用电设备的时间和/或功率控制模块

本发明主要涉及一种用于对用电设备进行时间和/或功率控制的 模块。

用于对用电设备的接通/断开进行时间控制的装置早已公知。例 如，DE 32 43 108 C2中公开了用于汽车中不同用电设备的这种装置， 例如用于前窗和/或后窗玻璃的刮水/清洗装置，后窗玻璃加热装置， 用于指示行使方向的灯光装置，所述装置包括位于继电器控制电流电 路中的、可手动接通的开关触点，所述开关触点在延迟装置的作用下 在预定时间间隔内保持闭合。为了在发生继电器或延迟装置故障时可 以接通和断开用电设备，在各装置中设置了通过位于负载电流电路中 的继电器工作触点拖动的控制电流电路，所述工作触点同时是用于接 通继电器和限时元件的激励的开关触点。另外，设置了驱动机构，借 助于所述驱动机构能够手动断开和接通所述触点。这样，通过开关触 点的简单操作可以接通用电设备，并且自动地、时间延迟地断开用电 设备，这是因为所述开关触点同时也是处于延迟装置作用下的继电器 的工作触点。此外还希望能够手动将工作触点定位在闭合位置以及解 除定位。在继电器或延迟装置的发生故障时，用电设备能够保持在接 通状态，这是因为触点借助于驱动机构保持在闭合位置。在故障情况 下，可以通过手动地借助于驱动机构打开触点来断开用电设备。延迟 装置可以是单稳触发电路形式的限时元件，所述触发电路由工作触点 的闭合而触发，以向继电器线圈提供预定时间长度的激励电流脉冲。 或者可以使用简单的定时开关，例如通常闭合、而在规定的激励时间 以后打开的带双金属继电器的开关。为了防止用电设备过载，在用电 设备上串接一个带有附加操作级的簧片开关。为了监控用电设备的接 通功能，在用电设备上并联一个控制灯。

另外，用于在预定时间以后断开用电设备，例如电熨斗形式的用 电设备，以防止过热的保护电路也是已知的。为了说明用于电气炉灶 的、避免每个炉灶位置工作时间过长的保护电路，由DE 38 15 984 C2 已知，设置多个功率控制器、一个译码器逻辑电路、一个控制逻辑电 路、多个计数器以及多个继电器。为了自动地断开相应用电设备，也 可以设置一个微处理器，来实现除继电器以外的所有控制和转换功能， 包括用电设备计时。

由DE 42 02 600 C2已知的用于由多个单元所构成的空调的控制 装置以相似的方式构造，借助于所述控制装置能够防止压缩机在断开 所有内部单元时过载并获得快速压力平衡。为此，工作定位装置 (Betriebsfeststelleinrichtung)处理所有内部单元的接通和断开状态，然 后相应于处理结果给出预定输出信号。所述输出信号被施加到延迟装 置，并在预定时间延迟以后提供。继电器控制装置接收延迟装置的输 出信号，并相应于这个输出信号操纵继电器控制部分中所包含的继电 器，以便能够通过这个继电器接通或断开压缩机。

家用电器也是已知的，尤其是热水加热器，所述热水加热器是这 样构造的，即具有内部加热设备的水罐能够从底座上取下。通常，在 加热电路上设置定时电路，所述定时电路在相应于电器的4分钟左右 最大加热时间的时间以后，通过继电器将电器从电网上分离。为了在 小水量处理时调整加热过程，由E 43 07 859 A1已知，用分等级的或 者无级的划分来设计定时电路，使得能够调整各个水量的加热时间。 其中，用继电器的通过电流互感器为定时电路馈电。只要从底部取下 水罐，就没有电流流过，并且立即释放继电器。然后，也能够只通过 有意地启动过程来启动再次的加热过程。也能够用打开按钮或开关中 断继电器馈电，继电器或定时电路的辅助电路，使得释放继电器，并 断开电器；具有这样的优点，即辅助电路中的断开触点不传送主电流。 最后，一个或多个电磁制动装置在继电器接通的情况下与开关继电器 并联或串联。这个制动装置也能够像继电器那样，由电流互感器通过 整流器馈电，并且像继电器那样由定时电路控制其作用。于是，可能 引起例如只在超过预定时间以后才能够将热水加热器从其底部上取 下，或者例如只有在预定时间以后，或者在电机或加热装置断开以后 才能打开电器的门。

