DE3101057A1 - Elektrische schaltung zum mehrstufigen betrieb von heizwiderstaenden - Google Patents

Description

Elektrische Schaltung zum mehrstufigen Betrieb von Heizwiderständen.

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung zum mehrstufigen Betrieb von mindestens zwei parallel geschalteten Heizwiderständen, die getrennt über einen Schaltkontakt schaltbar sind und mit einem Spannungsabgriff an einem der Heizwiderstände zur Versorgung eines Niederspannungsgleichstrommotors über eine Diodenbrücke.

Solche Schaltungen sind bekannt und werden oft bei Haushaltsgeräten verwendet, zum Beispiel bei Haartrocknern, Luftbefeuchtern, Heizlüftern und dergleichen. Bei all diesen Geräten soll ein durch ein Motor geförderter Luftstrom erwärmt werden, wobei zwei unter schiedliche Heizstufen dadurch erreicht werden, daß der Heizwiderstand mit dem Spannungsabgriff allein oder gemeinsam mit dem zweiten Heizwiderstand betrieben wird. Der zweite Heizwiderstand kann allein nicht betrieben werden, weil dann der Motor ohne Stromversorgung wäre und somit keine Luft gefördert würde. Eine Überhitzung und Zerstörung des Gerätes wäre die Folge.

Beim normalen zweistufigen Betrieb besteht schon ein erheblicher Nachteil darin, daß die Drehzahl des Motors und damit die geförderte Luftmenge konstant und die austretende Luft mehr oder weniger stark erwärmt ist. Beim Stand der Technik ist es aber zur Vermeidung dieses Nachteils bekannt, die Versorgungsspannunij für den Niederspannungsgleichstrommotor zur Drehzahl veränderung je nach augenblicklicher Betriebsstufe zu verändern und damit

zu verändern und damit den geförderten Luftstrom der jeweiligen Heizleistung anzupassen. Realisiert wird dies durch einen zweiten Spannungsabgriff am ersten Heizwiderstand, auf den der Motor durch einen zusätzlichen Schaltkontakt entsprechend der Betriebsstufe umgeschaltet wird. Es ist auch schon möglich, den Motor mit einem Vorwiderstand zu versehen, der bei der geringen Heizstufe durch einen extra Schaltkontakt zugeschaltet wird. Bei beiden Lösungen ist der bauliche Schaltkontakt benötigt. Dieser zusätzliche Schaltkontakt muß auch noch zwangsläufig mit den Schaltkontakten für die Heizwiderstände betätigbar sein, damit keine fehlerhaften Betriebszustände geschaltet werden können.

Bei solchen Haushaltsgeräten besteht jedoch auch meist noch die Forderung nach einer dritten Betriebsstufe. Auch dies wurde beim Stand der Technik schon realisiert, indem die gesamte Wechselstromversorgung der Schaltung über eine Sperrdiode geführt wird, welche durch einen weiteren zusätzlichen Schaltkontakt überbrückbar und somit außer Funktion setzbar ist. Die elektrische Leistung des Gerätes kann dann durch die Sperrdiode zur Schaffung einer dritten Betriebsstufe halbiert werden, weil diese vom Wechselstrom jeweils nur eine Halbwelle durchläßt. Neben dem wiederum zusätzlichen Aufwand hat dies noch weitere gravierende technische Nachteile. Auch der Motor wird nämlich in dieser Betriebsstufe nur noch mit dem sehr stark pulsierenden Strom der durchgelassenen Halbwelle versorgt. Dies führt bei den verv/endeten Niederspannungsgleichstrommotoren zu erheblichem Verschleiß, der bisher nur wegen eines sonst noch wesentlich höheren Aufwandes dort in Kauf genommen wurde, wo diese Regelung überhaupt zulässig war.

Diese Regelung verursacht nämlich auch erhebliche Störungen im Stromversorgungsnetz, insbesondere wenn nennenswerte elektrische Leistungen erreicht werden. Solche nennenswerte elektrische Leistungen können auch bei sehr kleinen Geräten auftreten, wenn nur genügend davon in benachbarten Haushaltungen gleichzeitig betrieben werden, oftmals gleichen sich jedoch die Geräte aus, weil die Stecker rein zufällig mal so rum und mal anders herum in die Steckdose gesteckt werden. Dennoch bleibt eine statistische Abweichung vom völligen Ausgleich bestehen, und diese steigt mit der Zahl der Geräte. In manchen Ländern sind wegen der geschilderten Situation Geräte mit hohen Aufnahmeleistungen nicht erlaubt.

