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Die vorliegende Anmeldung adressiert folgendes Szenario:
Ein Elternteil arbeitet beispielsweise an einer Bohrmaschine oder einem Mixer. Aus einem beliebigen Grund muss sie oder er seine Arbeit kurz unterbrechen, legt das Gerät ab und geht in einen anderen Raum oder dreht dem Gerät den Rücken zu. Dies nutzt der aufgeweckte, noch recht junge Nachwuchs, um Mama oder Papa nachzueifern, schaltet das Gerät an und kann von Glück sagen, wenn dies früh genug bemerkt wird, um Verletzungen zu vermeiden.
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Ähnliche Konstellationen ergeben sich beispielsweise bei der Betreuung von insbesondere dementen Senioren oder bei der Anwendung von Haartrocknern im Bad.
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Beim häuslichen Betrieb von elektrischen Arbeitsmaschinen wie Bohrmaschinen oder Sägen sowie von elektrischen Küchengeräten wie Mixern oder Brotschneidemaschinen ist in der Praxis nicht immer auszuschließen, dass Kinder unbeaufsichtigt ein mit dem Stromnetz verbundenes Gerät erreichen können. Setzen sie dieses in Betrieb, besteht teilweise erhebliche Verletzungsgefahr.
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Der Schutzschalter gemäß der vorliegenden Anmeldung dient daher dem Schutz vor solchen Verletzungen.
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Stand der Technik ist in manchen besonders verletzungsgefährlichen Haus- und Gartengeräten wie Brotschneidemaschinen, Winkelschleifern oder Heckenscheren ein mechanischer Schutz, der das Einschalten nur durch komplexe Bedienungsabläufe (beispielsweise das gleichzeitige Betätigen von zwei Schaltern) ermöglicht.
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Nachteilig ist hieran, dass ein solcher Schutz nicht vom Anwender nachrüstbar ist. Weiterhin nachteilig ist, dass ein solcher Schutz bei Arbeitsmaschinen, welche häufig an- und wieder ausgestellt werden (beispielsweise Handbohrmaschinen) den Arbeitsablauf behindern würde. Schließlich ist daran auch nachteilig, dass Kinder durch Beobachten der Tätigkeiten von Erwachsenen das Betätigen auch komplexer Einschaltvorgänge erlernen können.
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Stand der Technik sind weiterhin neben dem einfachen „Stecker ziehen“ der Einsatz von vor Ort oder per Fernbedienung schaltbaren Steckdosen als Einbausteckdose oder Zwischenstecker. Hiermit könnte die beschriebene Gefährdung sicher vermieden werden. Nachteilig ist daran jedoch, dass die Betreiberin oder der Betreiber des Gerätes proaktiv die Spannungsversorgung des Gerätes unterbrechen muss, was insbesondere bei unerwarteten Störungen leicht vergessen werden kann.
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Bekannt sind zunächst Funksteckdosen als Aufsatzgeräte, die mit einer Fernbedienung Ein und Aus geschaltet werden können.
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Ferner existieren Zeitschalter, bei welchem mit einer Drehbewegung ein variabler Countdown von bis zu 120 Minuten aktiviert werden kann. In dieser Zeit, bei der der Zeitschalt-Einsatz aktiv ist, kann ein angeschlossener Stromverbraucher benutzt werden.
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Wenn der Countdown beendet ist, wird die Stromzufuhr abgebrochen. Auch Zeitschaltuhren mit einer Countdown-Funktion beliebiger Dauer, beginnend von 1 Sekunde bis hin zu 23 Stunden, 59 Minuten und 59 Sekunden sind bekannt.
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Außerdem sind auch Entfernungsmelder-Funksysteme, bestehend aus zwei Geräten, bekannt. Den Sender trägt beispielsweise ein Kind am Handgelenk, der Empfänger bleibt bei der das Kind betreuenden Person. Entfernen sich Sender und Empfänger mehr als eine festgelegte Distanz (z.B. 15 Meter) voneinander, erfolgt ein akustisches Signal an Sender und Empfänger.
