DE10114473A1 - Elektrischer Händetrockner - Google Patents

Abstract

Ein elektrischer Händetrocker mit einem elektrischen Heizkörper und einem von einem Motor 3 angetriebenen Lüfter soll ohne Vergrößerung der Baugröße bei Einhaltung der EMV leistungsverstärkt sein. Hierfür ist der Motor 3 ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor, der den Lüfter mit Drehzahlen über 2500 Upm antreibt. Eine elektrische Schaltung begrenzt den Anlaufstrom des Motors 3.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Händetrockner mit einem elektrischen Heizkörper zur Erwärmung eines Luftstroms, der von einem mittels eines Motors angetriebenen Lüfter erzeugt wird, zum Anschluss an das Wechselstromnetz.

Derartige Händetrockner sind so ausgelegt, dass die Hände vor eine Auslassöffnung des Händetrockners gehalten werden, wobei sie durch einen erwärmten Luftstrom getrocknet werden.

Nach dem Stand der Technik ist der Lüftermotor derartiger Händetrockner ein Spaltpolmotor, ein Einphasenmotor oder ein Bürstenmotor. Bei einem Spaltpolmotor und einem Einphasenmotor ist die Drehzahl an die Netzfrequenz gebunden. Die Drehzahl kann zur Leistungssteigerung also nicht erhöht werden. Wenn eine Volumenstromerhöhung gewünscht ist, dann muss der Lüfter vergrößert werden. Dies bedingt eine Vergrößerung der Baugröße des Händetrockners und einen in der Leistung verstärkten Motor. Ein Bürstenmotor ermöglicht zwar gegenüber einem Spaltpolmotor und einem Einphasenmotor eine Drehzahlerhöhung. Jedoch hat der Bürstenmotor den Nachteil, dass sich die Baugröße des Motors wegen der Bürsten verlängert, eine Geruchsbildung durch Bürstenfeuer auftritt und eine Wartung der Bürsten notwendig ist.

Bei allen genannten Motoren ergibt sich zwangsläufig ein Anlaufstrom, der erheblich über dem Nennstrom liegt. Bei der Zulassungsprüfung derartiger Händetrockner wird auch die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) geprüft. Speziell sind Forderungen bezüglich der Flicker-Netzrückwirkung einzuhalten. In der Flickerprüfung wird insbesondere die Stromaufnahme in der Startphase des Geräts bewertet. Hohe Anlaufströme führen dazu, dass die Flickerprüfung nicht bestanden wird. Ist eine möglichst hohe Heizleistung in Verbindung mit einer möglichst hohen Förderleistung des Lüfters erwünscht, ist die Flickergrenze kaum einzuhalten.

Aus der US 5 459 944 ist ein Händetrockner anderer Art bekannt. Dieser Händetrockner arbeitet ohne elektrischen Heizkörper. Die Hände werden auch nicht vor eine Auslassöffnung gehalten, sondern in einen Schacht des Händetrockners eingesteckt. Der Lüfter dieses Händetrockners wird von einem bürstenlosen Gleichstrommotor angetrieben. Ausnahmen zur Einhaltung der Vorschriften über elektromagnetische Verträglichkeit, speziell die Flickergrenze, sind dort nicht genannt.

In der US 6 038 786 ist ein Händetrockner beschrieben, bei dem der Lüfter mittels eines Wechselstrommotors angetrieben ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Händetrockner der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem eine Leistungsverstärkung ohne Vergrößerung der Baugröße bei Erfüllung der Flickervorschriften erreicht ist.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die im Vergleich zu üblichen Lüftern der eingangs genannten Art hohe Drehzahl über 2500 Upm ist gewährleistet, dass eine kurze Händetrocknungszeit erreicht wird, was eine Leistungserhöhung bedeutet. Der elektronisch kommutierte Gleichstrommotor bedingt keine Vergrößerung der Baugröße des, insbesondere an die Wand montierbaren, Händetrockners. Durch die Begrenzung des Anlaufstroms in der Startphase lässt sich die von den Elektrizitätsversorgungsunternehmen vorgeschriebene Flickergrenze einhalten. Dabei ist es gleichzeitig möglich, den Händetrockner mit hoher Heizleistung auszulegen. Die Heizleistung muss also nicht wegen des vorgesehenen leistungsstarken Lüfters erniedrigt werden, um Anschlussbedingungen zu erfüllen.

