[0001] Die Erfindung betrifft eine Stromsparschaltung für ein netzbetriebenes Kühlgerät,
insbesondere für eine Minibar in einem Hotelzimmer, gemäss Patentanspruch 1, sowie
ein Verfahren zur Steuerung derselben gemäss Patentanspruch 8.
[0002] Viele Hotelzimmer sind heute mit einem kleinen Kühlschrank, auch Minibar genannt,
ausgerüstet. Darin werden dem Hotelgast gekühlte Getränke etc. zur Verfügung gestellt.
Um Lärmbelästigung durch die intermittierende Arbeitsweise der Minibar zu vermeiden,
werden meist Kleinkühlschränke vom Absorber-Typ eingesetzt. Diese haben aber meist
auch eine höhere elektrische Anschlussleistung als ein bezüglich Kühlleistung vergleichbares
Gerät vom Kompressor-Typ. Bei Hotelbetrieben mit vielen Zimmern ist somit wegen der
grossen Zahl der dauernd im Betrieb stehenden Minibars mit einem relativ hohen Energieverbrauch
wegen der ständig zu erbringenden Kühlleistung zu rechnen. Der Inhalt der Minibar
wird grundsätzlich meist rund um die Uhr auf einer mittleren Temperatur von etwa 5°C
gehalten und dem Gast so zur Verfügung gestellt. Dies ist meist selbst dann der Fall,
wenn die Nachfrage nach gekühlten Getränken etc. nur gerade für wenige Stunden pro
Tag auch wirklich vorhanden ist. Ein Nachteil dieser gängigen Lösung ist also der
relativ hohe Energieverbrauch.
[0003] Es sind allerdings Lösungen bekannt, um bei Kühlgeräten durch eine gesteuerte Anhebung
der mittleren Kühltemperatur während bestimmten Betriebszeiten den Energieverbrauch
zu senken. Dabei erfolgt die Anhebung der mittleren Temperatur natürlich in einem
Mass, das sicherstellen soll, dass die gekühlten Inhalte, also Getränke, Lebensmittel
etc., nicht verderben und vorzeitig unbrauchbar werden. So ist aus der WO-82 01812
eine Vorrichtung bekannt, bei der gekühlte Vitrinen in Verkaufslokalen während den
Nicht-Geschäfts-Stunden anhand eines vorbestimmten Schaltzyklus gesteuert werden,
um Energie zu sparen. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass er nicht ohne
weiteres auf die Verhältnisse in einem Hotel übertragbar ist. Im Unterschied zu Verkaufslokalen
kann beim Betrieb einer Minibar in einem Hotelzimmer nicht mit festen Zeiten gerechnet
werden, in denen keine Nachfrage erfolgt und in denen deshalb auf Energiesparbetrieb
umgeschaltet werden könnte.
[0004] Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Stromsparschaltung sowie ein
Verfahren zur Steuerung derselben anzugeben, die für ein Kühlgerät, insbesondere für
eine Minibar in einem Hotelzimmer, anwendbar sind, und die die genannten Nachteile
nicht aufweisen. Eine zusätzliche Aufgabe besteht darin, dass die Erfindung für Kühlschränke
und Minibars verschiedenster Herkunft anwendbar sein soll und auch keinen Austausch
oder Umbau der vorhandenen Geräte erforderlich machen soll.
[0005] Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und
die im Patentanspruch 8 genannten Merkmale gelöst.
[0006] Die Lösung beruht im wesentlichen darauf, dass die Stromsparschaltung als separate
Einrichtung dem Kühlgerät in der Netzzuführung vorschaltbar ist und dass die Stromsparschaltung
ein Sensorelement aufweist, das bei der Detektierung einer Person in der Umgebung
des Kühlgerätes ein Sensorausgangssignal abgibt, das in einer Steuerlogik zur Erzeugung
einer Schaltsequenz verwendet wird, mit der die Netzstromzuführung für das Kühlgerät
gesteuert wird.
