DE10149439A1

DE10149439A1 - Verfahren zum Betätigen eines elektrischen Schalters und Schalter zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10149439A1
Application number: DE2001149439
Authority: DE
Inventors: Markus Braun; Klaus Schier; Ulrich Stahl; Thomas Lill; Frank Zintl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-10-07
Filing date: 2001-10-07
Publication date: 2003-04-17

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Betätigen eines elektrischen Schalters entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Außerdem wird ein Schalter zur Durchführung des Verfahrens angegeben. Dieses Verfahren bzw. dieser Schalter sind insbesondere für den Einsatz für Aquarien und Zimmerbrunnen geeignet. DOLLAR A Bei diesem Verfahren zum Betätigen eines Schalters in einem elektrischen Stromkreis mit einem ersten (1) und einem zweiten (2) Kontakt in diesem elektrischen Stromkreis, mit einer Stromquelle (3) und mit einem elektrischen Verbraucher (4) ist vorgesehen, dass der Schalter mittels einem elektrisch leitfähigen Fluid direkt oder indirekt betätigt wird.

Description

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Betätigen eines elektrischen Schalters entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Außerdem wird ein Schalter zur Durchführung des Verfahrens angegeben. Dieses Verfahren bzw. dieser Schalter sind insbesondere für den Einsatz für Aquarien und Zimmerbrunnen geeignet.
Bei einem elektrischen Schaltkreis mit einer Stromquelle und einem elektrischen Verbraucher ist es bekannt, einen Schalter in dem elektrischen Schaltkreis anzuordnen, mit dem dieser geschlossen werden kann. Als elektrische Stromquelle dient unter anderem eine Wechselstromquelle in Form des haushaltsüblichen 220-V-Netzes, eine Gleichstromquelle mit z. B. 12 Volt oder 24 Volt oder jede sonstige, im Stand der Technik bekannte Stromquelle.
Als elektrischer Verbraucher im Stromkreis können beliebige elektrische Motoren, Pumpen oder Lichtquellen verwendet werden, die auf die verwendete Stromquelle ausgelegt sind.
In der Aquarien- sowie der Zimmerbrunnen-Technologie ist es bekannt, einen Schalter in einem Stromkreis vorzusehen, der beim Absinken des Wasserpegels, z. B. in einem Aquarium oder in dem Becken eines Zimmerbrunnens, eine Pumpe aktiviert, mit der über eine Wasserleitung Wasser aus einem Wasseranschluss gefördert wird. Damit wird vermieden, dass beim Absinken des Wasserpegels unter einen unteren Grenzwert das Ansaugrohr einer Umwälzpumpe in einem Aquarium oder einer Förderpumpe in einem Zimmerspringbrunnen trocken fällt, so dass nur noch Luft angesaugt werden würde, was zu einem Heißlaufen bzw. einer Beschädigung der Pumpe führen könnte.
Dazu sind im Stand der Technik Schalter bekannt, die auf dem "Schwimmer"-Prinzip beruhen. Dabei ist ein Schwimmkörper, z. B. ein hohler Plastikball, in einem Gehäuse in der Höhe frei verlagerbar, wobei das Gehäuse in das Wasser, dessen Pegelstand überwacht wird, eingetaucht ist.
Sinkt z. B. aufgrund der natürlichen Verdunstung der Wasserpegel, und damit der an der Wasseroberfläche aufschwimmende Schwimmkörper, unter ein vorgeschriebenes Niveau ab, ist der Schalter derart ausgelegt, dass beispielsweise eine mechanische Unterbrechung eines elektrischen Schaltkreises herbeigeführt wird. Das bedeutet, dass der Schwimmkörper im abgesenkten Zustand eine Ansaugöffnung, z. B. der Umwälzpumpe, verschließt, und der dadurch entstehende Unterdruck in der Ansaugleitung zu einem selbsttätigen Abschalten der Pumpe führt. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, dass der Schwimmkörper selbst einen elektrischen Stromkreis öffnet oder schließt, was wiederum zu einem Abschalten der Pumpe führt.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass stets ein bewegliches Bauteil, nämlich der Schwimmkörper, vorhanden ist. Dieser kann z. B. durch Verschmutzungen in einer angehobenen Position oberhalb des Wasserpegels blockiert werden, so dass das Absinken des Pegels nicht registriert werden würde und die Pumpe beschädigt werden kann.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Schließen eines elektrischen Stromkreises ohne die Verwendung mechanischer Bauteile zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Verfahrensanspruch 1 sowie den nebengeordneten Vorrichtungsanspruch 4, insbesondere durch ihre kennzeichnenden Merkmale, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.
Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, dass ein elektrisch leitfähiges Fluid zum Betätigen des Schalters verwendet wird. Unter dem Begriff Fluid ist hierbei jedes flüssige oder gasförmige Medium, das elektrisch leitfähig ist, zu verstehen. Insbesondere wird vorgeschlagen, als Fluid Wasser zu verwenden. Dabei wird mit Hilfe des Fluids entweder eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt im Stromkreis hergestellt oder ein Übertragungsverhalten zwischen den Kontakten verändert.
Dazu ist vorzugsweise der erste Kontakt in Form eines Hohlkörpers, vorzugsweise einer Röhre, aus einem elektrisch leitfähigen Material, z. B. Metall, insbesondere Kupfer, hergestellt, und mit dem elektrischen Stromkreis verbunden. Im Inneren der Röhre ist der zweite Kontakt angeordnet. Wird das Innere der Röhre mit dem elektrisch leitfähigen Fluid zumindest teilweise gefüllt oder durchflutet, so stellt das Fluid, insbesondere das Wasser, eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den beiden Kontakten her und der Stromkreis ist geschlossen bzw. wird, wie im Folgenden beschrieben, die physikalische Eigenschaft des Schalters verändert.
Dabei kann, insbesondere bei einer vertikalen Anordnung der Röhre, mit dem darin vorgesehenen zweiten Kontakt der Wasserpegel, z. B. in dem Becken eines Zimmer-Springbrunnens oder in einem Aquarium, dadurch überwacht werden, dass das Absinken des Wasserpegels zu einer Veränderung des Wasserniveaus in der Röhre führt. Dazu ist selbige mindestens an einem ihrer Enden offen ausgebildet und derart im Wasserbecken angeordnet, dass das Absinken des Wasserpegels unter ein vorgeschriebenes Niveau dazu führt, dass der zweite Kontakt im Inneren der Röhre über dem Wasserpegel liegt, so dass die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den beiden Kontakten unterbrochen wird. Mit einer senkrecht ausgerichteten Röhre kann aber auch das sich ändernde Übertragungsverhalten, in Abhängigkeit vom Pegelstand außerhalb der Röhre registriert werden.
Die Röhre (Hohlkörper) ist dabei in einer solchen Höhe angeordnet, dass die Ansaugöffnung für eine Leitung, z. B. zu einer Umwälzpumpe, noch unterhalb des Wasserpegels liegt, an dem der durch die Röhre gebildete Schalter anspricht. Die Röhre kann aber auch horizontal oder in einer sonstigen schrägen Ausrichtung angeordnet sein.
Zur einfachen Ausgestaltung des Schalters ist der Stromkreis von einem elektrisch leitfähigen Kabel mit einem Kabelkern, z. B. einer Kupferlitze, gebildet. Zur Kontaktierung ist der Kabelkern mit der Röhre verbunden, vorzugsweise angelötet. Der zweite Kontakt wird durch ein frei liegendes Ende des Kabels bzw. der Kupferlitze gebildet, die im Inneren der Röhre angeordnet und gegen die Röhre selbst isoliert ist.
Zur genauen Registrierung des Pegelstandes des Fluids ist vorgeschlagen, dass an die Röhre bzw. den darin angeordneten zweiten Kontakt eine hochfrequente, elektrische Wechselspannung angelegt ist. Diese Wechselspannung, z. B. wenn sie an die Röhre angelegt ist, wird, entsprechend den elektromagnetischen Gesetzen, auf den innerhalb der Röhre angeordneten zweiten Kontakt übertragen, wobei die Frequenz der Spannung und/oder der Absolutbetrag durch die geometrischen Gegebenheiten der Röhre verändert werden kann. Dringt nun Wasser in das Innere des Schalters, z. B. bei einer vertikalen Anordnung der Röhre, so wird die übertragene Wechselspannung durch die andere Dielektrizitätskonstante des Wassers gegenüber Luft verändert. Das bedeutet, dass durch den vom Wasser im Inneren des Schalters eingenommenen Raum die übertragene Frequenz, bzw. deren absoluter Betrag, verändert wird. Die Ausstattung z. B. des zweiten Kontakts mit einer entsprechenden Elektronik zur Registrierung der Veränderung der Spannung bzw. Frequenz, ist dem Fachmann möglich.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass auch eine elektrisch gegen das Fluid isolierte Röhre eine Änderung des Fluidpegels registriert. Daher ist es möglich, mit einer gegen das Eindringen von Wasser abgedichteten Röhre den Fluidpegel außerhalb der Röhre durch die Änderung des Übertragungsverhaltens für hochfrequente Wechselspannung im Inneren der Röhre zu erfassen. Dies bietet den Vorteil, dass ein elektrischer Kurzschluss im Röhreninneren vermieden wird.
Die Ausstattung des Stromkreises, in dem der Schalter eingebaut ist, mit einer elektronischen Steuerung, insbesondere zur Vermeidung von Stromspitzen im Stromkreislauf, einer eventuell notwendigen Erdung, einer Wechselspannungsquelle, einer Vorrichtung zur Erfassung der übertragenen Spannung nach Frequenz und Absolutbetrag etc., ist dem Fachmann auf vielfältige Weise möglich. Dabei kann er auch ein Relais im Stromkreis vorsehen, das den eigentlichen Schaltvorgang des elektrischen Verbrauchers ansteuert, d. h. der Stromkreis wird durch das Fluid geöffnet oder geschlossen und dadurch das Relais aktiviert.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im nachfolgenden Beschreibungsteil anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Zimmer-Springbrunnen mit erfindungsgemäßem Schalter, und
