Kostengünstig Schalten mit Homematic und Homematic IP

Es ergeben sich in dem eigenen Smarthome viele Situationen in denen einfach nur kostengünstig eine kleine Last geschaltet werden soll. Es macht schließlich keinen Sinn, jede Schrankbeleuchtung mit einem PWM Dimmer für LEDs auszustatten. In solchen Fällen sind oft die Kosten für die Homematic Komponenten höher, als die der einzelnen Bastelkomponenten. Insbesondere für kleine Lasten mit Niederspannung werden interessante Module angeboten, die optional sogar ohne das lästige Klicken eines Relais schalten können.

Wie das geht und um welche Module es sich handelt, möchte ich in diesem Artikel vorstellen. Schwerpunktmäßig werde ich mich auf die Homematic IP Schaltplatine HmIP-PCBS beziehen.

Vorüberlegungen

Zuerst sollte überlegt werden, was geschaltet werden soll welche Anforderungen es gibt. Es ist ein riesen Unterschied, ob die Teichpumpe oder eine kleine LED Beleuchtung geschaltet werden soll. Bei der Teichpumpe muss die Schaltung eventuell selber wasserfest sein (IP67) und es wird Netzspannung mit relativ hohen Strömen geschaltet. Da im letzten Fall die Netzspannung geschaltet wird, würde ich in diesem Fall auf fertige Schaltaktoren verweisen.

Soll aber eine selbstgebaute Schrankbeleuchtung geschaltet werden, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Grundsätzlich kann ein LED Streifen mit einem Steckernetzteil verlötet werden und das Steckernetzteil wird mit einem Zwischenstecker geschaltet. Leider sind die Zwischenstecker recht teuer und man hört das Relais Schalten (welches für 16A ausgelegt ist – daher mehr Masse besitzt). Sollen nur wenige Milliampere geschaltet werden, kann auch auf das Relais verzichtet werden.

Zum Schalten kleiner Lasten, bei denen ein Trennung der Stromkreise (galvanische Trennung) nicht wichtig ist, kann auch mit Transistoren (FET) geschaltet werden.  Vorteil hierbei ist, dass der Schaltvorgang geräuschlos erfolgt. Leider sind dafür die Schaltleistungen geringer und die schaltbare Spannung ist häufig kleiner. Reicht aber in den meisten Fällen für einzelne LEDs. Fairerweise muss ich dazu sagen, dass das verwendete Miniaturrelais auf dem HmIP-PCBS kaum hörbar ist.

Ermittlung der technischen Daten und Grenzen

Für diejenigen, die nicht so vertraut mit der Elektrotechnik sind, möchte ich ein paar einfache Grundlagen wiederholen. Das ganze mache ich am beispiel dieses LED Streifens. Der Hersteller liefert Praktischerweise ein Netzteil ohne Schaltmöglichkeit mit und macht folgende Angaben: Spannung: 12 V, Leistung: 24 W, Länge: 5 m.

Soll ein anderes Netzteil verwendet werden, muss es 12 V liefern. Liefert es weniger, werden die LEDs dunkler. Liefert es mehr, gehen die LEDs kaputt.

Weiterhin gibt eQ-3 für die HMIP Schaltplatine (HmIP-PCBS) an, dass das Relais 1 A schalten kann. Der open collector Ausgang jedoch nur 500 mA. Im Falle dieser Komponente kann wahlweise ein Relais oder ein Transistor zum Schalten verwendet werden.

Um nun den Stromverbrauch des LED-Streifens auszurechnen formen wir das Ohmsche Gesetz (P=U*I) um. Somit berechnet sich der Strom wie folgt: I =P/U=24 W / 12V=2 A. Da 2 A genau doppelt so viel ist wie 1 A (=maximale Schaltleistung des Relais), bedeutet das für uns, dass wir den LED Streifen genau in der Mitte durchschneiden müssen (nach 2,5 m).

Alternativ kann man auch direkt über die Leistung gehen: Wir wollen 12V Schalten und das Relais kann maximal 1A ab. Damit ergibt sich eine maximale Schaltleistung von P=12V x 1A = 12W. Der LED Streifen benötigt aber 24W, daraus folgt dass er auf der Hälfte gekürzt werden muss. Einige Hersteller geben bei LED Streifen auch die Leistung pro Meter an (z.B. 4.8W / Meter). Damit lässt sich die maximale Länge besonders leicht ermitteln.

Dabei natürlich beachten dass es bei LED Streifen vordefinierte Schnittpunkte gibt, an die man sich halten muss. Würden wir den Streifen nicht kürzen, würde der Transistor bzw. das Relais überlastet und zerstört werden. Weiterhin sollte man nie eine Schaltung genau auf den Grenzwert auslegen, schließlich gibt es auch Bauteiltoleranzen die zur Beschädigung des Schaltaktors führen könnten. Also lieber ein paar LEDs mehr abschneiden oder die Schaltleistung verstärken (z.B. mit RSM1 ).

Soll mit dem open collector Ausgang (=Transistor) geschaltet werden, sind maximal 500 mA zulässig. Wir müssen also bei einem viertel (1,25 m) trennen. Je nach Anwendungsfall kann das aber schon reichen. Soll der komplette Streifen geschaltet werden, wird ein stärkeres Relais benötigt. Wer nicht selber basteln will, kann z.B. das Modul RSM1 benutzen. Dieses schaltet 16 A bei max. 35 V und kostet etwa 9€. Es ist so aufgebaut, dass es sich gut mit dem Schaltmodul verbinden lässt.

Das Modul HmIP-PCBS

Diese kleine Platine ist ausgelegt für den Einsatz mit einer konstanten Versorgungsspannung. Wer eine batteriebetriebene Schaltung Schalten möchte und auch den Schaltaktor über die Batterie versorgen will, sollte lieber das Modul HM-LC-Sw1-Ba-PCB verwenden. Aktuell wird die Schaltplatine als Bausatz in einer

• Homematic (HM-LC-Sw1-PCB – nur bei ELV) und in einer
• Homematic IP Variante (HmIP-PCBS – Amazon – ELV) angeboten.

Es ermöglicht potentialfreies Schalten von bis zu 30 A über ein Miniaturrelais oder alternativ das Schalten via open collector Ausgang (nicht potentialfrei). Letzteres erlaubt maximal 0,5 A und 30 V. Da das Modul als Bausatz kommt, kann selbst entschieden werden, wie die Bauteile bestückt werden sollen. Soll mit dem FET (=open collector Ausgang) geschaltet werden, wird das Relais nicht bestückt und ein kleiner Teil der Platine kann einfach abgebrochen werden. Eine genaue Aufbauanleitung liegt dem Bausatz bei

Der Bausatz besteht aus folgenden Einzelteilen:

Der einzige etwas anspruchsvolle Teil besteht also darin, das Funkmodul mit Hilfe der Stiftleiste auf die Hauptplatine zu löten. Dabei muss ein Abstand von 4 mm zwischen den beiden Platinen eingehalten werden. Auf der linken Seite der größeren Platine, erkennt man den Bereich der Abgetrennt werden kann. Die klemmen werden dann auf dem verbleibenden Teil angelötet.