DE3101057C2

DE3101057C2 - Elektrische Schaltung zum mehrstufigen Betrieb von Heizwiderständen

Info

Publication number: DE3101057C2
Application number: DE19813101057
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Phys. Dr. 6242 Kronberg Knoll; Walter Dipl.-Ing. Dr. 6374 Steinbach Panknin; Boris Ing.(grad.) 6078 Neu Isenburg Wonka
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 1981-01-15
Filing date: 1981-01-15
Publication date: 1985-05-09
Also published as: FR2498038A1; FR2498038B1; DE3101057A1; GB2091503A; GB2091503B

Abstract

Bei einer elektrischen Schaltung zum mehrstufigen Betrieb von mindestens zwei parallel geschalteten Heizwiderständen soll die Leistung des Motors automatisch der jeweiligen Heizstufe angepaßt sein, ohne daß hierzu ein besonderer Schaltkontakt erforderlich ist. Außerdem sollen die beiden Heizwiderstände mit nur einem Schaltkontakt drei Betriebsstufen ermöglichen, wobei der Motor dreistufig arbeiten soll. An zwei Heizwiderständen ist zu diesem Zweck ein zweiter Spannungsabgriff vorgesehen, der parallel zum ersten Spannungsabgriff an die Diodenbrücke angeschlossen ist.

Description

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

Solche Schaltungen sind allgemein bekannt und wei · den 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 unterschiedliche 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 heirieben 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. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es beispielsweise aus der US-PS 40 88 869 bekannt, die Versorgungsspannung für den Niederspannungsgleichstrommotor zur Drehzahlveränderung je nach augenblicklicher Betriebsstufe 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. Rs 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 weiteren Betriebsstufe. Dies kann beispielsweise gemäß der DE-OS 27 35 420 realisiert werden, 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 weiteren 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 verwendeten 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 Siromversorgungsnetz, 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. Auch sollen durch zwei Heizwiderstände mit nur je einem Schaltkontakt drei Betriebsstufen ermöglicht werden, wobei auch der Motor dreistufig arbeiten soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß 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. Kirchhoffschen Gesetz maßgebend ist. Dieser Spannungsabfall ist aber gemeinsam mit der Heizleistung des Gerätes vom gesamten jeweils vor den Spannungsabgriffen in Betrieb befindlichen Heizwiderstand

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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 bezüglich ihres ohmschen Widerstandes 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 Niederspannungsglcichstrommotori, 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 Teilheizwiderständen 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 baulischen Aufwandes wird noch dadurch erreicht, daß die beiden parallel zur Diodenbrücke vorgesehenen Teilheizwiderständc gemeinsam durch einen einzigen Heizdraht ausgebildet sind. Dies ist ohne Beeinträchtigung der Funktion möglich, weil diese beiden Teilheizwiderstände ohnehin immer nur gemeinsam in Parallelschaltung betrieben werden. Die Anzahl der Elemente wird dadurch aber reduziert, so daß das Gerät damit billiger herstellbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,

F i g. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel.

In Fig. I sind zwei Klemmen 1, 2 dargestellt, an welche 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 50 besteht, zur Klemme 2 geführt Ebenso ist vom Schaltkontakt 4 eine Leitung über einen zweiten Heizwiderstand, der aus Teilheizwiderständen 6a und 66 besteht zur Klemme 2 geführt
Zwischen den Teilheizwiderständen 5a und 5b, sowie

ίο zwischen den Teilheizwiderständen 6a und 66 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 Diodenstücke 10 ist ein Niederspannungsgleichstrommotor It angeschlossen.

Mit diesem Schaltungsaufbau ergibt sich folgende Funktion: Bei Betätigung des ersten Schaltkontaktes 3 fließt Strom von der Klemme 1 über den Teilheizwiderstand 5a und über die Teilheizwiders»? üde 5b und 6b zur Klemme 2. Zwischen den Spannungä&bgnffen 7, S und der Klemme 2 entsteht dabei ein an der Diodenbrücke 10 anliegender Spannungsabfall, der als Versorgungsspannung für den Motor 11 maßgebend ist Die Heizlei- stung de·:· Gerätes ergibt sich dabei aus dem Widerstand der beiden parallel geschalteten Teilheizwiderstände 56 und Sb, entsprechend dem zweiten Kirchhoffschen 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 Teilheizwiderstände 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 11 maßgebliche Spannungsabfall in einem bestimmten Verhältnis zum durch den Schaltkontakt 3 eingeschaltete ten Gesamtwiderstand und damit zur augenblicklichen HeLieistung des Gerätes.

Wird nun für eine zweite Betriebsstufe zusätzlich der Schaltkontakt 4 geschlossen, so wird durch den parallel zum Teilheizwiderstand 5a angeordneten Teilheizwiderstand 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,

so während der zwischen den Spannungsabgriffen 7,8 und der Klemme 1 liegende Widerstand durch das Zuschalten des Teilheizwiderstandes 6a reduziert wurde. Die Leistung des Motors 11 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 Teiiheizwiderstände 5a und 6a unterschiedlich in ihrem Widerstandswert 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 Mofor 11 entscheidende Spannungsab-

b5 fall zwischen den Spannungsabgriffen 7, 8 und der Klemme 2 anpaßt, weil die Veränderung des Gesamtwiderstandes nur zwischen den Spannungsabgriffen 7, 8 und der Klemme 1 vorgenommen wird.

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Man erreicht also bei der beschriebenen Schaltung mit nur zwei Schaltkontakten 3,4 neben einer Aus-Stellung 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 F i g. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt Darin sind alle zur F i g. 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 66 durch einen einzigen Heizwiderstand 9 ersetzt wurden. Es ist somit im Gerät zwischen den Teilheizwiderständen 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 Betriebsstufen 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 Leitungszweig versorgt wurde und deshalb der zugehörige Schaitkontakt stets zuerst geschlossen werden mußte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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so

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Claims

31 Ol Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltung zum mehrstufigen Betrieb von mindestens zwei parallel geschalteten Heizwiderständen, die getrennt über je einen Schaltkontakt schaltbar sind, wobei ein Spannungsabgriff an einem der Heizwiderstände zur Versorgung eines Niederspannungsgleichstrommotors über eine Diodenbrücke vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß am zweiten Heizwiderstand (6a, 6b) ein zweiter Spannungsabgriff (7) vorgesehen ist, der parallel zum ersten Spannungsabgriff (8) an die Diodenbrücke (10) angeschlossen ist

2. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Heizwiderstände (5a, 6a) jeweils zumindest bis zu den Spannungsabgriffen (7, 8) bezüglich ihres ohmschen Widerstandes unterscheiden.

3. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Heizwiderstände aus je zwei in Reihe geschalteten Teilheizwiderständen (5a und 56, 6a und 6b) bestehen, an deren elektrische Verbindung jeweils der Spannungsabgriff (7,8) angeschaltet ist

4. Elektrische Schaltung inch Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die beiden parallel zur Diodenbrücke angeordneten Teilheizwiderstände (5b, 6b) gemeinsam durch einen einzigen Heizwiderstand (9) ausgebildet sind.