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Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, Elektrogeräte, insbesondere handgeführte Elektrogeräte, für die Bedienbarkeit durch Unbefugte, insbesondere durch Kinder, zu sperren und gleichzeitig einen ungehinderten Betrieb durch den eigentlichen Nutzer zu gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Schutzschalter zur Unterbrechung eines über eine elektrische Leitung fließenden Stroms zum Schutz gegen unbeabsichtigte Betätigung eines mit dem Strom betriebenen Geräts angegeben. Der Schutzschalter kann einen aktivierten Zustand, in dem der Stromfluss unterbrochen ist, und einen deaktivierten Zustand, in dem ein Stromfluss zu dem strombetriebenen Gerät zugelassen wird, einnehmen. Im Grundzustand liegt der aktivierte Zustand vor. Der Schutzschalter umfasst folgende Elemente:
- – eine Bedieneinheit, durch deren proaktive Betätigung durch einen Benutzer der Schutzschalter in den deaktivierten Zustand versetzt werden kann,
- – eine Prüfeinheit, die nach Betätigung der Bedieneinheit die Einnahme des deaktivierten Zustands nur dann zulässt, wenn im deaktivierten Zustand direkt nach Betätigung der Bedieneinheit kein Stromfluss zu dem strombetriebenen Gerät erfolgt oder der Stromfluss zu dem strombetriebenen Gerät einen vorbestimmbaren Schwellwert nicht überschreitet,
- – eine Triggereinheit, die nachdem der Schutzschalter in den deaktivierten Zustand gebracht wurde, einen Countdown mit einem vorbestimmbaren Zeitintervall startet, wobei die Triggereinheit nach Ablauf des Countdowns den Schutzschalter in den aktivierten Zustand versetzt oder versetzen kann, sofern kein Stromfluss zu dem strombetriebenen Gerät erfolgt oder der Stromfluss zu dem strombetriebenen Gerät einen vorbestimmbaren Schwellwert nicht überschreitet, oder nach dessen Ablauf der Countdown von neuem startet, sofern ein Stromfluss zu dem strombetriebenen Gerät erfolgt oder der Stromfluss zu dem strombetriebenen Gerät einen vorbestimmbaren Schwellwert überschreitet.
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Die vorgeschlagene Lösung kombiniert erstmals die Funktionen einer Zeitschaltuhr mit der Funktion einer Betriebskontrolle des bedienten Gerätes zur Erzeugung eines Bedienungsschutzes. Der Anwender kann daher ein beliebiges netzbetriebenes elektrisches Gerät an der Sicherheitseinrichtung bedienen, ohne nennenswert in den Arbeitsabläufen behindert zu werden. Bei Nichtbenutzung schaltet die Sicherheitseinrichtung zeitgesteuert und/oder distanzgesteuert in den sicheren Zustand, so dass eine Inbetriebnahme durch nicht autorisierte Personen, insbesondere Kinder, verhindert wird. Unfälle durch „vergessen, den Netzstecker zu ziehen“ werden hiermit vermieden.
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Speziell bei der Anwendung durch Kinder kann es geschehen, dass ein Haartrockner oder dergleichen im Bad oder anderen Nassbereichen abgelegt wird, ohne dass er vom Strom getrennt wurde. Nachfolgend ist es leicht möglich, dass der Haartrockner Spritzwasser ausgesetzt wird oder sogar in ein mit Wasser gefülltes Gefäß, beispielsweise eine Badewanne, fällt, in der sich dann im schlimmsten Fall auch noch ein Mensch befindet.
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Im Allgemeinen wird dann der Sicherungsautomat und/oder – sofern vorhanden – der Fehlerstromschalter (FI-Schalter) auslösen. Dies geschieht jedoch erst nach einer gewissen Reaktionszeit, die ausreichen kann, dass durch den erfolgten elektrischen Schlag eine unbedachte Bewegung erfolgt, die beispielsweise zum Sturz mit Sekundärfolgen führt.