另外，DE 44 21 275 C2公开了电器速动开关，尤其是微型开关， 具有支撑触点的、调整各个开关位置的转换摇臂，具有相对于制动轴 拉住转换摇臂的开关弹簧，并且具有挺杆型的、部分地从外壳中突出 的操作级，其中在开关外壳内设置有与操作级协同工作的、其一个终 端位于外壳上的中间杠杆。为了在挺杆型操作级运动时获得尽可能准 确的控制，为了获得速动开关的低成本装配，还为了能够在加载以后 使挺杆型操作级完全复位，在个别开关中规定，挺杆型操作级被固定 地设置在中间杠杆的另一端，并且操作级在开关动作时直接作用到开 关弹簧上。通过这种设置实现了操作级在其动作时位于与中间杠杆轴 的支承部位的准确距离上，并且在开关动作时被中间杠杆引导。为了 确保中间杠杆轴的支承部位位置，插入型的、可插入外壳内的管脚能 够在其插入位置上部分地支撑在至少一个套管上，尤其是金属套管。 为了获得防水速动开关，可以用隔离物来密封插入外壳开口。

为了在保持好的开关准确性和触点摇臂的突然转换情况下准确 简便地调节开关位置，DE 195 15 233 A1还公开了一种速动开关，其 中操作级设置为可围绕轴转动，并且开关弹簧的第二端在转动轴距离 内被固定在操作级上。在操作级的开关动作时，开关弹簧的固定点转 动，使得由此出现弹簧的作用线的变化，并且只要这条线超过制动轴 上触点摇臂的作用点，就立刻进行转换，以确保准确简便的转换。为 了能够在不同地点使用电气速动开关，从外壳中伸出的操作级延长部 分被波纹管包围，所述波纹管被固定在外壳上，这样就防水地密封延 长部分的通道。

电气开关设备，尤其是用于安装在家用电器，汽车等上的电器开 关设备也是已知的，所述电器开关设备包括至少一个具有多个开关位 置的触点摇臂、一个开关弹簧、以及一个操作级，所述触点摇臂用其 一端可旋转地支承在制动轴上，并且用其另一端在至少一个开关位置 上接触一个固定的静触点，所述开关弹簧以其一端被固定在触点摇臂 上，并且所述触点摇臂保持在制动轴上，所述操作级移动弹簧，以将 触点摇臂转换到其开关位置。

为了以下述方式构造这个开关设备，即具有多种用途和连接类 型，并且为了根据使用目的能够设置具有制动轴的多个触点摇臂以及 能够简便地装配，DE 44 00 772 C2所公开的开关设备具有一块金属板 以及与金属板平行的至少一块电路板。在金属板上设置至少一个具有 制动轴的触点摇臂以及开关弹簧。其中，制动轴被整体设置在金属板 上，并且开关弹簧的第二端被固定在金属板上，而在一个开关位置上 与触点摇臂接触的静触点设置在电路板上，并且与其印刷导线电气连 接。金属板允许在装配中将带有其制动轴的触点摇臂和开关弹簧安装 在金属板上，其中金属板通过弯曲能够使制动轴成为金属板的部分。 另外，根据开关设备的使用目的，可以设置不同的多个带有制动轴和 开关弹簧的触点摇臂，所述触点摇臂在金属板上具有共同的电流接线 头。通过平行地设置电路板，在触点摇臂的第二开关位置中，这个触 点摇臂直接与电路板上的静触点接触，使得通过金属板和触点摇臂向 电路板馈电是可能的。在有多个触点摇臂时，还可以任意在电路板的 导体带上传输馈电。这样，电路板以公知的方式在面向金属板的一侧 设置电气和/或电子元件，如灯、电阻等。在电路板的端面上，用于供 电以及用于一个将接通的设备的电流接线头被设置为公共插接件。由 此，借助于开关设备的简单插入或安装，开关设备直接固定在电器设 备上，使得电器设备可以通过开关设备操作。另外，电路板具有一个 灯，例如辉光灯，所述辉光灯延伸到与金属板平行排列的光导板 (Lichtleiterplatte)。通过这种措施，能够通过光导板照射开关设备 的多个线路。操作级可以被设置为挺杆型，翻转开关或按键-滑动开关。 根据本发明的开关设备也能够被应用于家用电器或厨房电器，例如用 于冷冻柜，其中操作级一般被设置为接通冰箱，而可以操作其他开关， 以控制冷冻柜的不同冷却能力。