[0007] Einer der Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung liegt also darin, dass mit der
Einführung der vorliegenden Stromsparschaltung keine neuen und teuren Kühlgeräte gekauft
werden müssen und dass weder an den Kühlgeräten noch an den elektrischen Installationen
der Stromzuführung - abgesehen von der Zwischenschaltung der erfindungsgemässen Stromsparschaltung
- irgendwelche Aenderungen notwendig sind. Die vorgesehene Bauweise mit einem Sensor
zur Detektierung der Anwesenheit einer Person in der Umgebung des Kühlgerätes stellt
auch sicher, dass selbst bei unterschiedlichstem Benutzerverhalten stets eine zufriedenstellende
Kühlleistung erbracht wird und dass trotzdem das vorhandene Energiesparpotential weitgehend
genutzt werden kann.
[0008] In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung besteht die von der Steuerlogik erzeugte
Schaltsequenz aus drei Anteilen, die situationsbezogen zur Anwendung gelangen.
[0009] Ein erster Anteil der Schaltsequenz, bei dem die Netzstromzuführung für das Kühlgerät
periodisch ein- und ausgeschaltet wird, gelangt dann zur Anwendung, wenn während längerer
Zeit keine Person in der Umgebung des Kühlgerätes detektiert wird, also dann, wenn
das Sensorausgangssignal während längerer Zeit ausbleibt.
[0010] Ein zweiter Anteil der Schaltsequenz, der im Folgenden als Uebergangsanteil bezeichnet
wird und während dessen Dauer die Netzstromzuführung für das Kühlgerät dauernd eingeschaltet
bleibt, gelangt dann zur Anwendung, wenn eine Person in der Umgebung des Kühlgerätes
detektiert wird. Dabei wird der Uebergangsanteil jeweils bei Vorhandensein des Sensorausgangssignals
neu in Gang gesetzt.
[0011] Ein dritter Anteil der Schaltsequenz, der im folgenden als Anfangsanteil bezeichnet
wird und während dessen Dauer die Netzstromzuführung für das Kühlgerät ebenfalls dauernd
eingeschaltet bleibt, gelangt dann zur Anwendung, wenn das Kühlgerät eingeschaltet
wird und die eingefüllten Waren, also Getränke etc. zuerst von Raumtemperatur auf
die genannte Betriebstemperatur von etwa 5°C abgekühlt werden müssen.
[0012] Weiterhin ist es vorteilhaft, das Ein/Aus-Verhältnisses des ersten Anteils der Schaltsequenz
und die Zeitdauer der Einschaltperiode der übrigen beiden Anteile der Schaltsequenz
verstellbar vorzusehen, um so den anzutreffenden individuellen Verhältnissen, beispielsweise
in auf unterschiedlichen Bedürfnissen ausgerichteten Hotelbetrieben, Rechnung zu tragen.
Durch geeignete Verstellung der genannten Parameter kann das vorhandene Energiesparpotential
jeweils im gewünschten Mass ausgeschöpft werden.
[0013] Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Lösung wird im weiteren anhand von
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- die Zusammenschaltung der Stromsparschaltung und des Kühlgerätes,
- Fig. 2
- ein Blockschaltbild der Stromsparschaltung,
- Fig. 3
- ein Zeitdiagramm der Schaltsequenz im vorgesehenen Betrieb, und
- Fig. 4
- ein Zeitdiagramm der Schaltsequenz während der Einschaltphase.
[0014] Die Figur 1 zeigt die prinzipielle Zusammenschaltung einer erfindungsgemässen Stromsparschaltung
1 mit einem Kühlgerät 2, beispielsweise einer Minibar. Die Stromsparschaltung 1 ist
dabei über ein Netzkabel und einen Netzstecker 3 an einer Netzsteckdose 4 angeschlossen.
Das Kühlgerät ist über das geräteeigene Netzkabel an der Steckdose 5 an der Stromsparschaltung
1 angeschlossen. Die Stromsparschaltung 1 verfügt über ein Sensorelement 6 zur Detektierung
der Anwesenheit einer Person in der Umgebung des Kühlgerätes 1.
