DE3835346A1 - Elektrisches heizgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung für elek­ trische Heizgeräte, wie z. B. Haartrockner und Heizlüfter, bei denen die durch eine elektrische Heizung erwärmte Luft mittels Lüfterrad in eine vorgegebene Richtung transportiert wird. Der­ artige Geräte verursachen immer wieder tödliche Stromunfälle, z. B. dadurch, daß ein am Netz angeschlossener Haartrockner aus Versehen oder beim Spiel (Kinder) in eine mit Wasser gefüllte Badewanne, in der sich eine Person befindet, fällt.

Es sind schon eine Reihe von Schutzeinrichtungen bekannt gewor­ den und zum Teil auch schon realisiert, beispielsweise der emp­ findliche Fehlerstrom-Schutzschalter mit einem Nennfehlerstrom von 30 oder 10 mA. Dieser Schutzschalter kann zwar den größten Teil der tödlichen Unfälle verhindern, doch es gibt Ausnahmen, wie eigene Untersuchungen und Selbstversuche schließen lassen.

Wenn die Badewanne elektrisch isoliert ist, was auch bei künst­ lich geerdeten Badewannen (mit "Potentialausgleich") öfters zutrifft (infolge Emaillierung und Isolierschichten zwischen der Wanne und der Abflußrosette), fließen außerhalb des Haar­ trockners im Wasser elektrische Kreisströme, die für das Herz gefährlich werden können, wenn das Gerät z. B. zwischen Herz und Oberarm zu liegen kommt. Insbesondere fließt dann ein sehr ho­ her Strom, wenn auch nur kurzzeitig, wenn das Wasser beim Ein­ tauchen des Gerätes auf unterschiedliche Potentiale zufließt.

Der EFI-Schalter schaltet in einem solchen Falle nicht ab, da er grundsätzlich nur auf Erdschlußströme ansprechen kann.

Bei künstlich oder natürlich geerdeten Badewannen können hohe Unfallströme (bei 220 Volt über 500 mA) dann auftreten, wenn der Haartrockner in Herznähe zu liegen kommt. Der Strom ist besonders hoch, wenn die Heizwicklung wegen des einpoligen Geräteschalters an der vollen Netzspannung liegt, der Schalter aber ausgeschaltet ist - und wenn das Wasser eine sehr hohe Leitfähigkeit hat. In einem solchen Falle müßte der Schutz­ schalter nach den derzeitigen Erkenntnissen und Festlegungen unter 10 ms abschalten, wozu er aber bei den notwendigen Rah­ menbedingungen aus technischen Gründen nicht in der Lage ist.

Ein anderer Weg zum Schutz gegen den Stromtod in der Badewanne wird bei mehreren inzwischen bekannt gewordenen Schutzschaltun­ gen eingeschlagen. Diese Schutzschaltungen sind im Gerät selbst oder im Stecker eingebaut und arbeiten mit einer Sonde, die den spannungsführenden Leitungsstellen vorgelagert sind. Auch diese Lösungen bieten keinen Schutz bei hohen Unfallströmen, da die Abschaltzeit zu groß ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schutz zu realisieren für den Fall, daß die oben erwähnten un­ günstigen Umstände gegeben sind. Der wesentliche Erfindungs­ gedanke liegt darin, daß die Außerbetriebsetzung des Heizgerä­ tes durch einen allpoligen Schalter Z erfolgt und daß die Heizwicklungen oder/und in geringem Abstand davor befindliche leitende Flächen so geschaltet bzw. angeordnet sind, daß das nach außen wirkende Potential im Vergleich zur vollen Netzspan­ nung wesentlich verringert wird.

Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft an Hand der Zeich­ nungen erläutert. In

Fig. 1 ist ein Haartrockner wiedergegeben, bei dem die in Anspruch 1 gestellte Aufgabe realisiert ist. Die im Gerätege­ häuse G untergebrachte Heizwicklung H ist in der Mitte 1 unter­ brochen und beide Leitungsenden 2 und 3 führen über den zwei­ poligen Schalter Z und der Steckdose D zu den Netzleitern N.