Die Geräte müssen außerdem mit hohem technischen Aufwand (Entstörkondensatoren) entstört werden. Eine solche Entstörung soll beim Anmeldungsgegenstand eingespart werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Schaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Leistung des Motors automatisch der jeweiligen Heizstufe angepaßt wird, ohne daß dazu ein extra Schaltkontakt erforderlich ist. Ein weiteres Ziel besteht darin, durch zwei Heizwiderstände mit nur je einem Schaltkontakt drei Betriebsstufen zu ermöglichen, wobei auch der Motor dreistufig arbeiten soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemnäß dadurch gelöst, daß am zweiten Heizwiderstand ein zweiter Spannungsabgriff an die Diodenbrücke angeschaltet ist. Damit wird der Niederspannungsgleichstrommotor jeweils entsprechend der Gesamtheizleistung des Gerätes

mit Arbeitsspannung versorgt, ohne daß dafür ein extra Schaltkontakt erforderlich wäre. Die Arbeitsspannung für den Motor ergibt sich aus dem Spannungsabfall an den beiden Heizwiderständen hinter den Spannungsabgriffen, wobei deren Gesamtwiderstand entsprechend dem 2. Kirchhoff'sehen Gesetz maßgebend ist. Dieser Spannungsabfall ist aber gemeinsam mit der Heizleistung des Gerätes vom gesamten jeweils vor den Spannungsabgriffen in Setrieb befindlichen Heizwiderstand abhängig, der allein von den beiden Schaltkontakten abhängig ist. Wird nur einer der Heizwiderstände eingeschaltet, so ist die Heizleistung und gleichzeitig auch der Spannungsabfall für den Motor gering. Werden beide Heizwiderstände eingeschaltet, so ist die Heizleistung groß und gleichzeitig auch der Spannungsabfall für den Motor groß. Die Versorgungsspannung für den Motor wird also der augenblicklichen Heizleistung des Gerätes, angepaßt, ohne daß dazu zusätzliche Schaltvorgänge oder dergleichen und ohne daß dazu Verschleiß oder zusätzlichen Aufwand bedingende Elemente in die Schaltung eingebaut werden müßten.

Im Gegensatz zum Stand der Technik ist es bei der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung sogar möglich, beide Heizwiderstände jeweils für sich allein zu betreiben, weil ja in jedem Fall eine Stromversorgung des Motors erfolgt. Deshalb kann man bei der erfindungsgemäßen Schaltung zur Lösung der weiteren Aufgabe die beiden Heizwiderstände unterschiedlich stark dimensionieren und erreicht damit direkt ohne zusätzliche Elemente eine dritte unterschiedliche Betriebsstufe.

Zwei Betriebsstufen ergeben sich jeweils bei alleiniger Verwendung der beiden Heizwiderstände, während die dritte Betriebsstufe sich bei gemeinsamer Verwendung beider Heizwiderstände ergibt. In allen drei Betriebsstufen ist aber der für den Motor maßgebliche Spannungsabfall direkt proporional zur Gesamtheizleistung des Gerätes, so daß unmittelbar eine konstante Luftaustrittstemperatur erreicht wird, weil die Drehzahl und damit die Förderleistung des Niederspannungsgi eichstrommotdors unmittelbar von dessen aus dem Spannungsabfall resultierenden Betriebsspannung abhängig ist.

Dabei ist besonders darauf hinzuweisen, daß in keinem der drei Fälle ein Halbwellenbetrieb vorliegt, wie dies beim Stand der Technik zur Erreichung einer dritten (auch schon einer zweiten) Betriebsstufe erforderlich war. Natürlich könnte man auch bei der erfindungsgemäßen Schaltung zusätzlich eine solche Sperrdiode vorschalten.

Man würde damit unter Inkaufnahme des Halbwellenbetriebes unmittelbar eine Verdoppelung auf sechs Betriebsstufen erreichen.

Zur Weiterbildung der Erfindung ist es baulich einfach, wenn die beiden Heizwiderstände aus je zwei in Reihe geschalteten Teil heizwiderständen bestehen, an deren elektrische Verbindung jeweils der Spannungsabgriff angeschaltet ist. Die Spannungsabgriffe brauchen dabei nicht aus den Heizwiderständen herausgeführt werden, sondern sind direkt beispielsweise auf einer Platine für die Schaltung verfügbar.