Überraschend ist es, dass trotz der im Vergleich zur elektrischen Heizleistung des Heizkörpers geringen elektrischen Leistung des den Lüfter antreibenden Motors die elektromagnetische Verträglichkeit (Flicker) durch Begrenzung des Anlaufstroms des Motors in der Startphase verbessert wird.

Oben und im folgenden ist das betreffende Gerät als "Händetrockner" genannt. Dieser Händetrockner kann auch zum Trocknen von Haaren verwendet werden. Solche Hände-/Haartrockner sind bekannt, wobei sie in der Version "Haartrockner" meist an einer vertikalen Schiene angeordnet sind und sich an dieser auf die Größe des Nutzers verschieben lassen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Händetrockner schematisch im Schnitt,

Fig. 2 eine Innenansicht des Händetrockners in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm, das das zwangsgesteuerte Hochlaufen der prozentualen Drehzahl darstellt,

Fig. 4 die Stromaufnahme eines Händetrockners ohne Anlaufstrombegrenzung (Stand der Technik),

Fig. 5 die Stromaufnahme eines Händetrockners mit Anlaufstrombegrenzung,

Fig. 6 den Vergleich der Stromaufnahmen nach Fig. 3 (ohne Anlaufstrombegrenzung) und der Fig. 4 (mit Anlaufstrombegrenzung) und

Fig. 7 ein Blockschaltbild des Händetrockners mit elektronisch kommutiertem Gleichstrommotor.

Im Gehäuse 1 eines wandmontierbaren Händetrockners ist ein Lüftergehäuse 2 angeordnet, in dem ein Lüfter gelagert ist und an dem ein Motor 3 angeflanscht ist. Ein Übersetzungsgetriebe zwischen dem Lüfter und dem Motor ist nicht vorgesehen. In einem Luftausblasschacht 4 ist ein elektrischer Heizkörper 5 vorgesehen. Für den Heizkörper 5 wird ein Heizdraht verwendet, der höchstens einen geringen PTC-Effekt hat.

Der Motor 3 und das Lüftergehäuse 2 bilden eine einheitliche Baugruppe. Der Motor 3 ist ein Gleichstrommotor, der elektronisch kommutiert ist. Ein derartiger Motor hat einen hohen Wirkungsgrad und bei gleicher Baugröße eine wesentlich höhere Leistung als ein sonst bei Händetrocknern üblicher Motor. Der Motor 3 arbeitet mit einer Drehzahl über 2500 Upm, beispielsweise 4000 Upm bis 6000 Upm. Zur Geräuschdämmung ist der Motor 3 über Elastomer-Elemente mit dem Lüftergehäuse 2 verbunden.

Zur elektronischen Kommutierung ist eine elektrische Schaltung vorgesehen, die auf einer Platine 6 angeordnet ist. Die Platine 6 ist am Lüftergehäuse 2, vorzugsweise seitlich, befestigt. Sie bildet mit dem Lüftergehäuse 2 eine Baueinheit und kann der Kontur des Lüftergehäuses 2 entsprechend geformt sein. Die Platine 6 kann jedoch auch an dem Gehäuse 1 montiert sein.

Die elektronische Schaltung begrenzt den elektrischen Anlaufstrom des Motors 3. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine Anlaufstrombegrenzung die EMV verbessert, insbesondere den Flicker in zulässigen Grenzen hält, obwohl der Motorstrom wesentlich kleiner ist als der den Heizkörper 5 durchfließende elektrische Strom, so dass an sich nicht mit einem Einfluss des Anlaufstroms gerechnet werden konnte. Der Nennstrom des Heizkörpers 5 ist etwa um den Faktor 12 bis 16 höher als der Nennstrom des Motors 3 (vgl. Fig. 4 und 5).

In den Fig. 4, 5 und 6 ist Ih der Heizstrom, Im der Motorstrom und Ig der Gesamtstrom des Händetrockners.

