DE3913925A1

DE3913925A1 - Sensorschaltung

Info

Publication number: DE3913925A1
Application number: DE19893913925
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Phys Lauerer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1990-10-31
Also published as: DE3913925C2

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Sensorschaltung, bei der die Abweichung einer physikalischen Größe von einem vorge benenen Sollwert ein Relais zur Funktion bringt und bei der die Erregerspule des Relais einerseits an einem Sensor und andererseits an der Mittelanzapfung eines Spannungstei lers angeschlossen ist, der aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen besteht.

Die Schaltung findet insbesondere Anwendung zum Schutz des Menschen gegen den Stromtod in der Badewanne, wenn ein Elektrogerät, z. B. ein Haartrockner, in das Badewasser ge rät.

Eine bekannte Schaltung, bei der ein Spannungsteiler mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen angewandt wird, hat den Nachteil, daß die auftretende Wärmeverlustleistung relativ groß ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Verlustleistung zu re duzieren. Diese Aufgabe wird mit der Anordnung gemäß An spruch 1 gelöst.

Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, insbesondere wird durch die zusätzliche An wendung der potentialsenkenden Maßnahme gemäß Patentan meldung P 38 35 346 (Gegenwicklungs-Haartrockner) der bis zum Abschaltende auftredende Unfallstrom wesentlich ver ringert und die Abschaltzeit selbst auf max. 15 ms ver kürzt.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben.

In Fig. 1 ist ein Haartrockner mit seiner Heizwicklung H 1 und H 2 über ein Relais Rr, K 1, K 2 an der Steckdose St angeschlossen, die vom Netztransformator T über die Zu leitungen L und N unter Spannung gesetzt ist. Die Heizwicklung ist so gestaltet, daß die Wicklungsmitte M sowohl an der Lufteintritts- als auch an der Luftaustritts öffnung liegt. Gelangt geerdetes Wasser in den Haartrock ner zur Sonde So, was dem Widerstand Re entsprechen soll, so fließt unabhängig von der Steckerstellung vom Netzleiter L ein positiver Strom über den Gleichrichter Ge durch die Relaisspule Rr zur Erde, was eine Abschal tung zur Folge hat. Fließt das Wasser bis M weiter, ohne daß die Abschaltung inzwischen eingeleitet oder abgeschlos sen wurde, dann trägt nun jede Polarität der Netzspannung, d. h. jede momentan anstehende Spannungshalbwelle zur Abschaltung bei, d. h. die Abschaltung des durch Rm fließenden relativ hohen Stromes erfolgt innerhalb max. 15 ms (bei 50 Hz), wo bei die Lichtbogenzeit mit inbegriffen ist. Der zuvor durch Re fließende Strom ist ungefährlicher, da er durch den re lativ hohen Relaisspulenwiderstand Rr stark begrenzt ist. Aus diesem Grunde ist auch eine Abschaltzeit von hier 25 ms zu vertreten.

Wenn Rm (= Wasser zwischen Sonde und M) existiert, wird die Relaisspule Rr bei jeder Halbwellenpolarität erregt, wobei sich folgende Stromwege ergeben:

Wenn Plus an L liegt: L-Gs-Rr-So-Re-N

Wenn Plus an N liegt: N-Rs-Rr-So-Rm-H 1-L

Bei Stecker-Umkehr ergeben sich folgende Stromwege:

Wenn Plus an L liegt: L-Re-Rr-So-Re-N

Wenn Plus an N liegt: N-Gs-Rr-So-Rm-H 2-L

In Fig. 2 ist die Gesamtschaltung eines Haartrockners wie dergegeben, der neben den oben bereits erwähnten Eigenschaf ten (starke Reduzierung des Unfallstromes und sehr schnelle Abschaltung) zusätzlich noch folgende Eigenschaften hat:

Automatische Wiedereinschaltung, wenn das eingedrungene Wasser entfernt ist und zuverlässige Relaisabschaltung bei Vorhandensein des Wassergrenzwiderstandes Rwg. Dies ist jener Wertebereich des Wasserwiderstandes, bei dem der Er regerstrom nicht ausreicht, um den Relaisanker kräftig um zuklappen. Die Folge ist in einem solchen Falle, daß das Relais flattert und die Relaiskontakte thermisch überbe lastet werden.

