DE10062280A1

DE10062280A1 - Sicherheitsschaltung für eine elektrische und/oder elektronische Steuerungsschaltung eines elektrischen Gerätes

Info

Publication number: DE10062280A1
Application number: DE10062280A
Authority: DE
Inventors: Hans Moser; Michael Zenk; Michael Kolmeder
Original assignee: Wolf GmbH
Current assignee: Wolf GmbH
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2002-06-27

Abstract

Eine Sicherheitsschaltung (1) für elektrische und/oder elektronische Steuerungsschaltungen (3) von elektrischen Geräten (2), die mit einer Spannungsversorgungseinrichtung (4) zur Versorgung des Gerätes mit Spannung über eine Leitung verbunden sind, erzeugt bei Kontakt der Steuerungsschaltung (3) mit einer Flüssigkeit mittels einer Sicherheitseinrichtung eine Kurzschlußschaltung in der Steuerungsschaltung (3) und/oder eine Unterbrechung der Leitung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsschaltung für eine elektrische und/oder elektronische Steuerungsschaltung eines elektrischen Gerätes mit Aktoren, insbesondere eines gas betriebenen Gerätes, das mit einer Spannungsversorgungs einrichtung zur Versorgung des Gerätes mit Spannung über eine Leitung verbunden ist.

Sicherheitsschaltungen für elektrische und/oder elektronische Steuerungsschaltungen von elektrischen Geräten werden u. a. dafür eingesetzt, das elektrische Gerät bei einem auftretenden Kurzschluß abzuschalten.

Sicherheitsschaltungen der vorgenannten Art sind beispielsweise in Waschmaschinen oder Geschirrspülmaschinen angeordnet und bestehen zumeist nur aus einer handelsüblichen Schmelz sicherung, die entweder in einer Steuerungsschaltung der Maschine selbst oder an einem anderen Ort innerhalb der Maschine angeordnet ist. Eine solche Schmelzsicherung wird, wenn eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Leitungswasser in den Teil des Gerätes, in dem sich die Steuerungsschaltung befindet, eindringt, durchgeschmolzen, sofern dabei ein ausreichend starker Kurzschlußstrom innerhalb der Steuerungsschaltung auftritt. Damit wird die Spannungsversorgung zu dem elek trischen Gerät unterbrochen.

Schmelzsicherungen können auch außerhalb des elektrischen Gerätes in einer in einem Sicherungskasten untergebrachten Sicherungsanlage angeordnet werden, die bei Auftreten eines Kurzschlusses, der eine Stromstärkespitze in der Sicherungs anlage verursacht, durchschmilzt und somit die Spannungsver sorgungseinrichtung von dem Gerät trennt.

Die Schmelzsicherungen der vorgenannten Art in Sicherungs anlagen eines Hauses weisen den Nachteil auf, daß sie erst bei relativ hohen Stromstärkespitzen in den Leitungen eine Unter brechung der Spannungsversorgungsleitung bzw. ein Abschalten des Gerätes bewirken.

Das Ansprechen der Sicherungen auf relativ hohe Stromstärke spitzen in den elektrischen Leitungen eines Hauses ist oft bei Sicherungsanlagen mit älterem Herstellungsdatum gegeben. Bei derartigen Sicherungsanlagen kann nicht von der Anordnung soge nannter Fehlerstromschutzschalter ausgegangen werden, die be reits bei äußerst geringen Fehlerströmen eine Unterbrechung der Spannungsversorgung des elektrischen Gerätes sicherstellen.

Wird nun aufgrund des Eindringens von Leitungswasser in die elektrische und/oder elektronische Steuerungsschaltung des elektrischen Gerätes ein Kurzschlußstrom verursacht, der zu einer relativ geringen Stromstärkespitze in dem Leitungsnetz des Hauses führt, so wird die Sicherungsanlage, welche keine Fehlerstromschutzschalter aufweist, auf diese Stromstärkespitze nicht ansprechen. Dementsprechend wird die Leitung zwischen der Spannungsversorgungseinrichtung an dem elektrischen Gerät nicht unterbrochen und damit keine Sicherheitsabschaltung des elektrischen Gerätes stattfinden. Das eindringende Wasser kann dann zu unkontrollierten Schaltzuständen der Ein- und Ausgänge der Steuerungsschaltung und damit zu Funktionsfehlern des elektrischen Gerätes führen. Es ist beispielsweise denkbar, daß in dem elektrischen Gerät angeordnete Aktoren mit geringer Eingangsleistung, wie Ventile, über Kriechströme, die durch den Kurzschlußstrom in der Steuerungsschaltung verursacht werden, direkt geschaltet werden. Dadurch kann in einem gasbetriebenen elektrischen Gerät ein unkontrolliertes Öffnen des elektrisch gesteuerten Gasventils bewirkt werden. Ein solches unkontrol liertes Öffnen eines elektrisch gesteuerten Gasventils kann zur Gefährdung eines Benutzers führen, der mit dem unkontrolliert austretenden Gas, welches explosionsfähig sein kann, konfron tiert wird.

