DE4022887C2 - Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung eines elektrischen Gerätes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung eines elektrischen Gerätes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es gibt elektrische Geräte, die mit einer Hilfsbatterie versehen sind, welche bei Netzausfall die Stromversorgung übernehmen soll (DE 36 25 905 A1). Derartige Geräte weisen vielfach eine Nor­ malverbrauchsbetriebsart mit relativ hohem Stromverbrauch zur Durchführung der üblichen Funktionen des Gerätes und eine Niederverbrauchsbetriebsart mit niedrigem Stromver­ brauch zur Aufrechterhaltung der unbedingt notwendigen Funktionen des Gerätes auf, um die Lebensdauer der Hilfs­ batterie zu verlängern. Bei der im folgenden lediglich als Beispiel eines solchen elektrischen Gerätes dienenden Stem­ peluhr werden bei der Niederverbrauchsbetriebsart bei­ spielsweise die Zeitmessung und ähnliches aufrechterhalten, das Stempeln einer Zeitkarte und andere Funktionen jedoch gesperrt.

Bei den Geräten der genannten Art tritt, selbst wenn eine Niederverbrauchsbetriebsart vorgesehen ist, das Problem auf, daß die Hilfsbatterie frühzeitig erschöpft ist, wenn das Gerät eine Zeitlang in der Normalverbrauchsbetriebsart arbeitet.

Die DE 28 54 915 A1 offenbart ein Bilderzeugungsgerät, zum Beispiel einen Kopierer, der zwei Bereitschaftbetriebsarten aufweist. Im ersten Bereit­ schaftsbetrieb, in dem relativ viel Energie verbraucht wird, sind einige Ver­ braucher abgeschaltet, wie zum Beispiel der Papiertransportmotor und die Lampe. Beim Drücken des Kopierknopfes werden diese Verbraucher wieder eingeschaltet, und es folgt der Kopiervorgang. In der zweiten Bereitschafts­ betriebsart sind zusätzlich weitere Verbraucher, wie zum Beispiel Lüfter und Vorwärmer, abgeschaltet, so daß relativ wenig Energie verbraucht wird. Die Umschaltung von der ersten Bereitschaftsbetriebsart in die zweite Bereit­ schaftsbetriebsart erfolgt automatisch, wenn eine bestimmte Zeit verstrichen ist, ohne daß der Kopierknopf gedrückt wurde. Befindet sich das Gerät in der zweiten Bereitschaftsbetriebsart und wird der Kopierknopf dabei gedrückt, werden die Verbraucher eingeschaltet und es wird der Kopiervor­ gang durchgeführt. Danach befindet sich das Gerät wieder in der ersten Bereitschaftsbetriebsart.

Diese bekannte Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung weist eine Zeitmeßeinrichtung und eine Wähleinrich­ tung zur Umschaltung zwischen einer Normalverbrauchsbetriebsart und einer Niederverbrauchsbetriebsart auf.

Die DE 30 49 321 A1 offenbart ebenfalls ein Bilderzeugungsgerät mit einer Normalverbrauchs- und einer Niederverbrauchsbetriebsart, wobei die Niederverbrauchsbetriebsart in einem völligen Abschalten des Geräts besteht und eintritt, wenn eine festgelegte Zeitspanne verstrichen ist, ohne daß das Gerät bedient wurde. Die in der DE 28 54 915 A1 und der DE 30 49 321 A1 offenbarten Bilderzeugungs­ geräte sind netzbetrieben.

In der EP 0 033 007 B1 und der Gebrauchsanleitung für den Taschenrechner Texas Instruments TI-55 III/TI-56, 1981/1983, Druckvermerk 1110638-0012, S. 122, sind batteriebetriebene elektrische Geräte offenbart, die eine Betriebsart mit Niedrigenergieverbrauch haben, die einge­ schaltet wird, wenn keine manuelle Betätigung erfolgt.

