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Elektrisches Kleingerät Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kleingerät
mit einem an einem Wechselstromnetz betreibbaren elektromotorischen Antrieb, vorzugsweise
einem Schwingankermotor, wobei eine Einstelleinrichtung zur Anpassung an unterschiedliche
Versorgungsspannungen vorgesehen ist.
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Bei solchen Kleingeräten erfolgt die Umschaltung auf unterschiedliche
Wechselstromversorgungsspannungen in der Regel mittels einer mechanischen Umschaltvorrichtung
durch wahlweises Reihen- oder Parallelschaltungen von zwei Arbeitswicklungen. Bei
solchen Geräten ist es somit erforderlich, daß der Benutzer entsprechend dem gerade
vorhandenen Versorgungsnetz die richtige Spannungseinstellung am Gerät vornimmt.
Wird ein solches Gerät in Parallelschaltung der Arbeitswicklungen an einer für die
Reihenschaltung passenden Betriebsspannung betrieben, so kann bereits nach kurzer
Zeit die Spulenwicklung durch Oberhitzung beschädigt oder unbrauchbar werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, daß Kleingeräte der eingangs
erwähnten Art ohne vom Benutzer umgeschaltet werden zu müssen und ohne Beschädigungsgefahr
an unterschiedlichen Spannungen betrieben werden können, wobei auch zwischen einem
Maximal-und einem Minimalwert liegende Spannungswerte praktisch keinen Einfluß auf
das Betriebsverhalten des Gerätes haben- sollen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen,
daß die Einstelleinrichtung einen mit dem Antrieb in Reihe geschalteten elektronischen
Schalter aufweist, der mit einer Ansteuerschaltung in Steuerverbindung steht, wobei
zur Stromversorgung der Ansteuerschaltung ein Transformator vorgesehen ist.
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Es sind zwar bereits elektronische Steuerschaltungen bekannt, die
mit Phasenanschnitt- oder Schaltregler-IC's arbeiten. Deren maximale Betriebsspannung
liegt jedoch bei einem Bruchteil der zur Versorgung des Antriebes dienenden Wechselspannung.
Zwar kann über einen entsprechend dimensionierten Vorwiderstand die Betriebsspannung
von z.B. 10 Volt erreicht werden, jedoch tritt an diesem Vorwiderstand eine erhebliche
Verlustleistung mit entsprechender Erwärmung auf und außerdem ist ein vergleichsweise
großes Bauvolumen erforderlich. Gerade bei Kleingeräten ergeben sich dadurch Probleme
mit der Unterbringung eines solchen Vorwiderstandes. Auch die Verwendung eines Kondensators
als Vorwiderstand ergibt wegen des noch größeren Bauvolumens vergleichbare Probleme.
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Die erfindungsgemäße Lösung mit einer transformatorischen Kopplung
bzw. einem Transformator ermöglich eine Spannungsumsetzung bei wesentlich geringerer
Verlustleistung. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, daß als Primärwicklung des Transformators die Arbeitswicklung des elektromotorischen
Antriebes dient, und daß zur Stromversorgung der Ansteuerschaltung in der Startphase
eine Hilfsspannung vorgesehen ist.
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Durch die Mitverwendung einer vorhandenen Arbeitswicklung als Primärwicklung
ergibt sich ein besonders geringer Aufwand und auch ein sehr geringes Bauvolumen,
da die Sekundärwicklung mit ihrer geringen Windungszahl ein vernachlässigbares Bauvolumen
darstellt. Da beim Einschalten, wegen des noch sperrenden Halbleiterschalters, noch
keine Spannung in der Sekundärwicklung induziert wird, erfolgt kurzzeitig die Versorgung
der Ansteuerschaltung über eine Hilfsspannung.