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Selbst ohne direkte Sekundärunfälle führt das Anspringen von Sicherungsautomat und/oder FI-Schalter zum Ausfall der Beleuchtung, die dann im Schaltschrank, der sich unter Umständen im gemeinschaftlich genutzten Hausflur befindet, wieder eingeschaltet werden kann. Dies ist im besten Fall unangenehm, es kann jedoch auch hier zu Sekundärunfällen z. B. durch Stürze im Dunkeln kommen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend noch näher beschrieben: Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung (vorstehend auch Schutzschalter genannt) besitzt eine Stromversorgung und eine Anschlussmöglichkeit für die Stromversorgung einer Arbeitsmaschine.
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Es ergibt sich folgendes Funktionsprinzip (vergleiche auch 1):
Zunächst wird die Schutzeinrichtung (sofern es sich nicht um ein Einbaugerät handelt) an eine Stromversorgung angeschlossen. Die Arbeitsmaschine wird mit ihrer Stromversorgung an die Schutzeinrichtung angeschlossen.
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Im Ausgangszustand ist die Schutzschaltung »aktiviert«, worunter verstanden wird, dass die Schutzeinrichtung keine Ausgangsspannung aufweist.
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Nun wird die Schutzschaltung manuell deaktiviert. Zunächst wird überprüft, ob ein sekundärseitiger Stromverbrauch vorliegt, ob also das Arbeitsgerät bereits angeschaltet ist.
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Ist dies der Fall, so ertönt ein Warnsignal, und die Schutzschaltung wird aktiviert bzw. bleibt aktiviert. Hiermit kann insbesondere verhindert werden, dass sich die Arbeitsmaschine »ferngesteuert« einschalten lässt.
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Liegt kein sekundärer Stromverbrauch an, so wird ein Countdown gestartet. Während dieser Countdown läuft, ist der Stromkreis der Arbeitsmaschine freigegeben, und sie kann in Betrieb genommen werden.
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Der Countdown wird durch den Betrieb der Arbeitsmaschine immer wieder neu gestartet, bzw. läuft erst gar nicht an. Er ist auch durch die manuelle Deaktivierung nachtriggerbar.
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Durch manuelle Aktivierung oder durch Ablaufen des Countdowns wird die Schutzschaltung erneut aktiviert und die Stromzufuhr der Arbeitsmaschine unterbrochen.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Schutzeinrichtung mit einem ersten Entfernungssensor betrieben. Hierbei ist die Schutzeinrichtung mit einem Empfänger ausgestattet, der Betreiber der Arbeitsmaschine trägt einen mobilen Sender bei sich. In Erweiterung des unter 0 beschriebenen Ablaufes kann nun die Aktivierung der Schutzschaltung auch dadurch erfolgen, dass beispielsweise die Signalstärke des Senders am Empfänger einen voreingestellten Grenzwert unterschreitet bzw. das Schutzaggregat eine Entfernung zwischen Sender und Empfänger detektiert, welche einen voreingestellten Grenzwert überschreitet.
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Alternativ kann die Entfernungsmessung auch zum Hauptmessprinzip verwendet werden (vergleiche auch 2):
Alternativ oder zusätzlich zum ersten Entfernungssensor kann ein zweiter Entfernungssensor enthalten sein, der mit einem, insbesondere von einer vor Unfällen mit dem strombetriebenen Gerät zu schützenden Person (beispielsweise einem Kind), tragbaren zweiten Entfernungsanzeiger nach Art eines Sender/Empfänger-Paares wechselwirkt, wobei der Schutzschalter in den aktivierten Zustand versetzt wird, sofern der zweite Entfernungssensor detektiert, dass sich der zweite Entfernungsanzeiger in einen vorbestimmbaren Abstandsbereich vom zweiten Entfernungsdetektor befindet.
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Zunächst wird die Schutzeinrichtung (sofern es sich nicht um ein Einbaugerät handelt) an eine Stromversorgung angeschlossen. Die Arbeitsmaschine wird mit ihrer Stromversorgung an die Schutzeinrichtung angeschlossen.
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Im Ausgangszustand ist die Schutzschaltung »aktiviert«, worunter verstanden wird, dass die Schutzeinrichtung keine Ausgangsspannung aufweist.
