DE3823636A1 - Elektrische sensorschaltung - Google Patents

Description

Elektrische Sensorschaltungen müssen bei allen auftretenden Be­ triebszuständen und Einflüssen zuverlässig funktionieren, ins­ besondere, wenn sie zum Schutz von Personen eingesetzt werden.

In allen Anwendungsfällen stehen neben dem Gesichtspunkte Si­ cherheit aber auch Fragen der Wirtschaftlichkeit und der prak­ tischen Handhabung im Vordergrund. Die hier gegebenen Zusammen­ hänge werden am Beispiel Haartrockner besonders deutlich, wes­ halb die vorgeschlagene Sensorschaltung am Haartrockner erläu­ tert werden soll.

Es geht darum, den Stromtod durch eine technische Schutzmaßnah­ me zu verhindern, wenn ein am Netz angeschlossener Haartrockner aus Versehen oder beim Spiel (Kinder) in eine mit Wasser ge­ füllte Badewanne, in der sich eine Person befindet, fällt.

Die erforderliche Sicherheitsschaltung muß nicht nur unter allen möglichen technischen Bedingungen (z.B. bei Neutralleiterunterbre­ chung oder bei Stecker-Umkehr und bei Langzeitbetrieb) funktio­ nieren, sie muß auch wirtschaftlich tragbar sein und darf weder die Handhabung, noch den Betrieb selbst ungünstig beeinflussen. Bezüglich der Handhabung ist z.B. eine automatische Wiederein­ schaltung sehr wichtig, weil eine Abschaltung nicht nur beim Ein­ tauchen des Haartrockners in die Badewanne möglich ist, sondern auch unter anderen Umständen, Umstände, welche häufiger zu er­ warten sind (Schmutz und Feuchtigkeit, sowie Wassertropfen, die durch das Luftaustrittsgitter in das Gehäuseinnere fallen).

Es sind bereits mehrere Vorschläge bekannt und teils auch schon realisiert worden, welche den Stromtod in der Badewanne verhin­ dern können (z. B. EP 2 18 847, DE 3 51 435, DE 34 90 593, DE 34 41 061 DE 3 33 88 189, DE 33 38 821, DE 32 35 366, DE 32 08 147, DE 31 39 875, DE 31 16 285 u. 31 22 232, DE 32 06 619, FR 24 32 236, EP 1 831, US 47 09 293 und US 44 64 582).

Bei den meisten Vorschlägen werden notwendige Forderungen nicht oder nur zum Teil erfüllt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben gestellten Forderungen bezüglich der Sicherheit, der Wirtschaftlichkeit und der prak­ tischen Handhabung im vollen Maße zu erfüllen.

Die gestellten Forderungen werden durch die Erfindung in einfacher Weise realisiert, insbesondere auch die automatische Wiederein­ schaltung, sobald die Störungsursache beseitigt ist.

Die gestellten Aufgaben werden durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst. Die folgen­ den Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft an Hand der Zeich­ nung 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 (15), dann wird über den Gleichrichter 13 der Kondensator 18 auf­ geladen. Erreicht seine Spannung den Schwellenwert des Spannungs­ schwellwertschalters 19 (z.B. ein Diac), dann schaltet dieser durch, und der Kondensator entlädt sich in der Weise auf die die Spule 7 des monostabilen gepolten Relais (7, 8, 9) mit Ru­ hekontakten 8, 9, daß eine kräftige Ankerbewegung ausgelöst wird, was eine sichere Abschaltung des Verbrauchers 6 durch die Kontak­ te 8 und 9 zur Folge hat. So lange die Wasserstörung besteht, bleibt die Abschaltung auch nach Öffnen der Kontakte 8 und 9 aufrechterhalten und zwar wegen der hochohmigen Widerstände 16 bzw. 17, die den notwendigen relativ geringen Haltestrom be­ wirken, den Berührungsstrom aber auf einen ungefährlichen Wert reduzieren.

Die Abschaltung erfolgt auch bei Stecker-Umkehr, was durch die Anordnung der Gleichrichter 13, 20, 23 und 24 bewirkt wird.