另外，G 91 12 975.3中公开了一种电气开关设备，尤其是用于家 用电器的翻转开关。为了以下述方式构成开关设备，即在断电时开关 设备自动地转换到其断开位置，并且确保在重新接通电流时，必须重 新接通开关设备，所以在各开关设备中使翻转型操作级在断开位置方 向上被弹性地加载，并且翻转型操作级在接通位置上暂时被强制固定。 为此，设置一个电气吸持磁铁，所述吸持磁铁在接通位置上，为了其 维护位于金属部分的对面，并且在这个位置上被接到电网中。通过这 个措施，确保在接通设备时，通过吸持磁铁强制地将开关设备固定在 其接通位置上。操作级在其断开位置方向上的弹性预负荷使得在断电 以及由此产生的磁场故障时，翻转型操作级转换到其断开位置，由此 开关也转换到其断开位置。开关可以包括执行机构，所述执行机构限 制接通位置的时间。通过这个措施确保了在疏忽地忘记断开时，家用 电器也能够自动断开。其中可以调整接通时间的长短。执行机构可以 被设计为电子元件，最好是电子时钟IC元件，所述电子元件确保在 预定时间以后，执行机构断开电流，因此开关可转换到其断开位置。 在有多个翻转型操作级时，吸持磁铁可控制每个操作级，或者吸持磁 铁可控制操作级中的一个，并且其他操作级可通过与第一操作级的耦 合而转换到断开位置。在接通位置中被照射的操作级中，电气吸持磁 铁的两个接头与两个灯的接头并联连接。

为了以下述方式设计电气开关设备，即开关位置可靠地保持接 通，并且为了维持开关位置而不消耗电流(电流一直流过磁铁)，并 且因此能够避免火灾危险，所以在DE 198 02 332 A1中进一步公开了 一种开关设备，在所述开关设备中，磁铁被设计为永磁铁，通过电磁 铁的磁场以下述方式影响其磁场，即保持预先偏置的、运动的接触部 件在电磁铁磁场形成时可转换到其另一个开关位置。通过选择永磁铁 能够可靠、简单地获得开关位置，而不消耗电流。只有为了解除这个 开关位置才接通电磁铁，以便以下述方式覆盖永磁铁的磁场，即预先 偏置的开关位置可以重新调整。另外还用电流脉冲短时间地加载电磁 铁，以产生磁场，所述电流脉冲可以由控制电子设备生成。其优点在 于，在接通开关设备以及在其后通过由控制电子设备所生成的脉冲向 电磁铁施加电压时，开关设备转换到其断开位置，使得待控制的电子 设备，例如咖啡机自己又从电网上分离。另外还规定，通过控制电子 设备中的限时元件，在达到预定时间以后生成电磁铁上的断开脉冲。 通过这个断开脉冲来确保具有开关设备的电气设备可被断开，并且不 会意外地长时间保持连接到电网上。控制电子设备有两个作用，第一， 在电压被施加到开关上时生成一个脉冲，第二，在经过预定时间或者 其他条件以后，提供另一个脉冲，所述另一个脉冲使开关转换到其输 出位置。可以离散地构造控制电子设备，其中所述控制电子设备被主 要设置在电路板上，或者由IC或处理器构成。