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Nun wird die Schutzschaltung manuell deaktiviert. Zunächst wird überprüft, ob ein sekundärseitiger Stromverbrauch vorliegt, ob also das Arbeitsgerät bereits angeschaltet ist.
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Ist dies der Fall, so ertönt ein Warnsignal, und die Schutzschaltung wird aktiviert bzw. bleibt aktiviert. Hiermit kann insbesondere verhindert werden, dass sich die Arbeitsmaschine »ferngesteuert« einschalten lässt.
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Liegt kein sekundärer Stromverbrauch an, so fährt die Schutzeinrichtung mit der Deaktivierungsroutine fort.
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Die Entfernung zwischen Sender und Empfänger wird kontinuierlich nach bestimmten Zeitintervallen überprüft, insbesondere solange kein sekundärer Stromverbrauch anliegt. . Die Zeitintervalle können auch so kurz sein, dass gewissermaßen ein quasikontinuierlicher Betrieb erfolgt.
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Wird der Entfernungsgrenzwert überschritten, so wird die Schutzschaltung aktiviert und wartet erneut auf die manuelle Deaktivierung.
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Wird der Entfernungsgrenzwert nicht überschritten, so wird der Stromkreis der Arbeitsmaschine freigegeben, und sie kann in Betrieb genommen werden.
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Nach Außerbetriebnahme der Arbeitsmaschine springt das System zurück zur Überprüfung des Entfernungsgrenzwertes.
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Durch manuelle Aktivierung wird die Schutzschaltung aktiviert und die Stromzufuhr der Arbeitsmaschine unterbrochen; die Schutzschaltung wartet dann erneut auf die manuelle Deaktivierung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können Arbeitsmaschine und Schutzschalter mit einer mechanischen Verriegelung versehen sein. Diese wird wiederum optional so ausgeführt, dass sie nur durch eine komplexe Bedienung (»Kindersicherung«) oder mit einem Standardwerkzeug oder aber einem Spezialwerkzeug oder einem Schlüssel geöffnet werden kann. Hierdurch wird verhindert, dass die Schutzeinrichtung einfach durch »Ausstöpseln des Arbeitsgerätes und Einstöpseln in eine normale Steckdose« überbrückt werden kann.
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Die manuelle Deaktivierung und/oder Aktivierung der Schutzschaltung kann im einfachsten Fall nur direkt an der Schutzeinrichtung vorgenommen werden. Dies würde beispielsweise über eingebaute mechanisch betätigte Taster oder magnetisch betätigte Reedschalter erfolgen. Vorzugsweise ist alternativ oder zusätzlich die Deaktivierung und/oder Aktivierung über eine Fernsteuerung, beispielsweise über Funk, Infrarot oder sogar über eine App für einen Smartphone mittels W-LAN oder Bluetooth möglich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Schutzeinrichtung ausgeführt werden als:
- – Einbausteckdose für unter oder auf Putz mit eigener Schutzschaltung,
- – Einbausteckdose, , gesteuert durch eine zwischen Netzzuleitung und Steckdose geschaltete Schutzschaltung als Nachrüstsatz,
- – Einbausteckdose, gesteuert durch eine Hauselektronik, welche die Schutzschaltungsfunktion beinhaltet,
- – Zwischenstecker, Verlängerungskabel oder Mehrfachsteckdose mit eingebauter Schutzschaltung.