Fig. 2 einen Schalter in schematischer Darstellung.
Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 handelt es sich um einen besonders bevorzugtes Einsatzbeispiel der Erfindung, es ist ein Zimmer-Springbrunnen mit einem Becken 9 gezeigt. Das Becken 9 ist mit Wasser gefüllt. Im Becken 9 ist eine elektrische Pumpe 4 mit einem Ansaugrohr 10 und einem Steigrohr 12 angeordnet. Mit der Pumpe 4 wird über das Ansaugrohr 10 Wasser angesaugt und durch das Steigrohr 12 nach oben gefördert, wobei es am oberen Ende des Steigrohrs 12 in einer Fontäne 11 austritt.
Falls aufgrund der natürlichen Verdunstung der Wasserpegel 8 derart weit absinken sollte, dass der elektrische Schalter in Form eines Kupferröhrchens 5 über die Wasseroberfläche ins Freie austritt, wird die durch das elektrisch leitfähige Wasser hergestellte Kontaktierung zwischen erstem Kontakt 1 und zweitem Kontakt 2 unterbrochen, bzw. das Übertragungsverhalten des Schalters verändert. Der erste Kontakt 1 ist dabei derart ausgebildet, dass die Litze 6 eines Kabels über eine Lötverbindung 14 mit dem Kupferröhrchen 5 kontaktiert ist. Im Inneren der Röhre 5 ist das abisolierte, freie Ende der Litze 6 als zweiter Kontakt 2 angeordnet. Des Weiteren ist in dem durch die Litze 6 gebildeten elektrischen Stromkreis eine Stromquelle 3 vorhanden, die entweder Gleich- oder Wechselstrom liefert, wobei die Pumpe 4 darauf abgestimmt ist.
Das untere, offene Ende des Ansaugrohrs 10 ist unterhalb des elektrischen Schalters angeordnet, so dass, wenn der Schalter betätigt wird, gewährleistet ist, dass noch keine Luft durch das Ansaugrohr 10 von der Pumpe 4 angesaugt wird.
In Fig. 2 ist eine vertikale Anordnung des Schalters abgebildet, der hier aus einem Kupferrohr 5 gebildet ist. Die elektrische Leitung ist zur Bildung des ersten Kontaktes 1 mit dem Rohr 5 verlötet 14.
Der zweite Kontakt 2 wird durch ein weiteres freies Ende der Leitung 6 gebildet, wobei der zweite Kontakt 2 im Inneren der Röhre 5 angeordnet ist. Der Schalter ist hier von einer Isolierung 7, z. B. einem Überzug aus einem flexiblen Kunststoffmaterial, wie einem Schrumpfschlauch, überzogen, um das Eindringen des elektrisch leitfähigen Fluids, insbesondere des Wassers, in den Schalter zu verhindern.
Zur Detektierung des Wasserpegels 8 wird in dem elektrischen Schalter, vorzugsweise an die Röhre 5, eine hochfrequente elektrische Wechselspannung angelegt, die entsprechend den elektromagnetischen Regeln auf den zweiten Kontakt 2 übertragen wird. Dabei hängt die Frequenz der übertragenen Spannung sowie deren Absolutbetrag von den geometrischen Abmessungen des Schalters ab. Steigt der Wasserpegel 8 außerhalb der Röhre 5 an, wobei die Röhre 5 mit der Isolierung 7 gegen das Wasser elektrisch Isoliert ist und das Wasser auch nicht ins Innere der Röhre 5 eindringt, so ändert sich dennoch das Übertragungsverhalten für hochfrequente Wechselspannung zwischen den beiden Kontakten 1, 2.
Damit ist es also ermöglicht, den Wasserpegel 8 zu überwachen, und beim Absinken unterhalb eines wählbaren Grenzwertes mit einer elektrischen Steuerung, die hier zur Vereinfachung der Darstellung nicht abgebildet ist, z. B. die Förderpumpe 4 eines Zimmerspringbrunnens oder eine Umwälzpumpe eines Aquariums abzuschalten. Dabei ist die Steuerung so ausgelegt, dass sie auf das durch den abgesunkenen Wasserpegel 8geänderte Übertragungsverhalten anspricht.
Mit dieser Steuerung, die vom Fachmann in verschiedensten Ausführungen ausgelegt werden kann, kann auch an die Röhre 5, bzw. den ersten Kontakt 1 eine hochfrequente Wechselspannung angelegt werden. Mit dieser Steuerung kann auch die Registrierung der auf den zweiten Kontakt 2 übertragenen Wechselspannung nach Frequenz und Absolutbetrag erfolgen.
In entsprechender Weise kann der elektrische Schalter auch in horizontaler Anordnung ausgerichtet sein, wobei das Steigen des Wassers außerhalb des Schalters ebenfalls zu einer Änderung des Übertragungsverhaltens für die hochfrequente Wechselspannung führt.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
Alle neuen in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen. Bezugszeichenliste 1 erster Kontakt
2 zweiter Kontakt
3 Stromquelle
4 Verbraucher
5 Röhre
6 Litze
7 Isolierung
8 Wasserpegel
9 Becken
10 Ansaugrohr
11 Fontäne
12 Steigrohr
13 Vorrichtung zur Erfassung der übertragenen Wechselspannung (Absolutbetrag, Frequenz o. a. Parameter)
14 Lötstelle