为了避免冷冻设备意外地断开电网开关，DE 195 05 173 C2公开 了具有附加到电网开关上的、被设置为手动操作的操作元件的制动件， 并且制动件在闭合电网开关以及由此而在对操作元件进行操作以后接 通冷冻设备时，只在操作元件被操作超过预定时间间隔而没有中断以 后才打开电网开关，并由此而断开冷冻设备。只在设置为释放元件的 操作元件被手动操作期间才停止断开时间延迟的过程。其中，建议在 可选的或预定的时间延迟值期满时，用声音和/或光通知已期满，以便 提示所导入的断开过程。最好由微处理器进行时间延迟时间周期的控 制，所述微处理器根据按键开关的操作来控制相应的显示元件。其中， 建议将设备状态存储在存储器中，尤其是EEPROM中，为了客户服 务的目的可以查询所述存储器。这样，时间延迟值的显示能够在同一 个指示器中与温度显示轮流地借助于同一显示元件进行。用于时间延 迟断开的装置可以包括这样一个元件，所述元件按照单稳态触发器或 者R-C控制施密特触发器而构造。其中，建议同时为供电电流电路的 重新接通使用按键开关，由此实现接通而没有时间延迟。但是，如果 无意的接通也只在附加条件下才可能，那么也可以由相应装置相似地 控制接通过程。

正如所指出的现有技术的前述评价，已知为不同用途而相应设计 的、带有或没有时间延迟的开关或开关设备。但是，已知的开关通常 都需要昂贵的机械构造，尤其是在支持多种用途和连接类型时。通过 控制电子元件能够调整各个使用场合的接通或断开。但是没有注意到， 经常也需要控制流经用电设备的负载电流。因为这样的控制非常有用， 并且需要很高的附加费用消耗，所以到目前为止，还没有经济地实现 对转换和控制功能的要求。这非常重要，因为家用电器工业以及汽车 工业都被视为最先进的、发展喜人的、改进和简化非常快的、并应用 到实际中的工业。

针对已知的开关和开关设备，本发明的目的在于，以下述方式设 计用于对用电设备进行时间和/或功率控制的模块，即所述模块可适用 于多种用途和连接类型，并且使用者能够很容易地操作和/或控制。

这个目的是这样实现的，即用于对用电设备进行时间和/或功率 控制的模块以下述的方式配置有以下部分，

●设置在电路板上的电源级，

●与电源级相连接的控制装置，

●至少一个与电源级相连接的断路器或继电器，其与控制装置 相连接，

●至少一个与控制装置相连接的输入装置，以及

●用于电网电压的连接触点和用于用电设备的节拍方式或切换 方式的连接触点，

配置方式为：控制装置按照输入装置操作的数量和/或时间长短 控制时间周期和/或流经用电设备的负载电流，并且在指示器上以可视 方式通知当前的操作状态。

根据本发明的模块具有以下优点，即能够以非常简单和经济的形 式和方式使模块适用于不同类型的使用场合。所述模块很容易操作， 并且用户能够根据各种需要或功能对模块进行调整/编程。通过板上电 源级能够优化模块的能量消耗。另外，由于弱电和用电设备电路的分 离，能够适应要接通或控制用电设备的需要。通过在模块上进行可视 的提示，始终向用户通知当前操作状态或者由输入所引起的调整和/ 或功能。另外，控制装置完全可以承担上级控制的部分任务，其中为 了通信，能够使用联网的传输技术，尤其是通过230V/50Hz供电网(或 者其他供电网，例如110V/60Hz网)。最后，根据本发明的模块还具 有以下优点，即通过根据操作数量和时间的控制，提供近两倍数量的 不同类型控制命令。例如，可以通过相应长的操作，设置控制装置为 “儿童安全”功能，以及可以通过随后的命令(多个短的按键操作)， 在规定时间长度以后重新取消儿童安全功能。

在本发明的优选实施方式中，根据权利要求2，将电源级设计为 电容性或电阻性电源级。

本发明的这种实施方式具有以下优点，即能够根据对用电设备/ 负载电流的要求构造电源级。由用于控制装置的电压馈接所引起的电 流消耗可以忽略。

根据权利要求4，在本发明的另一种实施方式中，设置按键或连 接电路板导体带的接触部件作为输入装置，并且连接触点被设置在电 路板上。

本发明的这种实施方式具有以下优点，即在按键操作时还将触点 闭合用声音通知用户。通过在电路板上设置连接触点或者使用接触部 件作为输入装置，可以实现容易地装配以及紧凑地构造模块。

根据权利要求5，优选地在控制装置和继电器之间设置电气开关。

由此，在使用不同继电器时也能实现准确的控制。

在本发明的优选实施方式中，根据权利要求6，设置至少一个发 光二极管作为指示器，所述发光二极管与由控制装置操作的继电器串 联，并且，在脉冲停止时，继电器线圈的磁场能量通过与串联电路并 联设置的自振荡二极管向发光二极管供电。

