DE3811994C2

DE3811994C2 -

Info

Publication number: DE3811994C2
Application number: DE19883811994
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. 8033 Krailling De Lauerer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-04-11
Filing date: 1988-04-11
Publication date: 1991-01-10
Also published as: DE3811994A1

Description

Die Erfindung betrifft eine sensorgesteuerte Abschalteinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, die hauptsächlich für elektrische Hausgeräte, insbesondere für den Handhaartrockner vorzusehen ist.

Die Notwendigkeit eines Schutzes gegen den elektrischen Schlag, insbesondere gegen den Stromtod in der Badewanne, ergibt sich durch die relativ häufig auftretenden Unfälle und Suizidfälle.

Als Schutz gegen den Stromtod in der Badewanne wird seit 1984 der empfindliche Fehlerstrom-Schutzschalter EFI (Nennfehlerstrom z. B. 30 mA) vorgeschrieben. Da diese Vorschrift nur für Neuanlagen gilt und eine Nachrüstung der alten Anlagen zu teuer ist, wird durch diese Maßnahme die Unfallhäufigkeit kaum reduziert. Hinzu kommt noch, daß diese Schutzmaßnahme nicht bei allen Konstellationen einen zuverlässigen Schutz bieten kann, wie die Meßergebnisse bei Selbstversuchen in der Badewanne zeigten. Kommt nämlich der Haartrockner bei im Wasser eingetauchten Ober körper in Herznähe zu liegen, so können die über das Herz fließenden Ströme so groß sein, daß sie bei Zugrundelegung der IEC- Stromgefährdungskurve nicht rechtzeitig abgeschaltet werden. Wenn unter denselben Umständen das Badewasser nicht geerdet ist, was selbst bei geerdeten Badewannen relativ häufig der Fall ist, dann erfolgt grundsätzlich keine Abschaltung und die durch den menschlichen Körper fließenden Kreisströme können u. U. tödlich wirken.

Eine sensorgesteuerte Abschalteinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 hat gegenüber dem empfindlichen Fehlerstrom- Schutzschalter den Vorteil, daß eine Abschaltung auch bei unge erdetem Badewasser erfolgt und daß in den meisten Fällen die Abschaltung schon erfolgt ist, bevor das Wasser bis zur Heizwick lung, von der der hohe Fehlerstrom ausgeht, vorgedrungen ist.

Eine sensorgesteuerte Abschalteinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist bereits bekannt, nämlich aus der US 47 12 154. Diese Schaltung hat jedoch folgenden Nachteil: Liegt der Fehler strom in einem bestimmten Wertebereich, dann wird die Relaisspule zu wenig erregt mit der Folge, daß der Relaisanker brummt oder flattert. Bei hohem Betriebsstrom, wie er z. B. beim Haar trockner gegeben ist, treten deshalb Kontaktlichtbögen auf, die zur Kontaktverschweißung führen können. Verhängnisvoll ist vor allem die Tatsache, daß eine einmal aufgetretene Kontaktver schweißung nach außen nicht auffällt. Im Gefährdungsfalle, z. B. wenn der Haartrockner ins Badewasser fällt, würde in diesem Falle wegen der ausbleibenden Abschaltung kein Schutz gegeben sein. Ein parallel zur Relaisspule geschalteter Kondensator kann den schädlichen Kontaktbrumm nicht ausreichend verhindern, weil die notwendige vollständige und irreversible Kontaktrennung nicht nur vom Innenwiderstand der Stromquelle, sondern auch von der Höhe der Speisespannung abhängt.

Eine weitere bekannte Schaltung gemäß DE 36 21 528 A1 arbeitet ebenfalls mit einem Spannungsleiter und einem Sensor. Diese Schaltung hat zwar ebenfalls einen Spannungsschwellwertschalter, doch dieser hat hier eine andere Funktion. Er dient ausschließlich zur auto matischen Wiedereinschaltung. Der im Störungsfalle auftretende Sondenstrom fließt hier direkt über die Relaisspule, ohne den Kondensator aufzuladen. Aus diesem Grunde ist auch ein Kontakt brummen möglich, wenn sich der Wasserwiderstand im kritischen Bereich befindet.