Die bekannten Sicherheitsschaltungen zum Abschalten eines elektrischen Gerätes von der Spannungsversorgung sind also derart, daß abhängig von dem Auftreten und der Stärke eines Kurzschlußstromes ein Abschalten des Gerätes stattfindet oder nicht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsschaltung für elektrische und/oder elektronische Steuerungsschaltungen von elektrischen Geräten zur Verfügung zu stellen, die ein zuverlässiges Abschalten des elektrischen Gerätes bei Eindringen von einer Flüssigkeit, insbesondere mit geringer Leitfähigkeit, in die Steuerungs schaltung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst, wobei vorteilhafte konstruktive Details der Erfindung in den Unteransprüchen beschrieben sind.

Die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung zeichnet sich primär dadurch aus, daß mittels einer Sicherheitseinrichtung die Sicherheitsschaltung bei Kontakt der Steuerungsschaltung mit einer Flüssigkeit das Erzeugen einer Kurzschlußschaltung gefördert bzw. erzeugt wird. Hierdurch ist das Abschalten des elektrischen Gerätes bei Eintritt von Flüssigkeit in die Steuerungsschaltung nicht mehr davon abhängig, ob die elektrische Leitfähigkeit der eintretenden Flüssigkeit dafür ausreicht, einen Kurzschluß innerhalb der Steuerungsschaltung zu erzeugen. Das elektrische Gerät wird von der Spannungs versorgungseinrichtung auch dann abgeschaltet, wenn der durch die eintretende Flüssigkeit auftretende Kurzschlußstrom mit seinen Stromstärkespitzen nicht dafür ausreichen würde, eine externe oder interne Sicherung auszulösen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Sicherheits einrichtung als eine in der Steuerungsschaltung angeordnete Schaltung zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit in der Steuerungsschaltung ausgebildet sein. Eine derartige Schaltung zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit beinhaltet einen Leitfähigkeitssensor, der in Abhängigkeit von den Leitfähig keitswerten der eingedrungenen Wassermenge die Leitung zur Spannungsversorgung unterbricht oder eine Kurzschlußschaltung in der Steuerungsschaltung erzeugt. Ein wichtiger Bestandteil des Leitfähigkeitssensors sind zwei Elektroden, die auf einer vorbestimmten. Höhe und mit einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Die Elektroden erzeugen bei Eindringen von Wasser bis auf die Höhe der Elektroden einen Stromfluß, welcher eine externe oder interne Schmelzsicherung auslöst. Dadurch sind feine Differenzierungen beim Auslösen einer Kurzschlußschaltung oder auch beim Unterbrechen der Stromversorgungsleitungen in Abhängigkeit von der einge drungenen Wassermenge möglich.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Sicherheits einrichtung als Schwimmerschalter ausgebildet sein, welcher innerhalb der Steuerungsschaltung angeordnet ist und durch eindringendes Wasser betätigt wird. Vorteilhafterweise kann ein betätigter Schwimmerschalter über die Sicherheitsschaltung entweder die Betätigung einer Schaltungseinrichtung auslösen, die zwischen der Spannungsversorgungseinrichtung und dem elektrischen Gerät angeordnet ist, oder über die Sicherheits schaltung eine Kurzschlußschaltung erzeugen, deren Strom stärkespitze zum Auslösen einer extern oder intern angeordneten Sicherung führt. Denkbar ist auch, daß das Erzeugen sowohl einer Kurzschlußschaltung als auch einer Unterbrechung der Leitung durch das Betätigen des Schwimmerschalters gleichzeitig in Gang gesetzt wird, um so ein zuverlässiges Abschalten des elektrischen Gerätes zu erreichen.