Die Zenerdiode 27 bewirkt eine Vorladung des Kondensators 18, wodurch im Falle der Wasserbenetzung eine schnellere Abschal­ tung erreicht wird. Der Widerstand 28 ist notwendig, damit sich die Spannungsbegrenzung durch die Zenerdiode im Störfall nicht auswirken kann. Die Widerstände 22 und 25 sind relativ hoch und sind notwendig, damit die an der Zenerdiode anliegende Spannung begrenzt wird. Die Widerstände 12 und 21 dienen als Strombegrenzungswiderstand für den Varistor 29, der wiederum als Überspannungsschutz für die Gleichrichter 13, 20, 22 und 24 dient.

In Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen Teil des Haartrockners wiedergegeben, der zeigt, auf welche Weise die Sondenleitungen angeordnet sind.

Die gestrichelten Linien stellen metallisierte, d.h. elektrisch leitende Flächen dar. Von der Schaltung kommt die Sondenleitung S, die an der Befestigungsschraube B angeschlossen ist. Diese Befestigungsschraube befestigt das Metall-Motorgehäuse M am Mo­ tor-Montagering R. Durch die im Anspruch angegebenen Metalli­ sierungen ergibt sich eine durchgehend leitende Fläche bei allen Stellen, wo Wasser eindringen kann. Die leitende Fläche führt ununterbrochen von der Sonde (S) über die Metallschraube (B) zum Motor-Metallgehäuse (M) zu den Stirnkanten (S) der Heiz­ spiralen-Isolierstoffstege (H). Weiter vom Motorgehäuse (M) über die Motorwelle zum Ventilatorrad (V). Weiter von der Befestigungsschraube (B) zum Seitensteg (G) und weiter zu den oben angegebenen Innenflächen des Haartrocknergehäuses.

In Fig. 3 ist eine weitere beispielsweise Ausführung der Erfin­ dung wiedergegeben. Es wird ein bistabiles gepoltes Relais mit zwei Erregerwicklungen (30, 31) und zwei Abschaltkontakten (32, 33) verwendet. Durch den Spannungsteiler (34, 35, 36) wird bei jeder Steckerstellung die Relaisspule (31) gespeist. Durch den Widerstand (35) wird der Kondensator (37) auch dann schon et­ was aufgeladen, wenn noch kein Wasser in das Gerät gedrungen ist, d.h. Rw größer ist als Rwg (Wassergrenzwiderstand, unter­ halb dessen eine Abschaltung erfolgt). Durch diese Kondensator- Vorladung wird die Abschaltzeit verkürzt, wenn Wasser eindringt d.h. Rw größer als Rwg wird.

Da im Abschaltfalle durch die Gleichrichter (38, 39, 40, 41) eine Vollweggleichrichtung erfolgt, ist die Abschaltzeit rela­ tiv kurz. Diese Funktion ist wegen der Gleichrichter (42, 43) in jeder Steckerstellung gegeben. Zur Wiederinbetriebnahme des trocken gewordenen Gerätes muß der Stecker aus der Steckdose (S) gezogen und dann wieder neu angeschlossen werden. Durch den Gleichrichter (48) wird dann über die Strombegrenzungswi­ derstände (44, 45) der Kondensator (46) aufgeladen. Der kurze Aufladestromstoß erregt das bistabile Relais (Spule 30) in der Polarität, die eine Umschaltung und damit eine Wiedereinschal­ tung bewirkt. Der parallel zum Kondensator (46) geschaltete hochohmige Widerstand (47) bewirkt die notwendige Kondensator­ entladung während der kurzen Zeit, in der der Stecker gezogen wird. Anstatt des Kondensators kann auch ein PCT-Widerstand ver­ wendet werden.

In Fig. 4 ist eine weitere beispielsweise Ausführung der Erfindung angegeben und zwar als Übertemperaturschutz, z.B. für Bügeleisen. Das über die Steckdose (S) am Netztransformator (T) angeschlos­ sene Verbrauchsgerät (V) wird bei zu hoher Temperatur durch das bistabile und gepolte Relais (RB) dadurch abgeschaltet, daß der Heißleiter (N) durch die von außen kommende hohe Temperatur sei­ nen Widerstand verkleinert und der in der Relaisspule auftretende Strom das Relais wegen des Gleichrichters (G 1) mit der richti­ gen Polarität zur Abschaltung bringt. Der neben dem Heißleiter angeordnete Kaltleiter (P) dagegen hat durch die Hitzeeinwir­ kung seinen Widerstand vergrößert, sodaß kein nennenswerter Strom der anderen Polarität durch die Relaisspule fließen kann.