Weiter arbeitet die Schaltung gemäß DE 37 02 970 A1 mit einem Spannungsleiter und einem Sensor. Bei dieser Schaltung wird das Relais im Störungsfalle mit der vollen Netzspannung gespeist (und nicht mit dem Sondenstrom), d. h. das Problem Kontaktbrummen existiert hier nicht (ausgenommen bei zu hohem Netz-Innenwiderstand). Der Nachteil dieser Schaltung liegt darin, daß eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen erforderlich ist. Dies wirkt sich sowohl in den Kosten, wie auch in einer geringeren Zuverlässigkeit der Schaltung aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer sensorge steuerten Abschalteinrichtung der eingangs genannten Art ein Kontaktbrummen bzw. -flattern zuverlässig und mit relativ geringem Aufwand zu beseitigen, so daß im Schaltfalle bei allen möglichen Betriebsfällen eine kräftige und verschließarme Kontaktbewegung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Gemäß Anspruch 2 wird eine Forderung der betrieblichen Praxis, nämlich die automatischen Wiedereinschaltung nach Beseitigung bzw. Verdunstung der Störungsursachen (Wasser), in einfacher Weise erfüllt. Die Notwendigkeit einer automatischen Wiedereinschaltung ist beim Haartrockner weniger für den Ernstfall, der äußerst selten auftritt, gegeben; vielmehr ist nicht auszuschließen, daß vereinzelt auch unnütze Abschaltungen erfolgen, z. B. wenn im Gerät bei plötzlichem Temperaturwechsel Kondenswasser an ver schmutzten Stellen auftritt.

Die weiteren Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiter bildungen der Erfindung.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dar gestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

In Fig. 1 wird das Verbrauchsgerät 6 (hier ein Haartrockner), von der Stromquelle 1 ( öffentliches Netz) gespeist. Wird die Sensorleitung 10 zur Erde 11 durch leitendes Wasser überbrückt, dann wird über den Gleichrichter 12 der Kondensator 14 aufgela den. Erreicht seine Spannung den Schwellenwert des Spannungs schwellwertschalters 15 (z.B. ein Diac), dann schaltet dieser durch, und der Kondensator entlädt sich in der Weise auf die Relaisspule 7, daß eine kräftige Ankerbewegung ausgelöst wird, was eine sichere Abschaltung des Verbrauchers 6 durch die Kon takte 8 und 9 zur Folge hat.

Der Widerstand 13 begrenzt den Berührungsstrom, der während der Abschaltzeit auftritt, wenn das Wasser die Sondenleitung be rührt. Diese Strombegrenzung ist besonders wichtig, wenn der in das Badewasser gefallene Haartrockner in die Nähe des Herzens zu liegen kommt.

Wegen der Spannungsteilerschaltung 3, 19, 5 erfolgt die Ab schaltung auch dann, wenn der Gerätestecker um 180 Grad ver dreht eingeführt wird. Dabei ist die Verwendung zweier Gleich richter 12 und 20 gegenüber Widerständen vorteilhafter, weil beim Eindringen des Wassers kein Brückengleichgewicht auf treten kann,
weil für die Abschaltung eine höhere Spannung zur Verfügung steht und
weil beim Betrieb keine Verlustleistung auftritt.

Da der Fehlerstrom selbst die Abschaltung bewirkt, ist auch dann die Abschaltung gewährleistet, wenn der Neutralleiter un terbrochen ist.

Selbstverständlich müssen die Leitungen 2 und 4 bis zu den Re laiskontakten elektrisch isoliert sein, es sei denn die Bauele mente sind im Stecker untergebracht.

Gelangt isoliertes Wasser (z.B. bei einer elektrisch isolierten Badewanne) in den Haartrockner, so erfolgt die notwendige Ab schaltung (z.B. ab 1 mA Fehlerstrom), wenn der Haartrockner eingeschaltet ist. Ist er ausgeschaltet, so unterbleibt die Ab schaltung; sie ist auch nicht notwendig, weil kein Strom durch den Menschen fließen kann.

Die Sicherheitsfunktion der Schaltung ist in jedem Falle gewähr leistet (z. B. ab 1 mA Fehlerstrom), unabhängig von der Leitfä higkeit des Wassers.