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Die Realisierung als Einbausteckdose (6) bietet sich vor allem an Küchenarbeitsplätzen oder in Badezimmern an, in denen Steckdosen schon rein geometrisch außerhalb des Zugriffsbereiches kleiner Kinder liegen, während die daran betriebenen Küchengeräte oder im Bad betriebenen Geräte wie Haartrockner häufig auch für Kinder gut erreichbar abgestellt sind (vergleiche 3). Hier kann meist auch auf eine Fernsteuerung zur Deaktivierung verzichtet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Countdownzeit der Schutzschaltung entweder fest voreingestellt oder aber individuell durch den Anwender einstellbar ausgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Aktivierung und/oder Deaktivierung der Schutzschaltung mit einem optischen oder akustischen Signal verbunden sein. Bevorzugt zeigt die Schutzeinrichtung nach Inbetriebnahme zumindest optisch an, ob die Schutzschaltung aktiviert oder deaktiviert ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform Ausführungsvariante weist die Schutzschaltung die Form eines Zwischensteckers auf. Die Schutzeinrichtung wird primärseitig dabei über Steckkontakte mit dem Hausnetz verbunden und somit mit Strom versorgt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt die als Unterputzmodul vor. Die Schutzeinrichtung (2) wird primärseitig dabei direkt mit der Netzzuleitung mit dem Hausnetz verbunden und somit mit Strom versorgt. 4 zeigt eine Prinzipskizze der Schutzeinrichtung (4). Das Modul wird in der Unterputzdose in der Wand zwischen Steckdose (2) und der unter Putz verlegten Leitung (3) angeschlossen. Vorstellbar ist auch, dass der Steckdoseneinsatz und die Schutzeinrichtung aus einer Einheit (4 + 2) entwickelt wird, die man bei Neuinstallationen vorsehen kann.
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5 zeigt eine detailliere Abbildung: Ein Netzteil (2.1) in der Schutzeinrichtung (2) versorgt den Microcontroller und Sensorik mit nötiger Spannung. Die manuelle Aktivierung und Deaktivierung erfolgt über eingebaute Taster oder durch kabellose Verbindungen wie Funk (3.2), Near field communication (NFC) Transponder (3.1), Reedkontakte, etc. Durch die weite Verbreitung von Smartphone kann auch die Schutzeinrichtung über eine APP durch eine WLAN(3.4) oder Bluetooth(3.5)-Verbindung ermöglicht werden.
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Die Programmabläufe, wie in 1 und 2 dargestellt, werden in einem Microcontroller (2.2) verarbeitet. Ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung eines Microcontrollers ist, dass dieser über die Programmier/- und Kommunikationsschnittstelle (2.5) an eine bestehende Gebäudeleittechnik verbunden werden kann. Hierüber können beispielsweise Einstellungen wie Schaltzeiten, Stromschwellen, etc. vorgenommen werden. Die Verbindung hierzu kann sowohl kabellos über W-LAN oder Kabelgebunden über ein Bus- oder Netzwerkkabel erfolgen. Um ein sicheres Trennen der Steckdose (4) bzw. letztendlich des angeschlossenen Verbrauchers vom Netz zu ermöglichen, kann ein Netzrelais (2.4) mit idealerweise zwei Kontakten zum allpoligen Abschalten verwendet werden.
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Die Messung des sekundären Stromverbrauchs für die Nachtriggerung der Abschaltzeit kann über einen Stromsensor (2.3) (z. B. einen Hallsensor) erfolgen.
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Die Feststellung im Einschaltmoment, ob ein Gerät grundsätzlich eingeschaltet ist, kann auch durch einen Stromsensor erfolgen. Allerdings muss hierfür kurz die Schutzeinrichtung deaktiviert werden. Falls in diesem kurzen Moment ein Stromfluss gemessen wird, ist dies ein Zeichen für ein eingeschaltetes Gerät. Die Schutzeinrichtung wird wieder aktiviert. Nachteilig ist bei dieser Variante, dass dieses kurze Einschalten schon zu einer Gefährdung führen kann. Um dies zu vermeiden kann eine indirekte Widerstandmessung (2.3) sinnvoll sein. Hierfür wird bei aktivierter Schutzeinrichtung mit Kleinspannung der Widerstand gemessen werden und hierüber die Entscheidung herbeigeholt, ob aktiviert oder deaktiviert werden soll.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform lässt sich die beschriebene Funktionalität sich durch eine Softwarelösung innerhalb einer Hauselektriksteuerung realisieren. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass die für die Steuerung relevanten Signale der individuellen Steckdose an die Steuerungseinheit übermittelt werden, ohne dass dies den Betrieb der anderen Steckdosen und sonstigen Verbraucher negativ beeinflusst. Dies kann beispielsweise geschehen, indem hinter jede zu schützenden Steckdose lokal ein eigener Sensor mit Signalwandler geschaltet wird, der en steckdosenspezifisches Signal an die Steuerung sendet.