Fig. 4 zeigt zum Vergleich die zeitliche Stromaufnahme des Händetrockners ohne Anlaufstrombegrenzung. Ersichtlich erhöht der während der Startphase auftretende Anlaufstrom Ia den Gesamtstrom Ig1 beträchtlich, was unter Berücksichtigung der in Rechnung zu stellenden Einschalthäufigkeit dazu führt, dass der zulässige Flickerpegel nicht eingehalten wird.

Nach Fig. 5 schaltet die Schaltung den Motor 3 erst zum Zeitpunkt t1 mit einer Einschaltverzögerung von ca. 200 ms nach dem Einschalten (t0) des Heizkörpers 5 ein. Dadurch fließt während der Startphase zunächst nur der Heizstrom Ih und beim Einschalten (t1) des Motors 3 wird von der Schaltung der Anlaufstrom Ia begrenzt. Beispielsweise wird der Anlaufstrom Ia auf den Wert 1,5 In begrenzt, wobei In der Nennstrom des Motors 3 ist. Eine weitere Reduzierung des Anlaufstroms Ia wäre zwar möglich, hätte aber zur Folge, dass sich die bis zum Hochlaufen des Lüfters auf seine Nenndrehzahl verstreichende Zeit verlängern würde.

Fig. 6 zeigt den Vergleich der Stromverläufe von Ig1 und Ig2.

Ersichtlich ist durch die beschriebenen Maßnahmen im Beispielsfall der Einschaltstrom des Händetrockners zum Einschaltzeitpunkt t0 von etwa 13,7 A auf etwa 11,2 A gesenkt, was eine Reduzierung von 18% ist. Dabei ist bei den genannten Verhältnissen der vorgeschriebene Flickergrenzwert eingehalten. Erst zum Zeitpunkt t1 (200 ms) schaltet der Motor 3 ein, wobei die Schaltung dessen Anlaufstrom begrenzt. Die verzögerte Einschaltung des Motors 3 ist für die Strombegrenzung günstig, da während der Zeit t0 bis t1 beim Aufheizen des Heizkörpers 5 dessen Stromaufnahme wegen seines PTC-Effektes geringfügig absinkt, so dass sich zum Zeitpunkt t1 der begrenzte Anlaufstrom auf die Gesamtstromaufnahme zum Zeitpunkt t0 nicht auswirkt.

In Fig. 3 ist die auf die Nenndrehzahl bezogene prozentuale Drehzahl des Lüfters über der Zeit beim Hochlaufen auf Nenndrehzahl dargestellt. Durch die von der Schaltung gesteuerte Anlaufstrombegrenzung ist die Drehzahl-Anstiegskurve D1 wesentlich weniger steil, als sie es ohne Anlaufstrombegrenzung wäre (vgl. Kurve D2).

Die Fig. 7 zeigt anhand eines Blockschaltbildes den systematischen Aufbau des Händetrockners. Ausgehend von einer Netzspannungsversorgung 7 wird über eine Optosensorik 8 das Heizregister 9 mit Energie versorgt und ein DC/DC-Wandler 10 mit einem Signal angesteuert. Weiterhin mit Netzspannung über eine Sicherung 11 ist ein Trenntrafo 12 angeschlossen. Das Leistungsmodul 13 ist über den Trenntrafo 12 galvanisch entkoppelt und mit 230 V- Spannung versorgt.

Eine Einschaltstrom-Begrenzung 14 mit einem NTC-Widerstand 15 liefert zum Zeitpunkt des Einschaltens einen durch den anfänglich hohen Widerstand des NTC reduzierten Strom an einen Gleichstrom- Zwischenkreis 16, der mit dem DC-Wandler 10 in Verbindung steht und dem Verstärker 17 Gleichstrom zur Verfügung stellt. Über einen Regelkreis, bestehend aus dem Verstärker 17, einem Leistungstransistor 18, einem Mikrocontroller 19 und einer Strombegrenzungs-Einrichtung 20 wird der Motor 3 mit Energie versorgt und in seiner Drehzahl geregelt. Der Leistungstransistor 18 sowie die Einschaltstrom-Begrenzung 14 stehen in wärmeleitendem Kontakt mit einem Kühlkörper 21. Über die dargestellte Systemgrenze 22 des Händetrockners detektiert die Optosensorik 8 über nicht dargestellte Sender und Empfänger die Annäherung eines Objekts 23, wodurch der Händetrockner eingeschaltet wird. Die Optosensorik 8 wirkt dabei auf das Heizregister 9 und den elektronisch kommutierten Gleichstromlüfter 24, der im Blockschaltbild (Fig. 7) innerhalb der Systemgrenze des Gleichstromlüfters 24 dargestellt ist.