Aus den Druckschriften DE 30 33 034 C2 und DE 29 52 197 C2 sind unter­ brechungsfreie Wechselstromversorgungen für elektrische Verbraucher bekannt, die elektrische Energie aus dem Netz beziehen und bei Netzausfall auf eine gepufferte Batterie umschalten. Der Netzausfall wird von einem Netz­ ausfalldetektor erfaßt, desen Aus­ gangssignal die Umschaltung auf den Batteriebetrieb steuert.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung zur Steuerung der Stromzufuhr eines elektrischen Gerätes, das bei Netzausfall von einer Hilfsbatterie gespeist wird und das in einer Normalverbrauchsbetriebsart bei der relativ viel elektrische Energie verbraucht wird und einer Niederverbrauchsbe­ triebsart mit weniger Energieverbrauch als in der Normalbetriebsart betrieben werden kann, so auszugestalten, daß die Lebens­ dauer der Hilfsbatterie verlängert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Wenn gemäß dieser Lösung aufgrund eines Netzausfalls die Hilfsbatterie zur Aufrechterhaltung der Stromversorgung des Gerätes eingesetzt wird, dann erfolgt automatisch eine Um­ schaltung von der Normalverbrauchsbetriebsart in die Nie­ derverbrauchsbetriebsart, wenn während einer vorgegebenen Zeitspanne keine Betätigung des Gerätes erfolgt. Aus der Niederverbrauchsbetriebsart erfolgt eine Umschaltung in die Normalverbrauchsbetriebsart, sobald eine Betätigung des elektrischen Gerätes festgestellt wird. Auf diese Weise kann die Lebensdauer der Hilfsbatterie deutlich verlängert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform und

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der in Fig. 1 gezeigten Anordnung.

Wie schon erwähnt, erfolgt die Erläuterung des Ausfüh­ rungsbeispiels anhand einer Stempeluhr als das elektrische Gerät.

In Fig. 1 bezeichnet 11 eine CPU, die arithmetische Operationen ausführt und der die Steuerung des gesamten Systems obliegt. Ein Register innerhalb dieser CPU 11 dient als Zeitzähler. Dieser Zeit­ zähler mißt während der Einstellung der Normalverbrauchsbe­ triebsart die Zeit, während derer keine Betätigung der Stempeluhr erfolgt. Der Zeitzähler wird aufgrund eines In­ terruptsignals von einer später beschriebenen Uhreinheit 18 an die CPU 11 inkrementiert. In einem ROM ist das Programm gespeichert. In einem RAM sind verschiedene Arten von Daten gespeichert. Mit 14 ist ein Eingabetastenfeld bezeichnet, das beispielsweise aus einem Zehnertastenblock und einer Betriebsarttaste zur Einstellung der Betriebsart der Stem­ peluhr bestehen kann. 15 ist eine Karteneingabe, in die eine Zeitkarte eingesteckt werden kann. 16 ist eine Anzei­ geeinrichtung zur Anzeige von Zeitinformation und ähnli­ chem. 17 ist ein Beschriftungs- oder Stempelmechanismus, der die Anfangszeit oder die Endezeit auf die Zeitkarte stempelt. 18 ist die schon erwähnte Uhreinheit, die die Tageszeit zählt und das schon erwähnte Interruptsignal an die CPU 11 sendet.

21 ist eine Stützbatterie, deren Klemmenspannung V1 (5 Volt) beträgt. Die Klemmenspannung V1 liegt ständig an der CPU 11 und dem ROM 12 an und hält diese im Betriebszustand. 22 ist eine Hilfsbatterie, deren Klemmenspannung V2 (28 Volt) beträgt. Diese Hilfsbatterie 22 ist zur Übernahme der Stromversorgung bei Netzausfall vorgesehen und versorgt dann die jeweiligen Teile der Stempeluhr während der Dauer des Netzausfalls. 23 ist eine Netzstromquelle, die bei in­ taktem Netz die Stromversorgung der einzelnen Teile der Stempeluhr übernimmt.

31 ist eine Gleichrichterschaltung, die den Wechselstrom der Netzstromquelle 23 in Gleichstrom umsetzt. Die Aus­ gangsspannung dieser Gleichrichterschaltung 31 ist V2 (28 Volt), entspricht also der Klemmenspannung der Hilfsbatte­ rie 22.

32 ist eine Umschaltschaltung, die bei Empfang eines ent­ sprechenden Steuersignals von der CPU 11 zwischen dem Aus­ gang der Gleichrichterschaltung 31 und der Hilfsbatterie 22 umschaltet. 33 ist ein Netzausfalldetektor, der bei Netz­ ausfall eine entsprechende Meldung an die CPU 11 liefert. 34 ist ein Spannungsdetektor, der die Spannung der Hilfs­ batterie 22 mißt und das Ergebnis der CPU 11 mitteilt.

35 ist ein Spannungswandler, der entsprechend einem Steuer­ signal von der CPU 11 entweder die Gleichspannung V2 von der Umschalteinrichtung 32 in eine Gleichspannung V3 (5 Volt) umsetzt oder gesperrt ist. Solange der Ausgang des Span­ nungswandlers nicht gesperrt ist, wird seine Ausgangsspan­ nung V3 an das RAM 13, das Eingabetastenfeld 14, die Kar­ teneingabe 15 und die Anzeigeeinrichtung 16 angelegt.