[0015] Die Figur 2 zeigt das Blockschaltbild der Stromsparschaltung 1. Die Netzspannung
wird vom Netzstecker 3 über die Schaltkontakte eines Netzrelais 7 zur Steckdose 5
für den Anschluss des Kühlgerätes 2 geführt. In diesem Pfad kann optional eine Netzsicherung
(nicht dargestellt) und/oder ein Ueberspannungsschutz 8 vorhanden sein. Eine Steuerlogik
9 wird von einem Netzteil 10 gespeist. Das Sensorelement 6 ist mit einer Auswerteschaltung
11 verbunden, die das aufbereitete Sensorausgangssignal 12 der Steuerlogik 9 zuführt.
Die Steuerlogik 9 steuert über eine (nicht dargestellte) Schaltstufe mit einer Schaltsequenz
das Netzrelais 7. Des weiteren sind einstellbare Potentiometer 13, 14, 15 mit entsprechenden
Eingängen der Steuerlogik 9 verbunden. Diese Potentiometer dienen der Einstellung
des Ein/Aus- Verhältnisses V
p eines periodischen Anteils der Schaltsequenz, der Zeitdauer T
u eines Uebergangsanteils der Schaltsequenz und der Zeitdauer T
a eines Anfangsanteils der Schaltsequenz.
[0016] Das Sensorelement 6 ist vorzugsweise ein pyroelektrischer Infrarot Detektor eines
Passiv-Infrarot-Melders (PIR). PIR-Melder bekannter Bauart koppeln zwei (Detektions-)Kriterien
miteinander. Das ist zum Einen die Detektion von Infrarotstrahlung lebender Körper
im Spektralbereich zwischen 7µm und 14µm, zum Anderen die Detektion einer Bewegung
durch den Raum des IR-Strahlung aussendenden Körpers senkrecht zu einer vorgenommenen
Segmentierung des überblickten Raumes. In Kombination mit der Auswerteschaltung 11
liefert ein derartiges Sensorelement ein Sensorausgangssignal, das im wesentlichen
dann vorhanden ist, wenn sich eine Person in der Umgebung des Sensorelementes bewegt.
Natürlich können zur Detektierung der Anwesenheit einer Person auch Sensorelemente
eingesetzt werden, die auf anderen Prinzipien beruhen, so beispielsweise Bewegungs-Sensoren
auf dem Ultraschall-Prinzip. Das Sensorelement kann dabei auch ein ausserhalb der
Stromsparschaltung angeordnetes Element sein, beispielsweise ein Bodenkontakt, der
über einen (nicht dargestellten) Steuereingang mit der Steuerlogik verbunden ist.
Ein solcher Steuereingang kann auch potentialfrei ausgeführt sein. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel mit dem genannten PIR-Melder geht man davon aus, dass es genügt,
Bewegungen der erwähnten Art zu detektieren und dass diese im Normalfall der Anwesenheit
einer Person gleichgesetzt werden können.
Zum Funktionsprinzip der Stromsparschaltung:
[0017] Die Figur 3 zeigt schematisch den vorgesehenen Normalbetrieb eines Kühlgerätes 2
mit einer Stromsparschaltung 1, im wesentlichen also ein Zeitdiagramm der von der
Steuerlogik 9 erzeugten Schaltsequenz zur Steuerung der Netzstromzuführung zum Kühlgerät
sowie (annäherungsweise) den zu erwartenden Temperaturverlauf im Kühlgerät.
[0018] Die oberste Linie des Zeitdiagramms zeigt schematisch (Ja/Nein-Darstellung) die Anwesenheit
einer Person in der Umgebung des Kühlgerätes. Es wird auch angenommen, dass das verwendete
Sensorelement 6 während der ganzen Dauer der Anwesenheit der Person ein Sensorausgangssignal
abgibt. Weiterhin wird beim dargestellten Verlauf auch angenommen, dass vor der erstmaligen
Detektierung einer Person in der Umgebung des Kühlgerätes zum Zeitpunkt t = 0 für
längere Zeit niemand detektiert wurde, und dass deshalb bis zu diesem Zeitpunkt das
Kühlgerät im Sparmodus betrieben wurde, weshalb in diesem Diagramm von einer Anfangskühltemperatur
von ca. 10°C ausgegangen wird.