Kühlen sich beide temperaturabhängigen Widerstände wieder ab, dann erfolgt durch den Kaltleiter (P) wegen der eingetretenen Wider­ standsverringerung eine Wiedereinschaltung mit der richtigen Pola­ rität, die durch den Gleichrichter (G 2) realisiert wird.

In Fig. 5 ist eine weitere beispielsweise Ausführung der Erfindung angegeben, hier ebenfalls als Übertemperaturschutz, z.B. für Bü­ geleisen. Das über die Steckdose (S) am Netztransformator (T) angeschlossene Verbrauchsgerät (V) wird bei zu hoher Tempera­ tur durch das momostabile Relais (RM) dadurch abgeschaltet, daß der Kaltleiter (P) durch die von außen kommende hohe Temperatur seinen Widerstand vergrößert und auf diese Weise der Erregerstrom verringert wird. Nach dem Abkühlen ist der Widerstand des Kalt­ leiters wieder so gering, daß ein genügend großer und die Wieder­ einschaltung bewirkender Erregerstrom zustandekommt. Eine andere Möglichkeit, welche ebenfalls die Ausschaltung und automatische Wiedereinschaltung bewirkt ergibt sich dadurch, daß ein Heißlei­ ter parallel zur Erregerspule geschaltet wird.

Die temperaturabhängigen Widerstände müssen so dimensioniert werden, daß sie in ihrem Widerstandsverhalten durch die Stromwärme nicht wesentlich beeinflußt werden.

Claims (16)

1. Elektrische Sensorschaltung,

• - bei der ein im Betrieb befindlicher und von einer Strom­ quelle (1) über Leitungen (2, 3 und 4, 5) versorgter elek­ trischer Verbraucher (6) durch einen elektromechanischen Schalter (7, 8, 9) ausgeschaltet wird, wenn der physikali­ sche Zustand in einem vorgegebenen Raum vom Sollwert ab­ weicht,
• - bei der die Ausschaltung durch einen im vorgegebenen Raum untergebrachten Sensor ausgelöst wird,
• - bei der der Sensor aus einem Leiterpaar (10, 11 oder/und 10, 5 oder/und 10, 3) mit dazwischen liegendem veränderbaren Medium besteht,
• - bei der die Sensorleitung bzw. der Sensor auf Flüssigkeit, Temperatur, Druck oder andere physikalische bzw. chemische Größen anspricht,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Sensor (z.B. 10, 11) bei Abweichung vom Sollzustand durch seinen verringerten Widerstand 15 einen Stromkreis (1, 2, 8, 3, 12, 13, 7, 14, 10, 15, 11, 1) schließt,
• - mit der durch den Sensor (z.B. 10, 11) und dem Medium (15) fließenden Energie die Relaisspule (7) direkt oder indi­ rekt beaufschlagt und dadurch die Abschaltung bewirkt wird.

2. Sensorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschaltorgan bistabil ist.

3. Sensorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschaltorgan monostabil ist.

4. Sensorschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschaltorgan nur auf eine Polarität anspricht.

5. Sensorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. da­ durch gekennzeichnet, daß die Schaltkontakte (7, 8) im norma­ len Betriebszustand geschlossen sind.

6. Sensorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. da­ durch gekennzeichnet, daß die im Abschaltfall durch das Me­ dium (15) fließende Energie zunächst einen Kondensator (18) auflädt und nach Erreichung einer definierten Spannungshöhe über einen Spannungsschwellwertschalter (19) eine Entladung auf die Spule (7) erfolgt, was die Abschaltung des Verbrau­ chers (6) durch die Relaiskontakte (8, 9) zur Folge hat.

7. Sensorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. da­ durch gekennzeichnet, daß die im Abschaltfall von der span­ nungsführenden Verbraucherleitung (3 bzw. 5) kommende Energie über einen Spannungsteiler zugeleitet wird, so daß eine not­ wendige Abschaltung auch bei Stecker-Umkehr gewährleistet ist.

8. Sensorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß parallel zu den Schaltkontakten (8, 9) je ein Widerstand (16, 17) liegt, der so bemessen ist, daß er einerseits den zur Aufrechterhaltung der Ausschaltung not­ wendigen Haltestrom liefert, andrerseits den fließenden Be­ rührungsstrom auf einen ungefährlichen Wert reduziert.

9. Sensorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Spannungsteiler der Verbraucher­ widerstand, eine eigene Widerstandskombination oder die Rei­ henschaltung zweier gegenpolig geschalteter Gleichrichter (13, 20 bzw. 23, 24) verwendet wird.

10. Sensorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen den Gleichrichtern (13 und 23) eine Zenerdiode (27) so geschaltet und dimensioniert ist, daß die im Sollzustand bereits erfolgende und für den Abschalt­ fall vorgesehene Kondensator-Vorladung auf einen Spannungswert begrenzt wird, der etwas unterhalb jenes Wertes liegt, der den Spannungsschwellwertschalter (19) im Abschaltfalle zur Entla­ dung des Kondensators (18) veranlaßt.

11. Sensorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Verbraucherzuleitung (2, 3 oder 4, 5) eine, vorzugsweise innerhalb des Relais unterge­ brachte, superflinke Schmelzsicherung (26) liegt, deren Ei­ genwiderstand und Strom/Zeit-Charakteristik so gewählt ist, daß im Kurzschlußfall eine schädliche Veränderung der Re­ laiskontakte (8, 9) vermieden wird.

12. Sensorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß diese in einem Haartrockner, Heiz­ lüfter oder ähnlichem Gerät bzw. im dazugehörigen Anschluß­ stecker untergebracht ist und im Gerät die Sensorleitung (10) in genügend großem Abstand zu spannungsführenden Teilen (3, 5, 6) überall dort und in der Weise verlegt ist, daß ein­ dringende geerdete (11) Flüssigkeit (Widerstand 15), die in diesem Falle zuerst mit der Sensorleitung (10) und dann erst mit einem spannungsführenden Leiter (3, 6) in Berührung kommt.

13. Sensorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abschaltung bei Temperaturüber­ höhung mit Hilfe eines temperaturabhängigen Widerstandes (N) bei der festgelegten Polarität mit Hilfe eines Gleich­ richters (G 1) bewirkt wird.

14. Sensorschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Abkühlung eine automatische Wiedereinschaltung mit Hilfe eines temperaturabhängigen Widerstandes (P) bei der gegenteiligen Polarität mit Hilfe eines weiteren Gleich­ richters (G 2) erfolgt.

15. Sensorleitung in einem Haartrockner, dadurch gekennzeichnet, daß

• - Heizspiralen-Isolierstoffstege (H) an der Stirnkante (S) und an der Innenkante (I) metallisiert sind,
• - die leitenden Innenkanten (I) der Heizspiralenstege (H) eine leitende Berührung mit einem Metallgehäuse (M) des Ventila­ tormotors haben,
• - das Motorgehäuse (M) mit der Sondenleitung und der Motor­ welle, nicht aber mit der Motoranschlußleitung elektrisch verbunden ist,
• - ein Motor-Montagering (R), der durch eine Metallschraube (B) mit dem Motorgehäuse (M) verbunden ist, an der Oberfläche mitsamt eines anliegenden Seitensteges (G) metallisiert ist, der metallisierte Seitensteg (G), wenn er in das Gerätege­ häuse (GG) eingesetzt ist, eine ebenfalls metallisierte Innenfläche des Gerätegehäuses berührt,
• - alle Stellen im Innern des Gerätegehäuses (GG), die an be­ rührbare Außenstellen grenzen, berührungssicher mit einer zusammenhängenden Oberflächenmetallisierung versehen sind, die elektrisch leitend mit der Sondenleitung (S) verbunden ist.
• - das aus Kunststoff bestehende Ventilatorrad (V) ganz oder teilweise an der Oberfläche metallisiert ist und diese Me­ talisierung bis in die Bohrung reicht, so daß mit der Motor­ achse eine leitende Verbindung besteht.