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Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung der Vorrichtung nach
Patent 1271246, mit deren Hilfe ein Stromverbraucher, z. B. ein Kleinstmotor für
ein Rasiergerät, wahlweise an zwei unterschiedliche Netzspannungen dadurch anschließbar
ist, daß in Reihe zwischen dem Netz und dem Stromverbraucher die Parallelschaltung
eines Festwiderstandes und eines Widerstandes mit hohem positivem Temperaturkoeffizienten
(PTC-Widerstand) geschaltet ist, insbesondere derart, daß letzterer Widerstand beim
Anschluß an die höhere Netzspannung einen wesentlich geringeren Strom führt als
beim Anschluß an die kleinere Netzspannung. Die Bezeichnungen »Festwiderstand« und
»Widerstand mit hohem positivem Temperaturkoeffizient« gelten dabei wenigstens im
Spannungsbereich der erwähnten Netzspannungen.
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Es hat sich herausgestellt, daß der Lastwiderstand, also der Motor-Innenwiderstand,
merklich streuen kann, wodurch die Zuverlässigkeit der Vorrichtung merklich beeinträchtigt
wird. Ist die Vorrichtung so bemessen, daß sie für den einen Wert des Lastwiderstandes
eine zuverlässige Arbeitspunktumschaltung ermöglicht, wenn von der einen auf die
andere Netzspannung umgeschaltet wird, so kann es vorkommen, daß beim Anschalten
einer Last mit verhältnismäßig niedrigem Innenwiderstand an die kleinere Netzspannung
das Maximum in der 1-V-Kurve des PTC-Widerstandes überschritten und ein falscher
Arbeitspunkt erhalten wird. Bemißt man, um dieser Gefahr vorzubeugen, den PTC-Widerstand
aber so, daß das Maximum in seiner 1-V-Kurve verhältnismäßig hoch liegt, dann besteht
wiederum die Gefahr, daß beim Anlegen einer Last mit verhältnismäßig hohem Innenwiderstand
an die höhere Netzspannung dieses Maximum nicht überschritten und eine zu große
Spannung an der Last liegt.
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Gemäß der Erfindung sind diese Schwierigkeiten dadurch vermieden,
daß parallel zum Stromverbraucher ein spannungsabhängiger Widerstand mit einer im
Spannungsbereich zwischen den Werten der beiden Netzspannungen stark ansteigenden
Stromdurchlässigkeit angeordnet ist.
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Es ist an sich bekannt, in Reihe mit einem Verbraucher einen Eisenwiderstand
mit erheblichem positivem Temperaturkoeffizienten zu schalten, mittels dessen der
Strom durch den Verbraucher auf einen bestimmten Wert begrenzt wird. Ein derartiger
Widerstand wirkt demnach als Strombegrenzer und nicht als elektronischer Schalter.
Streuungen dieses Widerstandes sowie Änderungen der Temperatur haben einen erheblichen
Einfluß auf den Verbraucherstrom, was die Zuverlässigkeit der Vorrichtung beeinträchtigt.
Weil in der Vorrichtung gemäß der Erfindung ein erheblicher Stromanteil durch den
parallelgeschalteten Festwiderstand fließt, ist die Zuverlässigkeit der Vorrichtung
erheblich größer. Ein weiterer Unterschied gegenüber den Eisenwiderständen besteht
darin, daß die hier verwendeten PTC-Widerstände erst von einer bestimmten Temperatur
(z. B. 100° C) bzw. Leistung an einen hohen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen.
Unterhalb dieser Temperatur bis herunter zur Zimmertemperatur kann er als ohmscher
Widerstand betrachtet werden. Eisenwiderstände haben aber von vornherein einen positiven
Temperaturkoeffizienten.
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Es ist auch bekannt, zum Kompensieren von temperaturbedingten Stromschwankungen
eine Parallel-oder Reihenschaltung von Festwiderständen und Widerständen mit negativem
Temperaturkoeffizienten zu verwenden. Auch ist es bekannt, Netzspannungsschwankungen
durch das Parallelschalten eines Regelwiderstandes zu Glühlampen auszugleichen,
wobei die Parallelschaltung dann noch in Reihe mit einem Festwiderstand liegt. Diese
Schaltungsanordnungen sind jedoch nicht dazu geeignet, einen Verbraucher mit verschiedenen
Netzspannungen zu betreiben. Ebenso ungeeignet ist eine weitere bekannte Schutzschaltung
für Röhrenheizfäden, bei der ein Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten
parallel zu einem Festwiderstand mit den Heizfäden in Reihe geschaltet ist. Diese
Schaltung sichert zwar gegen die Überlastung bei Einschaltstromstößen; sie ist aber
für eine Spannungsumschaltung unbrauchbar.
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Schließlich ist es auch noch bekannt, spannungsabhängige Widerstände
als Stabilisatoren zu verwenden. Parallel zu einer Last geschaltet, dienen sie dabei
als Speisespannungsstabilisatoren, während sie in einer Reihenschaltung mit der
Last Belastungsschwankungen ausgleichen. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung
bewirkt der spannungsabhängige Widerstand aber mehr ein zuverlässiges Umschalten
des Arbeitspunktes des Widerstandes mit positivem Temperaturkoeffizienten. Der Dauerstrom
durch den spannungsabhängigen Widerstand ist in beiden Arbeitspunkten der Vorrichtung
klein in bezug auf den Strom durch die Last.» Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung
näher erläutert.