[0019] Ein direkt ab Netz betriebenes Kühlgerät bzw. eine Minibar würde mit dem durch die
Kühlgerät- bzw. Minibar-interne Temperatureinstellung gegebenen Ein/Ausschaltrhythmus
im Normalbetrieb eine mittlere Kühltemperatur von ca. 5°C erreichen. Eine Minibar
mit vorgeschalteter Stromsparschaltung hingegen erreicht wegen des netzeingangsseitig
überlagerten bzw. aufgezwungenen zusätzlichen Schaltrhythmus für die Netzstromzuführung
lediglich noch eine mittlere Kühltemperatur von ca. 10°C. Die effektiv erreichte Kühltemperatur
bei Benutzung einer erfindungsgemässen Stromsparschaltung hängt dabei wesentlich vom
gewählten Ein/Aus-Schaltverhältnis des überlagerten Schaltrhythmus ab. Dies wird durch
den erwähnten periodischen Ein/Aus-Anteil der Schaltsequenz erreicht. Der Einfachheit
halber wird im gezeigten Zeitdiagramm eine Ein/Aus-Schaltperiode von 1 Stunde und
ein Ein/Aus-Verhältnis von 1:1 angenommen (V
p = 1). Die tatsächlich einzustellenden Werte werden vorteilhaft in der konkreten Anwendungssituation
durch weitere Versuche ermittelt.
[0020] Betritt nun zum Zeitpunkt t = 0 eine Person den Raum und verbleibt, wie im Diagramm
gezeigt, für etwa 4.5 Stunden in der Umgebung der Minibar, so wird, bis zum Ablauf
einer Uebergangszeit T
u von 3 Stunden nach der letztmaligen Detektierung der Person, die Netzstromzuführung
freigegeben. Dies heisst, dass die Minibar ohne äussere Beeinflussung in der Grössenordnung
von etwa 4 Stunden (ein durch Versuche ermittelter Näherungswert), die Kühltemperatur
auf die idealerweise gewünschten 5°C absenkt. Der Verlauf der Kühltemperatur ist lediglich
schematisch dargestellt und wird in Wirklichkeit wesentlich weniger abrupte Uebergänge
aufweisen. Wie bereits früher erwähnt, ist die Uebergangszeit T
u in der Stromsparschaltung mittels Potentiometer einstellbar. Erst mit dem Ablauf
der Uebergangszeit T
u wird der periodische Anteil der Schaltsequenz in Gang gesetzt. Gemäss Darstellung
geschieht dies aber stets so, dass zunächst der Ein-Anteil wirksam wird, was einer
effektiven Verlängerung der Uebergangszeit T
u gleichkommt. Mit der Ingangsetzung des periodischen Anteils der Schaltsequenz beginnt
die Temperatur in der Minibar wieder anzusteigen, bis sie schliesslich - sofern in
der Zwischenzeit nicht erneut eine Person den Raum betritt - wieder den vom 'äusseren'
Schaltrhytmus beeinflussten Wert von ca. 10°C erreicht. Aus der Figur ist auch ersichtlich,
dass auch jede kurzzeitige Detektierung der Anwesenheit einer Person in der Umgebung
des Kühlgerätes stets den Uebergangsanteil der Schaltsequenz von neuem auslöst. Die
gewählte Uebergangszeit T
u liegt im gezeigten Beispiel knapp unter der Zeit (ca. 4 Stunden), die das Kühlgerät
zur Erreichung der tieferen Kühltemperatur von sich aus benötigt. Damit wird erreicht,
dass die Minibar die gewünschte Kühltemperatur so rasch wie möglich mindestens annähernd
wieder erreicht.