Die Schaltung muss nicht so aufgebaut sein, dass sie den Anlaufstrom des Motors 3 auf einen festen Maximalwert begrenzt. Sie kann auch so gestaltet sein, dass sie die Stromaufnahme des Motors 3 dadurch begrenzt, dass sie das Hochlaufen der Drehzahl oder den Soll- Stromanstieg des Motors 3 entsprechend der Drehzahl-Anstiegskurve D1 oder einer entsprechenden Strom-Anstiegskurve steuert. Die Drehzahl-Anstiegskurve D1 oder die Strom-Anstiegskurve kann in einem Speicher eines die genannte Schaltung bildenden Mikrocontrollers als Tabelle abgelegt sein.

Mittels einer Drehzahlüberwachung kann die Schaltung ein mechanisches Blockieren des Motors 3 detektieren und beim Blockieren des Motors 3 den Händetrockner zum Schutz gegen Überhitzung abschalten.

Der beschriebene Händetrockner bringt dem Nutzer ein schnelles Trocknungsergebnis, da er eine hohe Heizleistung und eine wesentlich höhere Lüfterleistung als übliche Händetrockner hat. Trotz der hohen Heizleistung und der hohen Lüfterleistung ist die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) gewährleistet. Außerdem muss die Baugröße des Händetrockners nicht größer sein als die üblicher Händetrockner.

Claims (10)

1. Elektrischer Händetrockner mit einem elektrischen Heizkörper zur Erwärmung eines Luftstroms, der von einem mittels eines elektrischen Motors angetriebenen Lüfter erzeugt wird, zum Anschluss an ein Wechselstromnetz, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (3) ein mittels einer elektronischen Schaltung kommutierter Gleichstrommotor ist, der einen Lüfter mit einer Drehzahl über 2500 Upm antreibt, und dass eine elektrische Schaltung vorgesehen ist, die den Anlaufstrom des Motors (3) zwangsweise begrenzt.

2. Elektrischer Händetrockner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung den Motor (3) nach einer Verzögerungszeit (t1) nach dem Einschalten des Heizkörpers (5) einschaltet.

3. Elektrischer Händetrockner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeit etwa 200 ms beträgt.

4. Elektrischer Händetrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung den Anlaufstrom des Motors (3) etwa um den Faktor 1,5 des Nennstroms des Motors (3) begrenzt.

5. Elektrischer Händetrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nennstrom des Heizkörpers (5) etwa um den Faktor 12 bis 16 höher ist als der Nennstrom des Motors (3).

6. Elektrischer Händetrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung den Anlaufstrom (1a) auf einen festen Maximalwert begrenzt.

7. Elektrischer Händetrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung den Anlaufstrom (1a) dadurch begrenzt, dass sie die Drehzahl des Motors (3) nach einer vorgegebenen Drehzahl- Anstiegskurve (D1) oder die Stromaufnahme nach einer vorgegebenen Strom-Anstiegskurve steuert.

8. Elektrischer Händetrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungen zur elektronischen Kommutierung und zur Anlaufstrombegrenzung auf einer gemeinsamen Platine (6) angeordnet sind.

9. Elektrischer Händetrockner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (6) an einem innerhalb eines Gehäuses (1) des Händetrockners angeordneten Lüftergehäuse (2) befestigt ist.

10. Elektrischer Händetrockner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter in einem im Gehäuse (1) des Händetrockners angeordneten Lüftergehäuse (2) gelagert ist, an das der Motor (3) über geräuschdämmende Elemente angeflanscht ist.