36 ist eine Eingangssperrschaltung, die aufgrund eines ent­ sprechenden Steuersignals von der CPU 11 die Speisung der Stempeleinrichtung 17 mit der Gleichspannung V2 von der Um­ schalteeinrichtung 32 unterbindet.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 soll nachfolgend die Funktions­ weise der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung er­ läutert werden.

Aufgrund des Ausgangssignals vom Netzausfalldetektor 33 prüft die CPU 11 im Schritt (a) ob Netzausfall vorliegt oder nicht.

Wenn das Netz nicht ausgefallen ist, wird der Wert des Zeitzählers in der CPU 11 auf "0" rückgesetzt (Schritt (b)).

Im Fall des Netzausfalls wird mit Hilfe des Spannungsdetek­ tors 34 geprüft, ob die Spannung der Hilfsbatterie 22 un­ terhalb eines vorgegebenen Wertes liegt oder nicht. Liegt diese Spannung unter dem vorgegebenen Wert, dann bedeutet dies, daß die Batteriekapazität erschöpft ist, und es wird in die Stützbetriebsart umgeschaltet. In dieser Stützbetriebsart sind die Ausgänge des Spannungs­ wandlers 35 und der Eingangssperrschaltung gesperrt. Als Folge davon ist die Stromversorgung an das RAM 13, das Ein­ gabetastenfeld 14, die Karteneingabe 15, die Anzeigeein­ richtung 16 und die Stempeleinrichtung 17 unterbunden, und lediglich der Betrieb der CPU 11 und des ROM 12 wird mit Hilfe der Stützbatterie 21 aufrechterhalten. Das heißt, in dieser Stützbetriebsart werden nur die allernotwendigsten Funktionen, wie etwa die Tageszeitmessung und ähnliches beibehalten.

Wenn im Schritt (c) festgestellt wird, daß Batteriekapazi­ tät vorhanden ist, dann wird im Schritt (d) die Normalver­ brauchsbetriebsart eingestellt. In dieser Normalverbrauchs­ betriebsart wird nun von der Umschaltschaltung 32 die Hilfsbatterie 22 angeschaltet. Das RAM 13, das Ein­ gabetastenfeld 14, die Karteneingabeeinrichtung 15, die An­ zeigeeinrichtung 16 und die Stempeleinrichtung 17 werden dann also aus der Hilfsbatterie mit Strom versorgt.

Wenn kein Netzausfall vorliegt oder wenn - im Fall des Netzausfalls - Batteriekapazität der Hilfsbatterie vorhan­ den ist, dann laufen die folgenden Vorgänge ab.

Wenn von der Uhreinheit 18 an die CPU 11 das Interruptsig­ nal im Abstand von einer Sekunde angelegt wird (Schritt (e)), wird der Wert des Zeitzählers innerhalb der CPU im Schritt (f) erhöht. Wenn der Wert dieses Zeitzählers einen vorgegebenen Betrag erreicht hat, wenn also eine vorbe­ stimmte Zeitspanne verstrichen ist, ohne daß eine Betäti­ gung erfolgte, und dies im Schritt (g) festgestellt wurde, dann wird im Schritt (n) auf die Niederverbrauchsbetriebs­ art umgeschaltet. Die Funktionsabläufe in dieser Niederver­ brauchsbetriebsart werden später noch näher erläutert.

Wenn der Wert des Zeitzählers den vorgegebenen Betrag noch nicht erreicht hat, dann wird zunächst im Schritt (h) ge­ prüft, ob eine Zeitkarte eingesteckt wurde oder nicht. Wenn eine Zeitkarte eingesteckt wurde, wird im Schritt (i) die Stempelung der Karte oder ähnliches ausgeführt und zugleich der Wert des Zeitzählers im Schritt (j) auf "0" zurückge­ setzt. Dann wird im Schritt (k) geprüft, ob eine Taste des Eingabetastenfelds 14 betätigt wurde. Wenn eine Taste be­ tätigt wurde, dann wird die entsprechende Eingabe im Schritt (1) verarbeitet und zugleich der Wert des Zeit­ zählers im Schritt (m) auf "0" zurückgesetzt. Das bedeutet, daß jedesmal, wenn eine Betätigung etwa in Form des Ein­ steckens einer Zeitkarte oder einer Tastenbetätigung der Stempeluhr ausgeführt wird, der Wert des Zeitzählers auf "0" zurückgesetzt wird, so daß der Stand des Zeitzählers immer der seit der letzten Betätigung verstrichenen Zeit entspricht.

Nach Einstellung der Niederverbrauchsbetriebsart im Schritt (n) werden die folgenden Schritte ausgeführt.

