Perioden keine brauchbare Steuerung oder Ladespannung verfügbar sein, und aus diesem Grund ist es besonders wichtig, daß das System der Ausführungsform gemäß Anspruch 3 eine periodische Betätigung der Hauptschaltereinheit hervorrufen kann, derart, daß das bessere System dadurch einen Stromverbrauch ermitteln kann, der ausreichend ist, um eine Verbindung mit dem Netz zu bewirken, wodurch im nächsten Schritt ein Wiederaufladen des Arbeitskondensators schnell bewirkt werden kann, nämlich von kurzer Dauer, es sei denn, eine Arbeitsein heit in dem relevanten Untersystem wird so betätigt, daß eine länger andauernde Betätigung der Hauptschaltereinheit und somit eine damit verbundene Betätigung der besseren Verbindungseinheit bestimmt wird.

Somit kann das System gemäß der Erfindung während relativ langer Zeitperioden, gemessen in Tagen oder Wochen, in Betrieb sein, ohne irgendeine Art einer externen Spannungsversorgung, und das System wird die Wiederaufladung, die zwischen diesen Perioden erforderlich ist, automatisch organisieren.

Durch den anfänglichen Start des Systems sollte das Gleiche durch die erforderte Energieladung in Betrieb genommen werden. Im Prinzip ist es möglich - und bekannt -, dies durch Verbindung mit einer Batterie zu tun, aber gemäß der Ausführungsform gemäß Anspruch 6 kann dies durch die Verwendung eines Detektors für die anfängliche Verbindung mit dem Netz vermieden werden. Der gleiche Detektor kann dann auch in solchen Fällen aktiviert werden, in denen das Netz über solch eine lange Periode getrennt worden ist, daß die Steuerungseinrichtung ihre Energieladung verloren hat.

Die Erfindung wurde in Verbindung mit einer Aktuatoreinrichtung entwickelt, die DC-Motoren und spezifische Steuerknöpfe aufweist, wodurch über einen Transformator und ein Rektifiziersystem eine Verbindung zum Netz verwendet wird. Ladungen dieses Types sind als eine Basis einer Detektion der erforderlichen Energie durch das Anschalten eines Motors nicht besonders geeignet, aber die Steuerungsknöpfe können auf der anderen Seite direkt als Betätigungsknöpfe für das Steuerungssystem verwendet werden. Es liegt jedoch innerhalb des Schutzbereiches der Erfindung, für diesen Zweck einen Ladungsdetektor zu verwenden, genau wie in den besseren Netz-Abschaltsystemen, derart, daß das System gemäß der Erfindung nicht auf die Verwendung in Verbindung mit irgendeinem speziellen Typ von Arbeitseinheiten begrenzt ist.

Im folgenden wird die Erfindung detaillierter mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Systems gemäß der Erfindung ist, und

Fig. 2 ein korrespondierendes Diagramm einer modifizierten und verbesserten Ausführungsform desselben ist.

In Fig. 1 bezeichnet Ziffer 2 eine Verbindung zu einem Ein-Phasen-Netz, das selbst mit einem Netz-Abschaltsystem versehen sein kann. Verbundene Leitungen 4 führen direkt zu einem Satz Triacs 6 und von da weiter zu einer Betätigungseinrichtung mit einem Transformator 8, einem Rektifiziergerät 10 und einer Last 12, die als ein Betätigungsmotor M dargestellt ist, der zum Rotieren in eine oder die andere Richtung mittels eines Relaisschalters 14, der durch Solenoid 16 gesteuert wird, betriebsfähig ist, die durch jeweilige Betätigungsschalter 18, zum Beispiel auf einer Fernsteuerungseinheit, betätigt werden.

Die Triacs 6 werden mittels eines Photokopplers 20 zum Schließen und Öffnen gesteuert, der von Photodioden in einer Steuerungseinheit 22 betätigt wird, die teilweise von einem Hauptschaltkreis 24 mit Energie versorgt wird, der seine Spannung von der Einheit 10 erhält und mit den Betätigungsschaltern 18 verbunden ist, und teilweise von einem Sekundärschaltkreis 26, der direkt mit dem Netzeingang 2 verbunden ist, und einen Rektifizierschaltkreis, eine Spannungsbegrenzungsdiode 28 und einen Hilfskondensator 30 einschließt.

Durch den Schaltkreis 26, 28 werden der Strom und die Spannung an der Betätigungseinrichtung auf ein Minimum begrenzt, und konsequenterweise wird der Hilfskondensator 30 relativ langsam geladen. Wenn er geladen worden ist, vielleicht nach 10 bis 20 Sekunden, können die Betätigungsschalter 18 zur Betätigung eines Motors M verwendet werden, indem sie den Schaltkreis 22 betätigen, um die Triacs 6 mittels Energie vom Hilfskondensator 30 anzuschalten, wodurch die Betriebsspannung auf der Einrichtung 12 sofort über den Transformator 8 geliefert wird. Hierdurch wird sogar Ladestrom für einen großen Kondensator 32 in Verbindung mit der Einheit 24 zur Verfügung gestellt und danach wird dieser Kondensator die Versorgung der Einheit 22 während der folgenden Betätigungen des Systems übernehmen.