本发明的这种实施方式具有以下优点，即发光二极管在脉冲停止 时也继续在一段时间内发光。

在本发明的另一种实施方式中，根据权利要求8，在电路板上设 置两个输入装置，并且电路板具有作用在其上的操作级。另外，根据 权利要求9，操作级是弹簧弹性的、基本上为T型的空心件，用于以 选择方式操作在相对端范围内设置的输入装置。

本发明的这种实施方式具有以下优点，即输入装置作为操作级的 定置器，并且通过弹簧弹性设计，大大地补偿了操纵力，并且在释放 时实现自动地复位到原始位置。

在本发明的优选实施方式中，根据权利要求12，操作级弹簧弹性 地定位在电路板上，并且在筒的轴向延伸方向中操作时，操作另一个 输入装置，或者同时操作两个输入装置。

通过弹簧弹性设计，能够以简单的形式和方式启动特殊功能，所 述特殊功能的操作与通常功能不同。

下面借助于附图对本发明优选实施方式的描述中介绍其他优点 和细节。如图所示：

图1根据本发明的模块的、用于电气电路布置的优选实施方式，

图2继电器脉冲波形控制的时序图，

图3a和图3b“晶体管导通”和“晶体管截止”的电流流动，

图4a和图4b根据本发明的模块的实施方式的俯视图和侧视 图，

图5具有电路板和子电路板的实施方式，以及

图6电容性电源级的实施方式。

图1中表示了根据本发明的用于对用电设备进行时间和/或功率 控制的模块的电气电路布置的优选实施方式。在图1所示实施方式中， 模块具有设置在电路板LP上的电阻性电源级(D1，R1，C1，D2， C2，D3，R2)，而在图6中表示了电容性电源级(D1，D6，C3，R1， R2以及D2/C1和D3/C2)的实施方式。控制装置MCU以及与控制装 置MCU连接的断路器或继电器REL与电源级相连。另外，设置有至 少一个与控制装置MCU相连的输入装置S1以及用于电网电压的连接 触点K1，K2，以及用于用电设备的节拍式或切换式的连接触点K3。 控制装置MCU根据输入装置S1的操作数量和/或时间长短而控制时 间周期和/或通过用电设备的负载电流，并在指示器D4上以可视方式 显示当前操作状态。

在控制装置MCU和继电器REL之间设置一个电气开关，最好 是晶体管T1，其中电阻性分压器R3，R4靠近晶体管T1的基极。设 置至少一个发光二极管D4作为指示器，所述发光二极管与由控制装 置MCU操作的继电器REL串联，并且在脉冲停止时，继电器线圈的 磁场能量通过与串联电路并联设置的自振荡二极管D5向发光二极管 D4供电。设置按键S1或连接电路板LP导体带的接触部件作为输入 装置，并且在电路板LP上设置连接触点K1，K2，K3。

如图4a和图4b所示，可以在电路板LP上设置两个输入装置S1， S2，并且电路板LP具有作用于其上的操作级W。操作级最好是弹簧 弹性的，通常为T形的空心件W，所述空心件用于以选择方式操作设 置在相对端范围内的输入装置S1，S2。发光二极管D4最好能够被设 置在空心件W的筒的范围内。在特别的实施方式中，空心件W在筒 的范围内是透明的，并且通过控制装置MCU可将指示器控制为多种 色彩和/或闪烁。操作级W最好弹簧弹性地定位在电路板LP中，并且 在筒轴向延伸方向中操作时，操作另一个输入装置，或者同时操作两 个输入装置S1，S2。

在图5中所示的实施方式中，操作级W被设置在子电路板TLP 上。在图1到图6所示的全部实施方式中，模块本身可以具有外壳。

图1中所示的电阻性电源级由元件D1，R1，R2以及D2/C1和 D3/C3构成。二极管D3为控制装置MCU提供稳定的供电电压；这个 电压被电容C2微调。二极管D2生成由电容C1微调的电压，所述电 压