Eine wesentliche Reduzierung des baulichen Aufwandes wird noch dadurch erreicht, daß die beiden parallel zur Diodenbrücke vorgesehenen Teil heizwiderstände gemeinsam durch einen einzigen Heizdraht ausgebildet sind. Dies ist ohne Beeinträchtigung der Funktion möglich, weil diese beiden Teil heizwiderstände ohnehin

immer nur gemeinsam in Parallelschaltung betrieben werden. Die Anzahl der Elemente wird dadurch aber reduziert, so daß das Gerät damit billiger herstellbar ist.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Fortbildung der Erfindung.

In Fig. 1 sind zwei Klemmen 1,2 dargestellt, an v/elche eine Wechselspannung anlegbar ist. Von der Klemme 1 führt eine Leitung zu Schaltkontakten 3 und 4. Vom Schaltkontakt 3 ist eine Leitung über den Heizwiderstand, der aus zwei miteinander in Reihe verbundenen Teilheizwiderständen 5a und 6a besteht, zur Klemme 2 geführt. Ebenso ist vom Schaltkontakt 4 eine Leitung über einen zweiten Heizwiderstand, der aus Teilheizwiderständen 5b und 6b besteht, zur Klemme 2 geführt.

Zwischen den Teilheizwiderständen 5a und 5b, sowie zwischen den Teil heizwiderständen 6a und 6b ist jeweils ein Spannungsabgriff 7,8 vorgesehen, die gemeinsam mit einem Versorgungsanschluß einer Diodenbrücke 10 verbunden sind. Ein zweiter Versorgungsanschluß der Diodenbrücke 10 ist mit der Klemme 2 verbunden. An die Ausgangsanschlüsse der Diodenbrücke 10 ist ein Niederspannungsgleichstrommotor 11 angeschlossen.

Mit diesem Schaltungsaufbau ergibt sich folgende Funktion: Bei Betätigung des ersten Schaltkontaktes 3 fließt Strom von der Klemme 1 über den Teil heizwiderstand 5a und über die Teilheizwiderstände 5b und 6b zur Klemme 2. Zwischen den Spannungsabgriffen 7,8 und der Klemme 2 entsteht dabei ein an der Dioden-

brücke 10 anliegender Spannungsabfall, der als Versorgungsspannung für den Motor 11 maßgebend ist. Die Heizleistung des Gerätes ergibt sich dabei aus dem Widerstand der beiden parallel geschalteten Teil heizwiderstände 5b und 6b, entsprechend dem zweiten Kirchhoff'sehen Gesetz und dem in Reihe dazu angeordneten Teilheizwiderstand 5a. Der an der Diodenbrücke anliegende Spannungsabfall ist vom Verhältnis des zwischen 7,8 liegenden Teilheizwiderstandes 5a und dem gemeinsamen Widerstand der zwischen den Spannungsabgriffen 7,8 und der Klemme 2 liegenden Teil heizwiderstände 6a, 6b abhängig. Die Leistungsaufnahme des Motors 11 über die Diodenbrücke 10 kann bei dieser Betrachtung als vernachlässigbar klein angesehen werden. Insgesamt gesehen steht also der für die Versorgung des Motors Π maßgebliche Spannungsabfall in einem bestimmten Verhältnis zum durch den Schaltkontakt 3 eingeschalteten Gesamtwiderstand und damit zur augenblicklichen Heizleistung des Gerätes.

Wird nun für eine zweite Betriebsstufe zusätzlich der Schaltkontakt 4 geschlossen, so wird durch den parallel zum Teilheizwiderstand 5a angeordneten Teil heizwiderstand 6a der Gesamtwiderstand des Gerätes reduziert, wodurch dessen Heizleistung entsprechend steigt. Dabei wird jedoch auch der Spannungsabfall zwischen den Spannungsabgriffen 7,8 und der Klemme 2 größer, weil der dazwischen liegende Widerstand gleich bleibt, während der zwischen den Spannungsabgriffen 7,8 und der Klemme 1 liegende Widerstand durch das Zuschalten des Teil heizwiderstandes 6a reduziert wurde. Die Leistung des Motors Π durch eine entsprechend höhere Versorgungsspannung wird an die erhöhte Heizleistung des Gerätes direkt angepaßt, ohne daß dazu besondere Maßnahmen erforderlich wären.