Die Zener-Diode 28 kann die Spannung vom Rektifizierschaltkreis 26 auf zum Beispiel 15 Volt begrenzen, und der Ladestrom auf dem Hilfskondensator kann zum Beispiel maximal 8 mA sein. Wenn das System vom Netz abgeschaltet (getrennt) wird, wird dieser Kondensator schnell entladen, und wie erwähnt, wird es erforderlich sein, die Netzverbindung zum anfänglichen Wiederaufladen des Kondensators 30 zum Wiederstarten nach einer relativ langen Zeitperiode wieder herzustellen, so daß auch der Kondensator 32 entladen worden ist, wonach die Einrichtung wieder in Betrieb sein wird.

Die Verwendung der Photokoppler 22, 20 ist zur Erhaltung einer effektiven galvanischen Trennung vorteilhaft, aber diese Erfindung ist nicht auf gerade diesen Typ der Betätigungsverbindung begrenzt.

Im in Fig. 2 gezeigten System ist die Last schematisch als Block B gezeigt, der eine Befehls- oder Detektoreinheit umfaßt um durch eine Steuerleitung 34, eine Notwendigkeit für das Netz, das angeschaltet werden soll, zu signalisieren, wobei die Leitung 34 zu einem Steuerschaltkreis 36 zum Pulsieren eines Lichtsignals zu einem Photokoppler 38 führt, der den Triac 36 betätigt, der hier nur in der Phasenleitung vorgesehen ist. Auch in Fig. 2 ist der große Arbeitskondensator mit 32 bezeichnet. Vor dem Triac 6 ist ein Detektorschaltkreis 40 vorgesehen, der betriebsfähig ist, um das Anschalten des Netzes bzw. die Verbindung des Systems zum Netz zunächst zu detektieren und den Triac vorzugsweise über einen Photokoppler zu betätigen, als Reaktion auf eine solche Detektion. Es wird bevorzugt, daß in diesem System lediglich zwei elektrische Leitungsverbindungen mit dem Netz existieren und daß der Kondensator 32 anfänglich durch die Betätigung des Detektors 40 automatisch aufgeladen wird. Weiterhin wird er durch jedes Anschalten des Triacs 6 wieder aufgeladen.

Die Steuerungseinrichtung umfaßt einen Spannungsdetektor 44 für Stromdetektion der Spannung am Kondensator 32, der auch hier die Spannungszufuhr für die Arbeitsbetätigungen des Triacs 6 als Reaktion darauf bildet, Signale an die Leitung 34 zu starten. Der Kondensator wird auf ein Niveau deutlich oberhalb dessen geladen, was für die Betätigung des Photokopplers 38 erforderlich ist, und der Detektor 44 wird so gebildet, um ein Steuersignal zur Triggerschal tung 36 zu produzieren, immer wenn die Entladung soweit fortgeschritten ist, daß die verbleibende Ladung mit der erforderlichen Sicherheitsspanne lediglich für eine weitere solche Betätigung ausreichend ist. Dies wird seinerseits eine neue und vollständige Wiederaufladung bewirken, unabhängig vom System, das mit dem Netz über eine bessere Netz-Abschaltanordnung verbunden wird.

Alternativ kann die Einheit 44 ein Timer sein, der ohne Detektion der Kondensatorladung arbeitet, um den Trigger 36 an solch kurzen Intervallen zu betätigen, daß der Kondensator normalerweise nicht einen Entladezustand erreicht, zum Beispiel für fünf Minuten alle drei Tage.

Wenn ein besonders guter Netz-Abschalter für eine lange Zeitperiode abgeschaltet worden ist, kann es notwendig sein, zur Wiederherstellung der Steuerungsspannung an den Kondensator eine Last anzuschalten, zum Beispiel eine Lampe im System, oder Ab- und dann Anschalten des relevanten Versorgungsschalters für die Betätigung der anfänglichen Startschaltung.

Es ist festzuhalten, daß die Prinzipien der Erfindung nicht für die Verwendung in Verbindung mit herkömmlichen schweren Stromsystemen begrenzt sind. Zugegebenermaßen ist es in diesem Bereich der Spannungsfelder unerwünscht, aber eine ähnliche Netz-Anordnung wird sogar zum Erhalten einer Einsparung des Stromverbrauchs relevant sein, zum Beispiel in Verbindung mit Transformatoren mit Null-Lastverlusten, siehe Fig. 1. In einer sehr ähnlichen Weise wird es möglich sein, eine Energieeinsparung in relevanten elektronischen Einrichtungen zu erreichen, zum Beispiel in einem Steuerungssignal-Detektor, wie zum Beispiel einen IR-Detektor, der eine Receiver-Einheit und eine assoziierte Identifikations- und Steuerungssignal-Erzeugungseinheit aufweist. Die Receiver-Einheit sollte konstant in Betrieb sein, um auf ein ankommendes Signal zu reagieren, aber die anderen Einheiten können, solange kein Signal aufgenommen wird, ungespeist bleiben. Somit kann es die Signalaufnahme selbst sein, die das Triggersignal für eine Stromversorgung zu den anderen Einheiten generiert, einschließlich sogar eines Zufuhrtransformators, und in der Zwischenzeit kann die Triggerspannung in der hier beschriebenen Weise bereit gehalten werden, alles natürlich mit relevanten Anpassungen an die elektronische Umge bung, in der der Kondensator dann wieder für eine gleichmäßige Spannungszufuhr der Receiver-Einheit verwendbar ist. Es wird kaum relevant sein, auf eine Kondensatorzeit von drei Wochen abzuzielen, aber zum Beispiel lediglich für drei Stunden mit einer assoziierten kurzen Wiederaufladungszeit. Das System kann auch so ausgestattet sein, daß es in Verbindung mit einer besseren (überlegenen) Netz-Anordnung betätigt werden kann, nämlich mit ziemlich kurzen Verbindungen/Koppelungen einer kleinen Last, die ausreichend ist, eine Verbindung im Netz optional für wenige Sekunden herzustellen.