●作为继电器REL的供电电压，并且

●与二极管D3上的电压一起使电阻R1和R2的损耗功率最小， 使得在那里能够使用小功率电阻。

基于电源级结构，在接通继电器REL时，由其耗用电流所引起 的电压扰动不影响二极管D3上的电压，这是因为继电器REL的电流 也流过二极管D3。

图6中所示电源级由元件D1，D6，C3，R1，R2以及D2/C1和 D3/C2构成，其中二极管D6用于对作为串联电阻的电容C3放电。二 极管D3为控制装置MCU准备稳定的供电电压，由电容C2微调。二 极管D2生成由电容C1所微调的电压，所述电压

●作为继电器REL的供电电压，以及

●与二极管D3上的电压一起使电容C3的电容最小，使得在那 里能够使用小的、经济的电容。

基于电源级结构，在接通继电器REL时，由其耗用电流所引起 的电压扰动不作用于二极管D3上的电压，这是因为继电器的电流也 流过二极管D3。这种电源级尤其被用于高的电网电压(例如 230VAC)。

控制装置MCU监控由按键操作所指定的时间周期，例如

●在开始操作以后接通用电设备120分钟；

●在开始操作以后，操作用电设备(30秒接通/30秒断开)120 分钟；

●在第一次开始操作以后，操作用电设备(30秒接通/30秒断开) 10分钟，并且在第二次开始操作(在例如2秒内)以后，持续接通用 电设备10分钟；

以及相应地将用电设备切换到切转级(继电器)上。

如图2所示，继电器由脉冲波型控制。在启动继电器REL之后， 继电器首先被接通tON长的时间(例如10秒)，以便保证继电器触点 的可靠闭合；这个时间必须大于继电器REL的机械拉紧时间。在经过 tON以后，继电器REL被脉冲型地被接通tASO长的时间，其中必须选 择适于固定能力，二极管D2上的电压和电流的频率和占空比(例如 1kHz，1∶2)。节拍使继电器REL可以工作在比具有平均继电器电 流的标称工作电压(100％)高很多的电压上，所述平均继电器电流小 于或等于继电器REL的额定电流。由此使电阻性电源级的损耗功率最 小。

如图3a所示，在晶体管T1导通时，操作继电器触点所需要的线 圈电流也流过发光二极管D4。所述线圈电流由以下因素限制：

1.在给定脉冲重复频率和给定占空比时的最大允许线圈电 流，

2.在给定脉冲重复频率和给定占空比时的最大允许发光二极 管电流，

3.在给定脉冲重复频率和给定占空比时发光二极管的环境温 度和自加热，

在晶体管T1截止时(见图3b)，如果晶体管T1之前导通，那 么根据感应定律，以流经二极管D5和发光二极管D4的电流形式消除 继电器线圈的磁场能量；由此，线圈内阻限制电流。这样就实现了发 光二极管D4在脉冲停止时也继续发光一段时间。

根据本发明模块尤其适用于安装在家用电器、汽车、空调等上。 通过根据本发明的实施方式，也能够实现用于用电设备，例如电熨斗 形式的保护电路，或者儿童安全功能(例如用于家用冷藏以及冰箱)。 多种操作简单的时间和功率控制的可能性尤其有益，例如在咖啡售卖 机中设置保温时间或杯数，或者在熨斗中设置温度，这样尤其可以不 需要通常必需的温度控制器。可视提示进一步改善了操作的舒适性； 通过可听到的操作(定位)也获得同样的效果。另外，还有以下优点， 即通过紧凑的构造方式使安装空间很小，并且模块可以简单地密封(只 有连接触点伸出模块外壳之外)。尤其是也能够在恶劣的环境条件下 使用模块，例如在生产中或地下开采中。最后，控制装置也能够被用 于控制多个断路器或继电器，并且也能够被接入一条安装总线(包括 以下功能：测量、监控、远程控制和通信，其中数据和数值作为电力 线信号通过电网传输到中央控制和处理系统，并在那里被处理；由此 可以例如控制能量质量和/或能量结算)。

全部所展示和介绍的实施方式，以及在介绍和/或图中显而易见 的新的特征以及其相互之间的组合是发明的本质。例如，能够使用触 摸式输入装置或者组合的输入/显示装置或者在交点上设置显示装置 的多个开关翻转。