Da durch diese Schaltweise die Heizwicklungsmitte 4, 5, bei der nur die halbe Netzspannung existiert, sowohl an der Lufteinlaß­ stelle E, wie auch an der Luftauslaßstelle A liegt, reduziert sich an diesen Stellen das Potential wesentlich. Dringt geerde­ tes Wasser in eine Luftöffnung ein, dann ist auch die nach außen in das Wasser wirksame Spannung entsprechend geringer, z. B. beim 220 Volt-Betrieb beträgt sie nicht mehr 220 Volt, sondern wesentlich weniger, im günstigsten Falle nur mehr die Hälfte, nämlich 110 Volt. Die Folge ist, daß die auftretenden Unfallströme entsprechend reduziert werden, d. h. die in ungün­ stigen Konstellationen, wie sie oben beschrieben sind, auftre­ tenden hohen Unfallströme können nicht mehr auftreten, d. h. die Abschaltung des Unfallstromes muß nicht mehr in extrem kurzer Zeit erfolgen (kleiner als 10 ms), sondern sie darf bis etwa 40 ms Zeit in Anspruch nehmen.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung reicht beim der­ zeitigen Erkenntnisstand die beim EFI-Schalter gegebene Ab­ schaltzeit von 30 ms aus, um den tödlichen Ausgang eines Stromunfalles in der Badewanne zu verhindern.

Die Schaltung hat noch einen weiteren, wesentlichen Vorteil:
Dadurch daß beide Luftstrom-Öffnungen nahezu auf demselben Po­ tential liegen, treten praktisch keine Kreisströme auf, d. h. bei isolierter Badewanne wird bei Anwendung der erfindungsge­ mäßen Schaltung ein tödlicher Unfall nicht auftreten können.

Die beiden erwähnten Vorteile lassen es zu, den EFI-Schalter als optimalen Schutz auch gegen den Stromtod in der Badewanne zu bewerten. Dennoch ist es unrealistisch anzunehmen, daß die­ se Tatsache zu einem wesentlichen Rückgang der tödlichen Strom­ unfälle in der Badewanne führt; denn die Nachinstallation von EFI-Schaltern ist bei den bestehenden elektrischen Anlagen viel zu teuer und steht - global gesehen - in keinem Verhältnis zur Gefahrenminderung.

Den neuen Vorschriften entsprechend werden zwar in Neubauwoh­ nungen EFI-Schalter (in der Bundesrepublik seit 1984) einge­ baut, doch das jährliche Volumen der Neubauwohnungen (1987: 0,2 Millionen) ist im Vergleich zum Wohnungsbestand (1987: 26 Millionen) so gering, daß durch die Neubauten kaum eine nennenswerte Gefahrenminderung erzielt werden kann.

Auf der anderen Seite wird laufend eine sehr hohe Anzahl von Haartrocknern erworben (in der Bundesrepublik ca. 5 Mio jähr­ lich), so daß insgesamt die Gefahr eher zu- als abnimmt.

Unter diesen Umständen ist der Einbau einer geeigneten Schutz­ schaltung im Haartrockner selbst, oder im Stecker die einzige Lösung, um die gegebene Gefahr zu vermindern.

Eine Lösung ist der Einbau eines EFI-Schalters im Haartrockner oder im Stecker oder die Verwendung eines EFI-Zwischensteckers. Abgesehen vom relativ hohen Gewicht dieses Gerätes dürfte diese Lösung wegen der hohen Kosten (ca. 2 bis 5 mal so teuer wie ein Haartrockner) kaum zu einer nennenswerten Gefahrenminderung bei­ tragen können.

Eine realistische Lösung des gegebenen Problems ist nur dann möglich, wenn die Schutzschaltung möglichst wenig Raum bean­ sprucht, ein kaum merkbares Gewicht hat, keinen zusätzlichen Bedienungsaufwand erfordert, nicht zu teuer ist und ein Höchst­ maß an Zuverlässigkeit bietet.