[0021] Die Figur 4 zeigt schematisch den vorgesehenen Anfangsbetrieb eines Kühlgerätes 2
bzw. einer Minibar mit einer Stromsparschaltung, im wesentlichen also ein Zeitdiagramm
der von der Steuerlogik 9 erzeugten Schaltsequenz zur Steuerung der Netzstromzuführung
zum Kühlgerät, sowie (annäherungsweise) den zu erwartenden Temperaturverlauf im Kühlgerät
bzw. in der Minibar bei der Inbetriebnahme desselben.
[0022] Die oberste Linie des Zeitdiagramms zeigt auch hier schematisch (Ja/Nein-Darstellung)
die Anwesenheit einer Person in der Umgebung des Kühlgerätes. Es wird wieder angenommen,
dass das verwendete Sensorelement 6 während der ganzen Dauer der Anwesenheit der Person
ein Sensorausgangssignal abgibt. Weiterhin wird beim dargestellten Verlauf auch angenommen,
dass vor dem Einschalten der Minibar die Temperatur im Innern der Minibar etwa 20°C
betrug, weshalb in diesem Diagramm von dieser Anfangstemperatur ausgegangen wird.
[0023] Ein direkt ab Netz betriebenes Kühlgerät bzw. eine Minibar würde mit dem durch die
Kühlgerät- bzw. Minibar-interne Temperatureinstellung gegebenen Ein/Ausschaltrhythmus
im Normalbetrieb die mittlere Kühltemperatur von ca. 5°C in etwa 9.5 bis 10 Stunden
erreichen. Auch bei einer Minibar die über eine erfindungsgemässe Stromsparschaltung
angeschlossen ist, ist dies annähernd der Fall. Mit der Inbetriebsetzung der Minibar
wird zunächst in der Schaltsequenz eine 6-stündige Anfangszeit T
a in Gang gesetzt, innerhalb derselben etwaige Detektierungen einer Person in der Umgebung
der Minibar wirkungslos bleiben (siehe zusätzlich gestrichelt eingezeichnetes Ereignis
A). Nach Ablauf der Anfangszeit T
a wird (selbst ohne Auslösung durch die Anwesenheit einer Person) die 3-stündige Uebergangszeit
T
u in Gang gesetzt, innerhalb deren etwaige Detektierungen einer Person in der Umgebung
der Minibar nicht mehr wirkungslos bleiben, sondern die bereits früher beschriebene
Wirkung haben (siehe zusätzlich gestrichelt eingezeichnetes Ereignis B; bis zum Ablauf
der Uebergangszeit T
u nach der letztmaligen Detektierung der Person würde die Netzstromzuführung freigegeben).
Wird jedoch innerhalb von 9 Stunden keine Person in der Umgebung der Minibar detektiert,
wird schliesslich auch hier mit dem Ablauf der Uebergangszeit T
u der periodische Anteil der Schaltsequenz in Gang gesetzt. Gemäss Darstellung geschieht
dies wiederum stets so, dass zunächst der Ein-Anteil wirksam wird, was einer effektiven
Verlängerung der Uebergangszeit T
u gleichkommt. Als Folge der zusammengesetzten Zeiten T
u und T
a wird erreicht, dass die Minibar auch in diesem Betriebsfall die gewünschte Kühltemperatur
so rasch wie möglich mindestens annähernd erreicht.
[0024] Befindet sich also, wie im gezeigten Beispiel, für mindestens 9.5 Stunden nach Inbetriebnahme
niemand in der Umgebung der Minibar, wird automatisch wieder auf Energiesparbetrieb
umgeschaltet. Tritt dieser Fall ein, so wird zwar (wie im Fall ohne Stromsparvorrichtung)
zu Beginn relativ viel Energie in Kühlleistung umgesetzt, weil zunächst die tieferliegende
Kühltemperatur angesteuert wird. Der Vorteil dieser Steuerungsart besteht aber darin,
dass die in die Minibar eingefüllten Waren auch in diesem Fall nur für relativ kurze
Zeit bei einer Kühltemperatur von über ca. 10°C gelagert sind.
[0025] Dem Anfangsanteil der Schaltsequenz wird somit stets eine höhere Einschalt- bzw.