Anspruch[de]

1. Leitungs-/Netz-Abschaltsystem zum automatischen Abschalten der Leitungen/des Netzes (4) zu stromverbrauchenden Einheiten als Reaktion darauf, daß diese abgeschaltet werden, und zum Wiederherstellen der Betriebsspannung als Reaktion auf das Einschalten einer Einheit, umfassend eine Steuer-/Regelungseinrichtung zur Betätigung eines Spannungskopplers (6) in Abhängigkeit davon, daß eine Arbeitseinheit (12) angeschaltet wird, und zum Unterbrechen der Spannungsversorgung durch ein ermitteltes Ende eines wahrnehmbaren Stromverbrauchs, wobei die Einrichtung einen Arbeitskondensator (32) mit hoher Kapazität umfaßt, dem eine Lade-Spannung geliefert wird, solange das Netz verbunden/angeschlossen sind, und der später als Spannungsquelle zum Ingangsetzen der Steuer-/Regelungseinrichtung als Reaktion auf ein Neustarten einer Arbeitseinheit in dem System arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer-/Regelungseinrichtung Mittel (22, 30) zum internen Ermöglichen einer derartigen Verbindung mit dem Netz umfaßt, die zum Aufrechterhalten einer Spannungsversorgung für die Steuer-/Regelungseinrichtung für den Fall notwendig und ausreichend ist, daß diese Einrichtung in Gang gesetzt wird, wenn die Ladung des Kondensators mit die Zeit unter ein kritisches Niveau abgefallen ist.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine wirksame Strom- und Spannungs-Begrenzungseinheit (26, 28), die in permanenter Verbindung mit dem Netz oder einem Netzstecker ist, wobei diese Einheit einen verhältnismäßig kleinen Hilfskondensator (30), der durch die Begrenzungseinheit geladen gehalten wird, und eine Steuer-/ Regelungsschaltung umfaßt, die vorzugsweise durch einen Photokoppler dazu angepaßt ist, den Netz-Spannungs-Koppler mittels der Spannung dieses Kondensators in Gang zu setzen, als Reaktion darauf, daß eine Betätigungseinheit veranlaßt wird, eingeschaltet zu werden.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskondensator als eine Spannungsversorgung für eine intermittierend arbeitende Betätigungsschaltung (38) für den Netz-Spannungs-Koppler in einer solchen Weise verbunden wird, daß der letztgenannte für den Fall des Fehlens eines Ingangsetzens einer Arbeitseinheit in Zeitintervallen kurz zum Wiederaufladen des Arbeitskondensators betätigt wird, die ausreichend kurz sind, um sicherzustellen, daß der Kondensator stetig ausreichend für seine Betätigung der Betätigungsschaltung geladen wird.

4. System nach Anspruch 3, in dem die Betätigungsschaltung ein Timer (44) ist, der den Netz-Spannungs-Koppler in regelmäßigen Intervallen, z. B. mehreren Tagen, betätigt.

5. System nach Anspruch 3, bei dem die Betätigungsschaltung mit einer Meßschaltung (B) für die Spannung der Betätigung verbunden und ausgelegt ist, um den Netz-Spannungs-Koppler zum Wiederaufladen des Kondensators zu betätigen, immer wenn dessen Spannung auf ein vorbestimmtes Niveau abgefallen ist, auf dem der Kondensator noch in der Lage ist, die Betätigungsschaltung zu betätigen.

6. System nach Anspruch 1, bei dem die Steuer-/Regelungseinrichtung Mittel (B) zum Detektieren der wirksamen Verbindung der Einrichtung zu dem Netz und, als Reaktion auf eine solchen Detektierung, zum Betätigen des Netz-Spannungs-Kopplers über eine Zeitspanne umfaßt, die ausreichend ist, um ein Wiederaufladen des Arbeitskondensators zu bewirken.

7. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es in Verbindung mit einem elektronischen Signalempfänger für die Spannungsversorgung dessen Empfängerteils und des Empfängerteils der Mittel, die dazu dienen, eine externe Spannungsversorgung im Gang zu setzen, angebracht ist, um als Reaktion auf die Empfängerdetektierung eines Eingangssignals.







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