Nach dem Verdunsten der Wasserbrücke, d.h. der Widerstand der Strecke 10 bis 11 ist dann wieder sehr hoch, lädt sich der Kon densator 14 über den Gleichrichter 18 und die Widerstände 16 und 17 in der entgegengesetzten Polarität auf. Bei Erreichen des Schwellenwertes des Spannungsschwellwertschalters 15 er folgt nun eine Erregung der Relaisspule 7 mit jener Polariät, die eine Einschaltung bewirkt. Die Widerstände 16 und 17 sind hochohmig und begrenzen den im abgeschalteten Zustand noch fließenden Strom auf einen völlig ungefährlichen Wert, z.B. auf l mA (im Badewasser wegen der großflächigen Berührungsflächen überhaupt nicht spürbar:).

Die ganze Sensorschaltung hat bei Verwendung eines modernen Re lais (Fabr. SDS, Type DSP 2a-L-12V), das für den 220 Volt/1000- Watt-Haartrockner geeignet ist, ein Gewicht von nur 5 Gramm und ein Volumen von nur 4 cm³, d. h. sie findet bei den meisten Haar trocknern schon im Griff genügend Platz, ohne daß das Gehäuse vergrößert werden muß.

In Fig. 2 wird die Schaltung gemäß Fig. 1 durch zusätzliche Bauelemente (21 bis 29) erweitert mit dem Ziele, die Schaltkon takte 8, 9 bei einem Geräte-Kurzschluß zu schützen und eine schnellere Abschaltung zu bewirken.

Durch eine entsprechende Montageweise läßt sich ein Kurzschluß im Innern des Haartrockners weitgehend ausschließen. Bei einer vom Netz kommenden Überspannung können jedoch die Gleichrichter 12 und 20 gefährdet werden. Dieser Gefahr kann man durch Verwen dung von Hochspannungsgleichrichtern, die heute selbst bei 12 KV Spannungsfestigkeit relativ kleine Ausmaße besitzen, begegnen.

Der Schutz gegen den inneren Kurzschluß kann durch eine super flinke Schmelzsicherung 21 gewährleistet werden. Ihr Eigenwi derstand und ihre Strom/Zeit-Charakteristik muß so ausgewählt werden, daß im Kurzschlußfall eine schädliche Veränderung der Relaiskontakte 8, 9 vermieden wird.

Die Aufladung des Kondensators 14 bewirkt zwar eine Verzögerung des Abschaltvorganges, doch Berechnungen und Versuche zeigten, daß diese Verzögerung im Bereich gefährlicher Fehlerströme nicht nennenswert zum Tragen kommt, da wegen des geringen Erdungswi derstandes auch die Zeitkonstante der RC-Schaltung 14, 16, 17 entsprechend klein ist und zusätzlich das vom Sensor 10 vordrin gende Wasser bis zur Erreichung einer spannungsführenden Stelle 3, 6 eine entsprechende Zeit benötigt. Durch die erwähnten Um stände kann sich auch die Tatsache, daß bei der Schaltung gemäß Fig. 1 die Aufladung des Kondensators 14 jeweils nur bei einer Polarität der Netz-Sinuswelle erfolgt, auf die Abschaltzeit kaum negativ auswirken.

In Fig. 2 sind Maßnahmen getroffen, welche die Abschaltzeit wei ter verkürzen. Dies wird durch eine Vorladung des Kondensators 14 erreicht und durch eine Schaltung, die eine Speisung des be reits vorgeladenen Kondensators bei jeder Halbwellenpolarität bewirkt.

Schon im normalen Betriebsfall, d.h. wenn kein Wasser am Sensor liegt, wird der Kondensator 14 bereits aufgeladen: Stromkreis 1, 3, 12, 13, 14, 23, 24, 4, 1, wobei der Gleichrichter 26 den durch die Zenerdiode 25 an sich bewirkten Parallelschluß ver sperrt. Die Aufladespannung wird durch die Zenerdiode auf einen Wert begrenzt, der etwas unterhalb jenes Wertes liegt, der den Spannungsschwellwertschalter 15 im Abschaltfalle zur Entladung des Kondensators 14 veranlaßt. Der Kondensator 14 ist somit ständig aufgeladen, und es ist im Falle der Wasserbenetzung nur mehr eine geringe Energie nötig, um den Spannungsschwellwert zu erreichen, was eine entsprechende Verkürzung des Abschaltvor ganges zur Folge hat. Es ist notwendig, den Wert des Widerstan des 16 im Vergleich zu den Widerständen 23 und 24 wesentlich höher zu wählen, damit während der Aufladepausen keine wesent liche Entladung des Kondensators 14 erfolgen kann.