Ausgehend von der Schaltung in Fig. 1, sind in Fig. 2 weitere Komponenten eingezeichnet, die zur Lösung der gestellten Aufga­ be beitragen. Gegenüber Fig. 1 sind in Fig. 2 der Lüftermotor M (mit der im Innern befindlichen Motorwicklung W), das Lüfter­ rad R, die beiden als Sensoren ausgebildeten Traggitter beim Lufteinlaß Te und beim Luftauslaß Ta, die abgehende und zur Schutzschaltung führenden Sensorleitung SL sowie die beiden für den Motorbetrieb nötigen Gleichrichter G 1 und G 2 eingezeichnet.

Das Motorgehäuse ist aus Metall und ist (bei M) an der Mittel­ anzapfung der Heizwicklung angeschlossen. Der Metallmantel des Motors wirkt auf die im Abstand konzentrisch dazu verlaufenden Heizwicklungen potentialsteuernd in dem Sinne, daß die nach außen wirkende elektrische Spannung verringert wird. Die Wir­ kung wird verstärkt, wenn an der Geräte-Gehäuse-Innenwand eben­ falls eine leitende und mit der Wicklungsmitte verbundene Flä­ che existiert (nicht eingezeichnet).

Dringt geerdetes Wasser z. B. beim Lufteinlaßgitter E ein, so gelangt es zum Traggitter Te, wo ein Stromfluß entsteht. Der Strom fließt über die Sondenleitung SL zur Schutzschaltung und bewirkt eine Abschaltung.

In Fig. 3 ist als Beispiel eine Gesamtschaltung wiederge­ geben, bei der sowohl eine Wassereinwirkung, als auch eine un­ zulässige Temperaturerhöhung eine Abschaltung stattfindet und bei der eine automatische Widereinschaltung erfolgt (und zwar erst dann), wenn der Fehler wieder beseitigt ist.

Fällt der Haartrockner in die mit Wasser gefüllte und geerde­ te Badewanne, so dringt Wasser von der Erde 11 zum Sondengit­ ter Ta vor, angedeutet durch den Widerstand Rw 1. Jetzt kommt ein Stromfluß zustande, der von L 1 über den Gleichrichter G 1, den Widerstand 13 und Rw 1 den Kondensator 14 auflädt. Hat der Kon­ densator 14 den Spannungswert des Spannungsschwellwertschalters 15 erreicht, dann entlädt er sich kräftig auf die Relaispule 7 und das bistabile gepolte Relais schaltet durch die Kontakte 8 und 9 die Stromzufuhr ab. Reicht der Impuls zeitmäßig nicht aus, dann setzt sich infolge Weitervordringen des Wassers bis zur Mittelanzapfung der Heizspirale der Stromfluß fort (durch den Wasserwiderstand Rw 2), so daß die weitere Aufladung und da­ mit die Abschaltung gewährleistet ist. Da Rw 2 aus geometrischen Gründen wesentlich kleiner als Rw 1 ist und der Tauchvorgang ein dynamischer Vorgang ist, kann kein störender Brückengleichge­ wichtszustand auftreten.

Die Abschaltung erfolgt wegen der beiden Gleichrichter G 1 und G 2 auch bei Steckerumkehr. Eine Abschaltung erfolgt auch dann, wenn infolge zu hoher Temperatur der Heißleiter 6 seinen Wider­ standswert entsprechend verkleinert.

Wenn der Fehler beseitigt ist, lädt sich der Kondensator 14 über die Berührungsstrombegrenzenden Hochohmwiderstände 16 und 17 in entgegengesetzter Richtung auf und es erfolgt dann eine Entladung in der anderen Polarität, so daß das Relais wieder einschaltet.

T ist der speisende Netztransformator und Z der zweipolige Handschalter, H sind die beiden Hälften der Heizwicklung.

In Fig. 4 ist im Schnitt eine zweiadrige Geräteleitung gegeben, die den Erfindungsgedanken gemäß Anspruch 9 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 isolierungen voneinander isoliert sein.