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Zweckmäßigerweise ist für die Hilfsspannung ein an die Netzspannung
angeschlossener Vorwiderstand vorgesehen, der vorzugsweise zwischen der Arbeitswicklung
uns dem elektronischen Schalter angeschlossen ist. Da dieser Vorwiderstand jedoch
nur im Anlaufmoment wirksam sein muß, kann er von seiner Belastbarkeit und damit
in seinem Bauvolumen wesentlich kleiner gehalten werden. Nach dem ersten Ansteuern
des elektronischen Schalters durch die Ansteuerschaltung übernimmt dann die Sekundärwicklung
die Stromversorgung der Ansteuerschaltung. Durch das Anschließen des Vorwiderstandes
zwischen der Arbeitswicklung und dem elektronischen Schalter, dient die Arbeitswicklung
gleichzeitig noch als Vorwiderstand, so daß dadurch insbesondere die Dauerverlustleistung
an dem Vorwiderstand erheblich reduziert werden kann.
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Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen
aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand
der Zeichnung noch näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines elektromotorischen Antriebes
mit Steuereinrichtung, Fig. 2 ein Schaltbild eines elektromotorischen Antriebes
mit Steuereinrichtung und Fig. 3 ein gegenüber Fig. 2 etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel
einer Schaltung.
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In dem Blockschaltbild gem. Fig. 1 sind von einem elektrischen Kleingerät,
beispielsweise einem Rasierapparat, durch den Block 1 der elektromotorische Antrieb
mit seinen Antriebswicklungen 2 dargestellt.
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Der Antrieb ist insbesondere durch einen Schwingankermotor gebildet.
In Reihe mit dem Antrieb ist ein elektronischer Halbleiterschalter 3 geschaltet.
Die Reihenschaltung aus Antriebswicklungen und Halbleiterschalter ist an das Versorgungsnetz
mit den Klemmen 4 und 5 angeschlossen. In dem Block 6 befindet sich eine an sich
bekannte Ansteuerschaltung, insbesondere mit einem Phasenanschnitt-Steuerbaustein
7. Dieser steht in Steuerverbindung mit dem Halbleiterschalter 3. Mit Hilfe des
Phasenanschnittsteuerbausteines 7 kann der Phasenanschnittwinkel des insbesondere
durch einen Triac 8 gebildeten Halbleiterschalters 3 in Anpassung an unterschiedliche
Netz spannungen verändert werden. Dabei wird mit steigender Netzspannung der Phasenanschnittwinkel
vergrößert.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die Schaltung im Bereich
des Blockes 1 und 3 (Fig. 1) detaillierter wiedergegeben. Dabei ist erkennbar, daß
bei der Antriebswick-.
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lung 2 zwei Teilwicklungen 2a und 2b parallel geschaltet sind. Diese
Wicklungen sind so dimensioniert, daß sie bei der kleinsten an den Klemmen 4 und
5 anzuschließenden Wechselspannung, direkt an dieser betrieben werden könnten.
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In Reihe mit der'Wicklung 2 ist der Triac 8 geschaltet, der eine Steuerverbindung
9 zu dem Block 6 mit dem Phasenanschnittsteuerbaustein 7 aufweist.
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Die für den Phasenanschnittsteuerbaustein 7 notwendige Versorgungsspannung
in Höhe von etwa 10 - 15 Volt wird bei den Anschlüssen 10 und 11 zugeführt. Zur
Glättung ist über diese Anschlüsse 10 und 11 ein Kondensator C geschaltet.
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Erfindungsgemäß ist für die Stromversorgung der Ansteuerschaltung
ein Transformator 12 vorgesehen, dessen Primärwicklung durch die Teilwicklung 2a
der Arbeitswicklung 2 gebildet ist. Die Sekundärwicklung 13 ist mit einem Ende an
die Wechselstromklemme 5 bzw. den Anschluß 11 der Ansteuerschaltung angeschlossen,
während das andere Ende über eine Diode D 2 zur Gleichrichtung, an den Anschluß
10 der Ansteuerschaltung angeschlossen ist. Durch die Mitverwendung
der
Antriebswicklung als Primärwicklung für den Transformator 12 ergibt sich insgesamt
ein nur sehr geringer Platzbedarf. Außerdem tritt praktisch keine zusätzliche Erwärmung
auf.