Mit Hilfe eines weiteren Spannungsteilers, der hier aus den beiden Gleichrichtern 27 und 28 besteht, wird bei Wasserbenet zung neben der Sensorleitung 10 auch die zusätzliche und paral lel liegende Sensorleitung 29 benetzt und damit eine Verbindung beider Sensorleitungen 10 und 29 hergestellt. Das hat zur Folge, daß auch die andere Netzpolarität den Kondensator 14 mit Span nung beaufschlagt, was die bereits erwähnte weitere Verkürzung der Abschaltzeit zur Folge hat. Bei der einen Polarität fließt der Strom über den Gleichrichter 12 und bei der anderen Polari tät über den Gleichrichter 27 zum Kondensator 14.

Ob der zusätzliche Aufwand (zweite Sensorleitung 29 und Gleich richter 27 und 28) einen notwendigen Sicherheitsgewinn bringt, kann nur durch weitere Untersuchungen geklärt werden.

In Fig. 3 ist im Schnitt eine zweiadrige Geräteleitung gegeben, die den Erfindungsgedanken gemäß Anspruch 10 verdeutlicht. Sie besteht aus den üblichen Stromleitern 36, 37, den Aderisolie rungen 31, 32 und dem Mantel 30. An der Außenhülle 33, 34 oder im Raum zwischen den Aderisolierungen 35 liegt vom Anfang bis zum Ende der Leitung durchgehend eine leitende Oberfläche, beispielsweise aus Leitlack, Leitspray oder Leitkleber. Diese leitende Schicht dient als Sensorleitung und auch als Sensor zuleitung für solche Schutzschaltungen, bei denen der Schutz leiterwiderstand nicht unbedingt niederohmig sein muß.

Durch diese Anordnung kann z.B. die übliche zweiadrige Haar trockner-Geräteleitung ohne Durchmessererhöhung als dreiadrige, d.h. als eine zweiadrige mit Sensorleiter dienen, z.B. auch für den Fall, daß die Sensorschaltung im Stecker untergebracht werden soll. Die Anschlüsse an den Enden einer Leitung sind denkbar einfach herzustellen. Die leitende Aderumhüllung 33, 34 wird z.B. mit einer Metallschelle befestigt, die gleichzei tig als Zugentlastungsschelle dient. Mit dieser Geräteleitung ist ein Schutz auch bei Beschädigung (blanke Stelle) derselben gewährleistet, und zwar nicht nur in der Badewanne, sondern auch beim normalen Gebrauch in der Luft. Werden zwei Sensorleitungen benötigt, dann müssen die leitenden Oberflächen der beiden Ader isolierungs voneinander isoliert sein.

Claims

1. Sensorgesteuerte Abschalteinrichtung,

- bei der ein elektrisches Gerät (6) von einer Stromquelle (1) über erste Leitungsabschnitte (2, 4), Relaiskontakte (8, 9) und zweite Leitungsabschnitte (3, 5) mit elektrischer Energie versorgt wird,
- bei der die Relaiskontakte (8, 9) zu einem bistabilen gepolten Relais gehören, das bei Abweichen des physikalischen Zustandes in einem vorgegebenen Raum vom Sollwert den Ver braucher (6) von der Stromquelle (1) trennt,
- bei der die Trennung durch einen im vorgegebenen Raum untergebrachten Sensor ausgelöst wird,
- bei der der Sensor aus einem Leiterpaar (10, 11 bzw. 5, 10) mit dazwischen liegendem veränderbaren Medium besteht und auf Flüssigkeit, Temperatur, Druck oder andere physikalische bzw. chemische Größen anspricht,
- bei der ein Leiter (10) des Sensors über einen Kondensator (14) und zwei gegeneinander geschaltete Dioden (12, 20) mit den zweiten Leitungsabschnitten (3, 5) in Verbindung steht und der andere Leiter des Sensors zumindest im ungestörten Betriebsfall auf Bezugspotential liegt,

dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (14) eine Reihen schaltung aus der Relaisspule (7) des bistabilen Relais und einem Spannungsschwellwertschalter (15), parallel liegt.