Die Sicherheitseinrichtung kann auch als elektronisches Bauteil in der Steuerungsschaltung angeordnet sein, das bei Eintritt von Flüssigkeit seine elektrische Leitfähigkeit erhöht und somit eine Kurzschlußschaltung in der Steuerungsschaltung verursacht, wodurch wiederum eine externe oder interne Sicherung ausgelöst wird. Auch das Anordnen eines chemischen Zusammensetzungsstoffes zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit, der eindringenden Flüssigkeit in der Steuerungs schaltung ist denkbar. Dies ermöglicht nicht nur eine relativ einfache Ergänzung der Steuerungsschaltung, um das elektrische Gerät bei Eindringen von Flüssigkeit zuverlässig abzuschalten, sondern auch die Herstellung der Sicherheitsschaltung mit relativ geringen Kosten sowie den Einbau in jede beliebige Steuerungsschaltung eines beliebigen elektrischen Gerätes.

Wird durch die Sicherheitsschaltung eine Unterbrechung der Leitung zwischen der Spannungsversorgungseinrichtung und dem elektrischen Gerät durchgeführt, so kann sowohl die Phasen spannung der Spannungsversorgungseinrichtung als auch der Neutralleiter der Leitung unterbrochen werden, um die Gefähr dung einer Benutzerperson durch eventuell noch abfließende Ströme zu oder aus dem elektrischen Gerät auszuschließen.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen erfindungs gemäßer Sicherheitsschaltungen in Verbindung mit der Steuerungsschaltung eines elektrischen Gerätes anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung mit der Steuerungsschaltung eines elektrischen Gerätes gemäß einer ersten Ausführungsform; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung mit der Steuerungsschaltung eines elektrischen Gerätes gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt eine Sicherheitsschaltung 1, die bei Eindringen von Wasser in eine Steuerungsschaltung 3 eines elektrischen Gerätes 2 aktiviert wird. Das Aktivieren der Sicherheits schaltung 1 erfolgt durch zwei auf einer Platine angeordnete Elektroden, wobei die Platine in der Steuerungsschaltung 3 angeordnet ist. Die beiden Leitfähigkeitselektroden sind mit einer vorbestimmten Höhe in der Steuerungsschaltung angeordnet, so daß bei Eindringen von Wasser die zwei Elektroden erst dann einen Stromfluß erzeugen, wenn der Pegel des eingedrungenen Wassers die Anordnungshöhe der Elektroden erreicht. Um einen solchen Stromfluß durch die beiden Elektroden zu erzeugen, muß das eingedrungene Wasser einen vorbestimmten Leitwert auf weisen, der dem Kehrwert eines Widerstands von weniger als 1 MΩ entspricht.

Der durch die beiden Leitfähigkeitselektroden erzeugte Stromfluß wird an die Sicherheitsschaltung 1 in Form eines Signals weitergegeben. Das dort angekommene Signal wird in einer mehr oder weniger einfachen elektronischen und/oder elektrischen Schaltung verarbeitet, um anschließend als Betätigungssignal an eine Schalteinrichtung 5 ausgegeben zu werden. Sobald die Schalteinrichtung 5 in Form eines einfachen Relais oder eines Kippschalters das Betätigungssignal zum Schließen der Schalteinrichtung erhält, schließt die Schalt einrichtung 5 und erzeugt eine Kurzschlußschaltung an der Steuerschaltung. Diese Kurzschlußschaltung führt dazu, daß deren Stromstärkespitzen, die in der Leitung zwischen Spannungsversorgungseinrichtung und Steuerungsschaltung erkannt werden, eine interne Sicherung 7 oder externe Sicherung 6 auslösen, so daß dadurch bedingt das elektrische Gerät bzw. dessen Steuerungsschaltung von der Spannungsversorgungs einrichtung getrennt wird.

Fig. 2 zeigt schematisch das Zusammenwirken der Steuerungs schaltung eines elektrischen Gerätes mit der erfindungsgemäßen Sicherheitsschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 gezeigten Kurzschlußschaltung dient die in Fig. 2 gezeigte Schaltung zur Unterbrechung einer oder beider Leitungen, die die Sicherheitsschaltung mit einer Spannungsversorgungseinrichtung 4 zur Versorgung des Gerätes mit Spannung verbinden. Es ist wiederum eine Platine mit zwei Leitfähigkeitselektroden auf einer vorbestimmten Höhe innerhalb der Steuerungsschaltung 3 des elektrischen Gerätes 2 angeord net, wie dies bereits in den obigen Ausführungen zu Fig. 1 erläutert wurde. Der durch die beiden Leitfähigkeitselektroden erzeugte Stromfluß wird in Form eines Signals an die Sicherheitsschaltung 1 weitergegeben. Das dort angekommene Signal wird verarbeitet, um als Betätigungssignal an eine oder zwei Schalteinrichtungen 5, 5' ausgegeben zu werden. Sobald die Schalteinrichtungen in Form eines Kippschalters das Betäti gungssignal zum Schließen der Schalteinrichtung erhalten, schließen die Schalteinrichtungen 5, 5' und unterbrechen die Spannungsversorgungsleitungen zur Versorgung des elektrischen Gerätes 2 und der Steuerungseinrichtung 3 mit Spannung. Damit wird das elektrische Gerät sofort abgeschaltet, sobald von den Leitfähigkeitselektroden Flüssigkeit mit einem bestimmten Leitgrenzwert detektiert wird.