Claims

1. Verfahren zum Betätigen eines Schalters in einem elektrischen Stromkreis mit einem ersten (1) und einem zweiten (2) elektrischen Kontakt in einem elektrischen Stromkreis, mit einer Stromquelle (3) und mit einem elektrischen Verbraucher (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter mittels einem elektrisch leitfähigen Fluid betätigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Wasser ist.

3. Verfassung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten (1) und dem zweiten (2) elektrischen Kontakt eine hochfrequente Wechselspannung übertragen wird.

4. Schalter zum Schließen eines elektrischen Stromkreises mit einem ersten (1) und einem zweiten (2) elektrischen Kontakt in einem elektrischen Stromkreis, mit einer Stromquelle (3) und mit einem elektrischen Verbraucher (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter zwischen dem ersten (1) und dem zweiten (2) elektrischen Kontakt mittels einem elektrisch leitfähigen Fluid direkt oder indirekt betätigbar ist.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Wasser ist.

6. Schalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontakt (1) eine Röhre (5) aus Kupfer ist, in deren Innerem der zweiten Kontakt (2) angeordnet ist.

7. Schalter nach wenigstens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhre (5) horizontal oder vertikal ausgerichtet ist.

8. Schalter nach wenigstens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhre (5) nach Außen elektrisch isoliert ist.

9. Schalter nach wenigstens einem vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkreis von einem Kabel gebildet ist und insbesondere der Kabelkern (6) mit der Röhre (5) verlötet (14) ist.

10. Schalter nach wenigstens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Röhre (5) oder den zweiten Kontakt (2) eine hochfrequente Wechselspannung angelegt ist.

11. Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Kontakt (2) oder der Röhre (5) eine Vorrichtung (13) zur Erfassung der übertragenen Wechselspannung, insbesondere ihrer Frequenz und ihres Absolutbetrags, vorgesehen ist.

12. Schalter nach wenigstens einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhre (5) gegen das Eindringen des Fluids abgedichtet ist.

13. Verwendung eines Schalters nach mindestens einem der Patentansprüche 4 bis 12, bzw. eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter für ein Aquarium oder einem Zimmerspringbrunnen verwendet wird, um eine Pumpe zum Zuführen von Wasser zu aktivieren und/oder eine Umwälzpumpe oder eine Pumpe (4) zum Erzeugen einer Fontäne (11) zu deaktivieren.

14. Zimmerspringbrunnen mit einem Becken (9), einer Pumpe (4) zum Erzeugen einer Fontäne (11) und einem Schalter zum Abschalten der Pumpe (4), der die Pumpe (4) abschaltet, wenn ein Wasserpegel (8) ein vorgeschriebenes Niveau unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter zwischen einem ersten (1) und einem zweiten (2) elektrischen Kontakt mit einem elektrisch leitfähigen Fluid betätigbar ist.