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F ig. 1 zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung; F i g. 2 zeigt
Stromspannungskennlinien zur Erläuterung der Vorrichtung nach F i g. 1.
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Die Vorrichtung nach F i g. 1 enthält eine Last, z. B. einen Kleinstmotor
für ein Rasiergerät, die wahlweise einer größeren Netzwechselspannung, z. B. 220
V, bzw. einer kleineren Netzwechselspannung, z. B. 110 V, anzuschließen ist. Zu
diesem Zweck wird gemäß dem Hauptpatent zwischen die Last 1 und die Netzspannungsquelle
2 die Parallelschaltung eines Festwiderstandes 3 und eines Widerstandes 4 mit hohem
positivem Temperaturkoeffizienten angeordnet. Der Widerstand 4 weist eine Strom-Spannungs-Charakteristik
1 gegen V auf, wie in F i g. 2 durch die Kurve 4' dargestellt. Die Strom-Spannungs-Charakteristik
der Parallelschaltung ist in F i g. 2 mit 3' + 4' bezeichnet.
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Die Schaltung ist so bemessen, daß die Parallelschaltung 3' + 4' bei
der niederen Netzspannung im Arbeitspunkt A, dagegen bei der höheren Netzspannung
im Arbeitspunkt B betrieben wird. Die Geraden 1' bzw. l" in F i g. 2 stellen die
durch die Last 1 gebildete Kennlinie dar. Die Last 1 hat z. B. einen Widerstand
von 2000 Ohm, der Widerstand 3 beträgt z. B. 3300 Ohm, und der Widerstand 4 hat
bei der niederen Netzspannung von 110 V einen Widerstandswert von 200 Ohm. Beim
Anschluß der Vorrichtung an der höheren Netzspannung (220 V) stellt sich ungefähr
der gleiche, dem Arbeitspunkt B entsprechende Strom ein. Im Arbeitspunkt B' des
Widerstandes 4 allein ist dieser dann bis zu einem höheren Wert als der Widerstand
3 angewachsen, und die Streuungen des diesen Widerstand 4 durchsetzenden Stromes
haben nur noch einen geringen Einfluß auf den Gesamtstrom durch die Last 1.
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Nach der Erfindung ist parallel zur Last 1 ein spannungsabhängiger
Widerstand 6 (VDR) geschaltet, dessen Stromdurchlässigkeit im Bereich zwischen
den
Werten der kleineren und der höheren Netzspannung stark zunimmt. Der PTC-Widerstand
4 ist weiter so bemessen, daß das Maximum in der 1-V-Charakteristik merklich
höher liegt als der Schnittpunkt A in F i g. 2. Seine Charakteristik ist durch die
Kurve 4 a und die Gesamtcharakteristik der Widerstände 3 und
4 durch die Kurve 3' + 4 a in F i g. 2 wiedergegeben. Eine
Last mit einem erheblich geringeren Innenwiderstand, als er der Geraden
1' in F i g. 2 entspricht, wird dann beim Anschalten der Vorrichtung an die
niedrigere Netzspannung niemals das Maximum in der Kurve 3' + 4 a überschreiten
können und somit zu einem richtigen Arbeitspunkt führen.
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Ist der Lastwiderstand aber größer, als wenn er mit der Geraden 1'
übereinstimmt, besteht ohne den Widerstand 6 die Gefahr, daß beim Anschalten
der Vorrichtung an die höhere Netzspannung die entsprechende Gerade 1" die Kurve
3' + 4 a in der Nähe des Strommaximums schneidet, so daß keine Umschaltung auf den
Arbeitspunkt B erfolgen würde. Dann würde die Spannung an den Widerständen 3,4 gering,
die an der Last folglich unzulässig groß sein.
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Letztgenannte Spannung ist so groß, daß beim Anschalten der Vorrichtung
der Widerstand 6 unmittelbar in einem Arbeitspunkt betrieben wird, wo seine
Stromdurchlässigkeit stark angestiegen ist. Sein entsprechender Widerstand beträgt
dann z. B. nur noch 1000 Ohm, und die 1-V-Charakteristik der Parallelschaltung
1, 6 wird dann z. B. der Kurve 1' + 6' in F i g. 2 entsprechen.
Der in der Vorrichtung fließende Strom steigt dann über das Maximum in der 1-V-Kurve
3' + 4 a hinaus, und dieser Strom wird den Widerstand 4 schnell
aufheizen, bis ein dem Punkt B ungefähr entsprechender Arbeitspunkt erreicht wird.
Dadurch nimmt aber der Spannungsfall an den Widerständen 3,4 so stark zu, daß die
Spannung an der Last 1 bzw. am Widerstand 6 wiederum auf den erforderlichen niedrigeren
Wert herabgesetzt wird. Der Widerstand 6 weist bei dieser Spannung aber wiederum
einen hohen Wert, z. B. einige 10 000 Ohm, auf, so daß er nur noch eine geringe
zusätzliche Strombelastung der Speisequelle herbeiführt.
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In der Praxis wurde der Widerstand 6 so in Verbindung mit oben
angegebener Bemessung der Schaltelemente 1, 3 und 4 gewählt, daß er bei 110 V einen
Wert von 27 500 Ohm, bei 220 V aber einen Wert von 1000 Ohm aufwies. Falls erwünscht,
kann noch ein weiterer Schutzwiderstand 5 vorgeschaltet werden, wie im Hauptpatent
beschrieben.