Ereignispriorität zugeordnet als dem Uebergangsanteil, und diesem wiederum eine höhere
Einschalt- bzw. Ereignispriorität als dem periodischen Ein/Aus Anteil. Dies äussert
sich darin, dass während einer laufenden Anfangszeit der Uebergangsanteil und der
periodische Ein/Aus Anteil unterdrückt werden, während einer laufenden Uebergangszeit
aber nur der periodische Ein/Aus Anteil der Schaltsequenz.
1. Stromsparschaltung (1) für ein netzbetriebenes Kühlgerät (2), insbesondere für eine
Minibar in einem Hotelzimmer, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsparschaltung (1) als separate Einrichtung dem Kühlgerät (2) in der Netzzuführung
vorschaltbar ist und ein Sensorelement (6) zur Detektierung einer Person in der Umgebung
des Kühlgerätes oder einen Steuereingang für ein solches Sensorelement aufweist, wobei
das Sensorelement (6) bei der Detektierung einer Person in der Umgebung des Kühlgerätes
ein Sensorausgangssignal (12) abgibt und eine im wesentlichen vom Sensorausgangssignal
(12) gesteuerte Steuerlogik (9) zur Erzeugung einer Schaltsequenz vorhanden ist, die
die Netzstromzuführung für das Kühlgerät steuert.
2. Stromsparschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltsequenz einen periodischen Ein/Aus Anteil aufweist, dessen Ein/Aus-Verhältnis
einstellbar ist und der nach längerdauerndem Ausbleiben des Sensorausgangssignales
(12) eingeleitet wird.
3. Stromsparschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltsequenz einen bezüglich Zeitdauer einstellbaren Uebergangsanteil aufweist,
der die Netzstromzuführung für das Kühlgerätes für eine Uebergangszeit dauernd einschaltet
und der beim Vorhandensein des Sensorausgangssignals (12) eingeleitet wird.
4. Stromsparschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltsequenz einen bezüglich Zeitdauer einstellbaren Anfangsanteil aufweist,
der die Netzstromzuführung für das Kühlgerätes für eine Anfangszeit dauernd einschaltet
und der bei der Inbetriebnahme des Kühlgerätes eingeleitet wird.
5. Stromsparschaltung nach Anspruch 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Anfangsanteil der Schaltsequenz eine höhere Einschaltpriorität zugeordnet ist
als dem Uebergangsanteil der Schaltsequenz, und diesem wiederum eine höhere Einschaltpriorität
als dem periodischen Ein/Aus Anteil der Schaltsequenz.
6. Stromsparschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (6) ein Passiv-Infrarot-Sensor ist.
7. Stromsparschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (6) ein Bewegungssensor ist.
8. Verfahren zur Steuerung einer Stromsparschaltung (1) nach Patentanspruch 1 für ein
netzbetriebenes Kühlgerät (2), insbesondere für eine Minibar in einem Hotelzimmer,
mit einem Sensorelement (6) zur Detektierung der Anwesenheit einer Person in der Umgebung
des Kühlgerätes (2) und einer Steuerlogik (6) zur Erzeugung einer Schaltsequenz zur
Steuerung der Netzstromzuführung zum Kühlgerät, wobei bei längerem Ausbleiben der
Detektierung einer Person in der Umgebung des Kühlgerätes die Netzstromzuführung für
das Kühlgerät von einem periodischen Anteil der Schaltsequenz periodisch ein- und
ausgeschaltet wird und wobei das Verhältnis der Einschaltdauer zur Ausschaltdauer
des periodischen Anteils der Schaltsequenz einstellbar ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei bei der Detektierung der Anwesenheit einer Person
in der Umgebung des Kühlgerätes die Netzstromzuführung für das Kühlgerät für eine
Uebergangszeit Tu dauernd eingeschaltet wird und wobei die Dauer der Uebergangszeit Tu einstellbar ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei bei der Inbetriebnahme des Kühlgerätes die Netzstromzuführung
für das Kühlgerät für eine Anfangszeit Ta dauernd eingeschaltet wird und wobei die Dauer der Anfangszeit Ta einstellbar ist.