2. Sensorgesteuerte Abschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich im abgeschalteten Zustand und nach Wiederherstellung des ursprünglichen Sollzustandes im vorge gebenen Raum der Kondensator (14) über hochohmige und den Berührungsstrom begrenzende Widerstände (16, 17), die an den ersten Leitungsabschnitte (2, 4) angeschlossen sind sowie einen weiteren Gleichrichter (18) mit der entgegengesetzten Polarität auflädt und nach Erreichen einer definierten Spannungshöhe über den Spannungsschwellwertschalter (15) eine Entladung auf die Relaisspule (7) erfolgt, was eine automatische Wiedereinschaltung des Verbrauchers (6) bewirkt,

3. Sensorgesteuerte Abschalteinrichtung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stromquelle (1) und dem elektrischen Gerät (6) eine, vorzugs weise innerhalb des Relais untergebrachte, superflinke Schmelzsicherung (21) liegt, deren Eigenwiderstand und Strom/ Zeit-Charakteristik so gewählt ist, daß im Kurzschlußfall eine schädliche Veränderung der Relaiskontakte (8, 9) ver mieden wird.

4. Sensorgesteuerte Abschalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der hochohmigen Widerstände (17 in Fig. 1) durch eine Reihenschaltung von zwei Widerständen (23, 24 in Fig. 2) ersetzt ist, daß an der Verbindungstelle des Kondensators (14) und des Widerstandes (13) eine Reihen schaltung von Zenerdiode (25) und Gleichrichter (26) angeschlossen ist, wobei dieser Gleichrichter (26) zum Aufladegleichrichter (22) gegenpolig geschaltet ist, daß die Zenerdiode (15) so geschaltet und dimensioniert ist, daß die im Sollzustand bereits erfolgende und für den Abschaltfall vorgesehene Konden sator-Vorladung auf einen Spannungswert begrenzt wird, der etwas unterhalb jenes Wertes liegt, der den Spannungsschwell wertschalter (15) im Abschaltfalle zur Entladung des Konden sators (14) veranlaßt und daß der Wert des verbliebenen hoch ohmigen Widerstandes (16) im Vergleich zu den Werten der beiden Widerstände (23, 24) wesentlich höher liegt, damit während der Aufladepausen keine wesentliche Entladung des Kondensators (14) erfolgen kann.

5. Sensorgesteuerte Abschalteinrichtung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Reihenschaltung der zwei gegeneinander geschalteten Gleich richter (12, 20) eine zusätzliche derartige Reihenschaltung (27, 28) liegt, wobei diese jedoch in der umgekehrten Polarität geschaltet ist und an deren Mittelanzapfung eine zusätz liche Sensorleitung (29) angeschlossen ist, die parallel zu dem einen Leiter (10) des Sensors (29) verlegt ist und zwischen diesem (10) und dem zweiten Leitungsabschnitt liegt.

6. Sensorgesteuerte Abschalteinrichtung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß deren Bestand teile ohne Sensor im elektrischen Gerät, beispielsweise in einem Haartrockner, Heizlüfter bzw. im dazugehörigen Anschlußstecker untergebracht sind und daß die eine Leitung (10) des Sensors bzw. diese eine Leitung (10) und die zusätz liche Sensorleitung (29) im Gerät in genügend großem Abstand zu spannungsführenden Teilen (3, 6) überall dort und in der Weise verlegt ist, daß eindringende geerdete (11) Flüssigkeit zuerst mit der Sensorleitung bzw. den Sensorleitungen (10 bzw. 10 und 29) und dann erst mit einem spannungsführenden Leiter des zweiten Leitungsabschnittes (3, 6) in Berührung kommt.

7. Sensorgesteuerte Abschalteinrichtung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im elektrischen Gerät als alleiniger oder zusätzlicher Sensor ein Temperatur schalter eingebaut ist, der die Temperaturüberwachung über nimmt und bei Übertemperatur das Gerät ausschaltet, so lange die Übertemperatur ansteht.

8. Sensorgesteuerte Abschalteinrichtung nach einem der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbin dungsleitung zwischen dem Stecker und der im elektrischen Gerät untergebrachten Sensorleitung bzw. Sensorleitungen (10 bzw. 10 und 29) eine Mantelleitung (30) verwendet wird, deren Aderisolierungen (31, 32) auf den Oberflächen (33, 34) oder Teilen davon, durchgehend vom Stecker bis zum elektrischen Gerät eine leitende Schicht, z. B. aus Leitlack oder Leitspray besitzen.