Zunächst wird mit Hilfe des Spannungsdetektors 34 geprüft, ob die Spannung der Hilfsbatterie 22 kleiner ist als die vorbestimmte Spannung oder nicht (Schritt (o)). Wenn die Batteriespannung kleiner als die vorbestimmte Spannung ist, dann bedeutet dies, daß die Batteriekapazität erschöpft ist, so daß in die Stützbetriebsart umgeschaltet wird. Diese Betriebsart wurde oben bereits erläutert. Ergibt die Prüfung im Schritt (o), daß Batteriekapazität vorhanden ist, dann wird durch die Umschaltschaltung 32 die Spannung der Hilfsbatterie 22 ausgewählt. Aufgrund eines Steuersig­ nals von der CPU wird der Ausgang der Eingangssperrschal­ tung 36 gesperrt und die Zufuhr elektrischen Stroms an die Stempeleinrichtung 17 gestoppt. Die Stempeleinrichtung 17 wird damit abgeschaltet. Wenn das von der Uhreinheit 18 in Abständen von einer Sekunde gelieferte Interruptsignal an­ steht (Schritt (p)) , erhält der Spannungswandler 35 von der CPU 11 jeweils ein Wählsignal mit einer Impulsbreite von 0,1 s. Als Folge davon wird die Gleichspannung V3 während dieser Zeitspanne von 0,1 s an das RAM 13, das Eingabeta­ stenfeld 14, die Karteneingabe 15 und die Anzeigeeinrich­ tung 16 angelegt. Innerhalb dieser Zeitspanne von 0,1 s wird dann im Schritt (q) beurteilt, ob eine Zeitkarte ein­ gesteckt wurde oder nicht und im Schritt (r), ob eine Ta­ ste des Eingabetastenfelds 14 betätigt wurde oder nicht. Wenn eine Zeitkarte eingesteckt wurde oder eine Taste im Eingabetastenfeld 14 betätigt wurde, dann wird im Schritt (s) die Normalverbrauchsbetriebsart eingestellt. Auf diese Weise wird also in der Niederverbrauchsbetriebsart elektri­ sche Energie von der Hilfsbatterie an die einzelnen Teile der Stempeluhr jeweils nur für eine kurze Zeitspanne (0,1 s) geliefert, so daß der Energieverbrauch im Vergleich zu dem in der Normalverbrauchsbetriebsart ganz erheblich ge­ senkt wird und damit die Betriebsdauer der Hilfsbatterie ver­ längert wird.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Steuerung der Stromversorgung eines manuell betätigbaren, netzbetriebenen elektrischen Gerätes, das eine Normalverbrauchsbetriebsart, bei der relativ viel elektrische Energie verbraucht wird, und eine Niederver­ brauchsbetriebsart mit weniger Verbrauch elektrischer Energie als in der Normalverbrauchsbetriebsart aufweist, umfassend
eine Meßeinrichtung (11) zur Messung der Zeitspanne, während derer das elektrische Gerät seit Einstellung in die Normalverbrauchsbetriebsart nicht betätigt wird, und
eine Wähleinrichtung (32) zur Umschaltung von der Normalverbrauchsbetriebsart in die Niederverbrauchsbetriebsart, wenn das Gerät eine vorbestimmte Zeitlang nicht betätigt wurde, sowie zur Umschaltung von der Niederverbrauchsbe­ triebsart in die Normalverbrauchsbetriebsart, wenn das Gerät betätigt wird, während es in der Niederverbrauchsbetriebsart eingestellt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorrichtung einen Netzausfalldetektor (33) zur Abgabe eines Signals umfaßt, das bei Netzausfall die Umschaltung der Stromversorgung des elektrischen Geräts auf eine Hilfsbatterie (22) bewirkt, und
die Umschaltung zwischen Normalverbrauchsbetriebsarten und Niederverbrauchsbetriebsarten nur bei Betrieb des Gerätes aus der Hilfsbatterie (22) erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine Stützbatterie (21) zur Stromversor­ gung in einer Sicherungsbetriebsart, in der nur wichtigste Grundfunktionen aufrechterhalten werden, und einen Spannungs­ detektor (34) zur Prüfung der Spannung der Hilfsbatterie (22) nach einem Netzausfall umfaßt, wobei die Umschaltung der Stromversorgung auf die Sicherungsbetriebsart erfolgt, wenn die Spannung der Hilfsbatterie (22) unterhalb eines vorbe­ stimmten Werts liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Erkennen einer manuellen Betätigung des Gerätes in der Niederverbrauchsbetriebsart in bestimmten Zeitabständen an vorbestimmte Einrichtungen intermittierend kurze Stromversorgungsimpulse aus der Hilfsbatterie (22) angelegt werden.