Eine dritte Betriebsstufe mit unterschiedlicher Heizleistung wird geschaffen, wenn nur der Schaltkontakt 4 allein betätigt wird, und wenn die Teil hei zv/iderstände 5a und 6a unterschiedlich stark ausgelegt sind.Damit wird ein für die Heizleistung des Gerätes maßgeblicher dritter Gesanitheizwiderstand erreicht, an den sich aber auch wieder direkt automatisch der für den Motor Π entscheidende Spannungsabfall zwischen den Spannuangsabgriffen 7,8 und der Klemme 2 anpaßt, weil die Veränderung des Gesamtwiderstandes nur zwischen den Spannungsabgriffen 7,8 und der Klemme 1 vorgenommen wird.

Man erreicht also bei der erfindungsgemäßen Schaltung mit nur zv/ei Schaltkontakten 3,4 neben einer Ausstellung noch drei verschiedene Betriebsstufen unterschiedlicher Heizleistung, bei welchen die Drehzahl des Motors 11 und damit seine Luftförderleistung jeweils direkt der Heizleistung des Gerätes automatisch angepaßt wird. Damit kann ohne weiteres eine konstante Luftaustrittstemperatur erreicht werden. Wesentlich ist noch, daß der Motor 11 dabei stets im Vollwellenbetrieb geführt wird, wodurch eine hohe Lebensdauer gewährleistet ist und keine zusätzlichen Elemente zur Unterdrückung von Funkenstörungen erforderlich sind.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Darin sind alle zur Fig. 1 identischen Teile der Schaltung mit gleichen Bezugszahlen versehen und werden nachfolgend nicht nochmals erläutert. Der wesentliche Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besteht darin, daß die dortigen Teilheizwiderstände 5b und 6b durch einen einzigen Heizwiderstand 9 ersetzt wurden. Es ist somit im Gerät zwischen den Teil heizwiderständen 5a, 6a und 9 nur eine einzige elektrische Verbindung notwendig, die gleichzeitig auch den Spannungsabgriff für die Diodenbrücke 10 bildet.

Die Funktionsweise ist prinzipiell die gleiche wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1, weil ja auch dort die beiden Teilheizwiderstände 5b und 6b nur gemeinsam betrieben wurden. Es werden also auch wieder drei Detriebsstufen mit automatischer Anpassung der Motordrehzahl in Abhängigkeit der Stellungen der beiden Schaltkontakte 3,4 geschaffen. Je eine Betriebsstufe durch alleiniges Betätigen eines der Schaltkontakte 3 oder 4 und die dritte Betriebsstufe durch gemeinsames Betätigen beider Schaltkontakte 3,4. Im Gegensatz dazu konnten beim Stand der Technik die Schaltkontakte aber nicht wahlweise allein betätigt werden, weil der Motor nur über einen Leitungszv/eig versorgt wurde und deshalb der zugehörige Schaltkontakt stets zuerst geschlossen v/erden mußte.

Claims (4)

1. Schutzansprüche

   Elektrische Schaltung zum mehrstufigen Betrieb von mindestens zwei parallel geschalteten Heizwiderständen, die getrennt über je einem Spannungsabgriff an einem der Heizwiderstände zur Versorgung eines Niederspannungsgleichstrommotors über eine Diodenbrücke, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten Heizwiderstand (6a, 6b) ein zweiter Spannungsabgriff (7) vorgesehen ist, der parallel zum ersten Spannungsabgriff (8) an die Diodenbrücke (10) angeschaltet ist.
2. 2. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Heizwiderstände (5a, 6a) jeweils zumindest bis zu den Spannungsabgriffen (7, 8) verschieden stark dimensioniert sind.
3. 3. · Elektrische Schaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Heizwiderstände aus je zwei in Reihe geschalteten Teil heizwiderständen (5a und 5b, 6a und 6b) bestehen, an deren elektrische Verbindung jeweils der Spannungsabgriff (7, 8) angeschaltet ist.
4. 4. Elektrische Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden parallel zur Diodenbrücke angeordneten Teil heizwiderstände (5b, 6b) gemeinsam durch einen einzigen Heizdraht (9) ausgebildet sind.