Durch die zusätzliche Anordnung des Kippschalters 5', die nicht zwingend ist, wird die zweite Leitung der Stromversorgungs leitung von der Spannungsversorgungseinrichtung 4 unterbrochen, um so die Gefährdung einer Benutzerperson durch eventuell noch abfließende Ströme zu oder aus dem elektrischen Gerät 2 auszu schließen.

Die beiden Leitfähigkeitselektroden können auf einer Platine mit den Abmaßen von 37 mm × 60 mm × 1,5 mm angeordnet werden. Der Zwischenabstand der beiden Leitfähigkeitselektroden beträgt 5 mm.

Die Platine kann einer Umgebungstemperatur von 0°C bis 60°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von maximal 75% im Jahres mittel und von 95% für kurze Zeit ausgesetzt werden.

Die Schaltung zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit in der Steuerungsschaltung 3 wird einer vierteljährlichen Überprüfung mit einer Fehleranalyse und der statistischen Auswertung in einem Excel-Dateiformat unterworfen.

Es sei an dieser Stelle noch erwähnt, daß in der Regel entweder eine Unterbrechung der Leitung mittels einer Schalteinrichtung 5 oder das Erzeugen einer Kurzschlußschaltung in der Steuerungsspannung 3 durchgeführt wird. Grundsätzlich ist jedoch auch die Kombination beider Möglichkeiten zur Erhöhung des Sicherheitsfaktors der Sicherheitsschaltung möglich.

Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Bezugszeichenliste

1

Sicherheitsschaltung

2

Elektrisches Gerät

3

Steuerungsschaltung

4

Spannungsversorgungseinrichtung

5

,

5

' Schaltungseinrichtung

5

Externe Sicherung

7

Interne Sicherung

Claims

1. Sicherheitsschaltung (1) für eine elektrische und/oder elektronische Steuerungsschaltung (3) eines elektrischen Gerätes (2) mit Aktoren, insbesondere eines gasbetriebenen Gerätes, das mit einer Spannungsversorgungseinrichtung (4) zur Versorgung des Gerätes mit Spannung über eine Leitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kontakt der Steuerungsschaltung (3) mit einer Flüssig keit die Sicherheitsschaltung (1) mittels einer Sicher heitseinrichtung eine Kurzschlußschaltung in der Steuerungsschaltung (3) und/oder eine Unterbrechung der Leitung erzeugt.

2. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinrichtung als eine in der Steuerungs schaltung (3) angeordnete Schaltung zum Messen der elektrischen Leitfähigkeit in der Steuerungsschaltung (3) ausgebildet ist.

3. Sicherheitsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinrichtung als eine in der Steuerungs schaltung (3) angeordnete Schalteinrichtung, insbesondere als ein Schwimmerschalter, ausgebildet ist.

4. Sicherheitsschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinrichtung als ein in der Steuerungs schaltung (3) angeordnetes elektronisches Bauteil ausgebildet ist, welches durch Erhöhen seiner elektrischen Leitfähigkeit die Kurzschlußschaltung in der Steuerungsschaltung erzeugt.

5. Sicherheitsschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinrichtung als ein in der Steuerungs schaltung (3) angeordneter chemischer Zusammensetzungs stoff zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit ausgebildet ist.

6. Sicherheitsschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schaltungseinrichtung (5, 5') zum Unterbrechen der Leitung zwischen der Spannungsversorgungseinrichtung (4) und dem Gerät (2).

7. Sicherheitsschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung (5, 5') die Phasenspannung der Spannungsversorgungseinrichtung (4) und/oder den Neutral leiter des Gerätes unterbricht.

8. Sicherheitsschaltung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine innerhalb oder außerhalb des Gerätes (2) angeordnete Sicherung (6; 7), insbesondere Schmelz sicherung, die durch die Kurzschlußschaltung in der Steuerungsschaltung (3) die Spannungsversorgungsleitung zu der Steuerungsschaltung (3) unterbricht.