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Wird das Gerät durch Schließen des Schalters 14 eingeschaltet, so
ist der im Arbeitsstromkreis liegende Triac noch gesperrt, so daß keine Spannung
in der Sekundärwicklung 13 induziert wird. In dieser Phase erfolgt die Stromversorgung
der Ansteuerschaltung 6 über eine Hilfsspannung, die über einen Vorwiderstand R
1 aus der Netzspannung gewonnen wird. Da über diesen Widerstand R 1 jedoch nur eine
sehr kurzzeitige Versorgung der Ansteuerschaltung 6 erfolgen muß, kann er hinsichtlich
seiner Belastbarkeit sehr klein ausgelegt werden. Über den Widerstand R 1 und die
Diode D 1 erfolgt die Versorgung der Ansteuerschaltung solange, bis die Spannung
am Ladekondensator C den für den sicheren Betrieb des Phasenanschnittsteuerbausteines
7 notwendigen Wert erreicht hat und der Steuerbaustein dann über die Steuerverbindung
9 einen Steuerimpuls an den Triac 8 liefern kann. Dadurch wird der Triac 8 leitend
und es fließt durch die Antriebswicklung 2 ein Strom, so daß dann in der Sekundärwicklung
13 eine Spannung induziert wird. Diese Spannung dient dann nach Gleichrichtung durch
die Diode D 2 zur Versorgung der Ansteuerschaltung 6.
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Der Widerstand R 1 könnte in Abweichung zu der in Fig. 2 gezeigten
Schaltung direkt an die mit A bezeichnete Seite der Antriebswicklung 2 geschaltet
sein. Im Ausführungsbeispiel ist er jedoch zwischen der Arbeitswicklung 2 und dem
Triac 8 angeschlossen. Dadurch hat man den Vorteil, daß die Antriebswicklung 2 gleichzeitig
noch als Vorwiderstand mit verwendet wird. Insbesondere kann dadurch die Dauerverlustleistung
des Vorwiderstandes R 1 so weit reduziert werden, daß nur noch eine sehr geringe
Baugröße für diesen Widerstand erforderlich ist. Für Rasierapparate mit Schwingankerantrieb
hat es sich gezeigt, daß
für den Widerstand R 1 eine Belastbarkeit
von 0,15 Watt ausreicht. Bei Verwendung eines Vorwiderstandes zur Dauerstromversorgung
der Ansteuerschaltung 6 müßte für den dann vorgesehenen Vorwiderstand eine Belastbarkeit
von etwa 4 Watt gewählt werden.
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Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Stromversorgung für die Ansteuerschaltung
aus einer Kombination von einem für die Dauerversorgung vorgesehenen Transformator
12 und einem Vorwiderstand R 1 zur Erzeugung einer Start-Hilfsspannung, kann das
Bauvolumen und auch die Erwärmung erheblich reduziert werden, was insbesondere bei
elektrischen Kleingeräten von wesentlicher Bedeutung ist.
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Fig. 3 zeigt noch eine abgewandelte Ausführungsvariante einer Schaltung,
bei der der Transformator 12a insbesondere unter Einbeziehung der Arbeitswicklung
2 als Spartransformator ausgebildet ist. Dazu ist an der einen Antriebswicklung
2a eine Anzapfung 15 so vorgesehen, daß zwischen dieser Anzapfung und dem Punkt
A der Antriebswicklung 2 die zur Versorgung der Ansteuerschaltung 6 notwendige Spannung
ansteht. Diese wird über die Diode D 2 gleichgerichtet und dem Anschluß 10 der Ansteuerschaltung
6 zugeführt. Auch hierbei erfolgt für die Startphase eine Versorgung der Ansteuerschaltung
6 über eine Hilfsspannung, die von der an den Klemmen 4 und 5 anliegenden Netzspannung
abgenommen und über den Vorwiderstand R 1 und die Diode D 1 an den Anschluß 10 geführt
wird. Bei dieser Schaltungsvariante wird die Antriebswicklung 2 nicht als Vorwiderstand
für den Widerstand R 1 mitbenutzt, so daß dieser geringfügig größer dimensioniert
werden müßte. Andererseits ergibt sich hier jedoch der Vorteil, daß keine separate
Sekundärwicklung bei dem Transformator 12a erforderlich ist.
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Erwähnt sei noch, daß durch die elektronische Einstelleinrichtung
auf einfache Weise eine stufenlose Spannungsanpassung für das zu betreibende elektrische
Kleingerät beispielsweise im Bereich von 100 bis 240 Volt möglich ist.
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Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten
Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.
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- Zusammenfassung -