In Fig. 5 ist ein rechteckiges und streifenförmiges Blattmetall aus Widerstandslegierung wiedergegeben, bei der eine Heizwick­ lung in der Weise herausgestanzt ist, daß bei beiden Längsseiten in gleichen Abständen abwechselnd von der einen, dann von der anderen Längsseite parallel zueinander unf fast bis zur gegen­ überliegenden Längsseite führende Einschnitte gemacht wurden. Nach diesem Herstellungsvorgang werden an der Schmalseite beide Enden etwas auseinander gezogen, wodurch die Heizwicklung ent­ steht, die dann an einem geeigneten Tragkörper befestigt werden kann.

Claims (10)

1. Elektrisches Heizgerät zur Lufterwärmung, bei dem die er­ wärmte Luft durch ein Lüfterrad in eine vorgegebene Richtung transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Außer­ betriebsetzung des Heizgerätes durch einen allpoligen Schal­ ter (Z) erfolgt und daß die Heizwicklungen oder/und in ge­ ringem Abstand davor befindliche leitende Flächen so ge­ schaltet bzw. angeordnet sind, daß das nach außen wirkende Potential im Vergleich zur vollen Netzspannung wesentlich verringert wird.

2. Elektrisches Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eine spiralenförmig um den Außenmantel eines Hohl­ zylinders verlegte Heizwicklung in der Mitte (1) unterbro­ chen ist und beide Drahtenden (2, 3) am Netz (N) angeschlos­ sen sind, während die beiden anderen, beim Lufteinlaß (E) bzw. beim Luftauslaß (A) liegenden Wicklungsenden (4, 5), miteinander verbunden sind.

3. Elektrisches Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Teil der zur Potentialsteuerung die­ nenden und im Abstand zur Heizwicklung befindlichen leitenden Flächen gleichzeitig als Sensor für eindringende Flüssigkeit dient und daß diese Flächen so angeordnet sind, daß eindrin­ gende Flüssigkeit, bevor sie mit einem spannungsführenden Betriebsstromleiter in Berührung kommt, die Sensorleitung benetzt, wodurch mit Hilfe einer bekannten Schaltung, z. B. nach der Patentanmeldung DE 36 21 528 A1, P 37 18 608.6, P 37 19 727.4, P 38 00 291.4, P 38 11 994.3 oder P 38 23 636.2 eine allpolige Abschaltung erfolgt.

4. Elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschalteinrichtung auch zur Temperaturüberwachung eingesetzt wird, gemäß DE 36 21 528 A1.

5. Elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die potentialsteuernden oder/und als Flüssigkeitssensor dienenden Flächen aus Metall sind und teilweise als Traggitter für den Lüftermotor oder/ und für den Heizkörper verwendet werden.

6. Elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Heizwick­ lungsvorder- bzw. -rückseite zum Luftauslaß- bzw. Luftein­ laß-Schutzgitter möglichst groß ist, beispielsweise 45 mm.

7. Elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der als Sen­ soren benützten Traggitter zum Lufteinlaß- bzw. Luftauslaß- Schutzgitter möglichst klein ist, beispielsweise 5 mm.

8. Elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß nach Verschwinden des Feh­ lers (Wasserbenetzung oder Übertemperatur), nach einer vor­ bestimmten Zeit eine automatische Wiedereinschaltung gemäß Patentanmeldungen DE 36 21 528 A1, P 38 11 994.3, P 38 00 291.4 oder P 38 23 636.2 erfolgt.

9. Elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschalteinrichtung im Stecker untergebracht ist und als Verbindungsleitung eine Mantelleitung verwendet wird, auf deren Aderisolierung vom Stecker bis zum Verbraucher (z. B. Haartrockner oder Heizlüf­ ter) eine leitende Schicht, z. B. aus Leitlack oder Leitspray aufgebracht ist.

10. Elektrisches Heizgerät, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwicklung aus einem Blattmetall aus Widerstandslegierung in der Weise herausgestanzt ist, daß bei einem Rechteck­ streifen bei beiden Längsseiten in gleichen Abständen ab­ wechselnd von der einen, dann von der anderen Längsseite parallel zueinander und fast bis zur gegenüberliegenden Längsseite führende Einschnitte sich ergeben und das Gebil­ de um den Außenmantel eines Hohlzylinders gedehnt angebracht wird.