Wie in der Patentanmeldung P 38 35 346 darge stellt, wird durch die in "Gegenwicklung" geschaltete Heiz wicklung H 1 und H 2 der in das Wasser fließende Fehlerstrom weitgehend reduziert, theoretisch bis zur Hälfte.

Zur Funktionsweise:

1. Überschreitet eine positive Spannung am Kondensator C den Schwellenwert des Diac D, so entlädt sich der Kon densator C auf die Relaisspule Rr energiestark und es erfolgt eine kräftige und bleibende Abschaltung.
2. Überschreitet eine negative Spannung am Kondensator C den Schwellenwert des Diac D, so entlädt sich der Kon densator C auf die Relaisspule Rr energiestark und es erfolgt eine kräftige und bleibende Einschaltung, da hier ein bistabiles und gepoltes Relais Anwendung fin det.
3. Ist Wasser von der Erde (N) zur Sonde So vorgedrun gen (Re), so wird der Kondensator nur durch die positi ve Halbwelle aufgeladen, d. h. die Abschaltzeit beträgt max. 25 ms im Bereich gefährlicher Unfallströme. Ein unzulässig hoher Unfallstrom kann aber wegen des Schutz widerstandes Rg nicht auftreten. In Übereinstimmung mit der IEC-Kurve ist die Tatsache, daß bei relativ hohen Wasserwiderständen (wegen der damit verbundenen höheren Zeitkonstanten RC) die Abschaltung länger als 25 ms benötigt, kein Sicherheitsproblem.
4. Erreicht das Wasser die Mittelanzapfung M der Heiz wicklung, dann wird der Kondensator bei jeder Netzpola rität positiv aufgeladen, d. h. die Abschaltung erfolgt bei geringen Wasserwiderständen nach max. 15 ms (Erklä rung siehe oben).
5. Eine Abschaltung erfolgt auch bei ungeerdetem Wasser, d. h. wenn nur der Widerstand Rm existiert. Dies ist wichtig beim Unfall in einer elektrisch isolierten Ba dewanne, wo andernfalls auftretende "Kreisströme" oder andere Konstellationen den Stromtod zur Folge haben können.
6. Bei Stecker-Umkehr bleiben die Abschaltverhältnisse un verändert, ebenso die automatische Wiedereinschaltung.

In Fig. 3 sind beim Spannungsteiler Varistoren Vs ver wendet. Die Spannungsschwellenwerte beider Varistoren sind so gewählt, daß beim Normalbetrieb (Re ≈ ∞) der durch die Varistoren fließende Strom und damit die auf tretende Wärmeleistung sehr gering ist.

Tritt Re auf, dann erhöht sich an dem einen Varistor die Spannung mit der Folge, daß sein Widerstand kleiner wird. Es erfolgt eine Abschaltung.

Claims

1. Sensorschaltung, bei der die Abweichung einer physikali schen Größe von einem vorgegebenen Sollwert ein Relais zur Funktion bringt und bei der die Erregerspule des Re lais einerseits an einem Sensor und andererseits an der Mittelanzapfung eines Spannungsteilers angeschlossen ist, der aus zwei in Reihe gechalteten Widerständen be steht, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Wi derstände polaritätsabhängig ist oder beide Widerstände spannungsabhängig sind.

2. Sensorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als polabhängiger Widerstand ein Gleichrichter (Gs) verwendet wird.

3. Sensorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als spannungsabhängiger Widerstand ein Varistor (Vs), eine Zenerdiode, ein Gas-Überspannungsableiter, eine Vierschichtdiode, ein Diac oder ein ähnliches elektro nisches Bauelement verwendet wird.

4. Sensorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel oder/und in Reihe zu einem oder/und beiden Teilen des Spannungsteilers ein Widerstand oder ein Gleichrichter liegt.

5. Sensorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Relais (Rr, K 1, K 2) ein bistabiles und gepoltes verwendet wird und im Sensor stromkreis, der aus einem Pol der Spannungsquelle (L, N, M) und einer Sonde (So) besteht, ein den Sensor strom begrenzender Schutzwiderstand (Rg) liegt.

6. Sensorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung in einem elektrischen Heizgerät (z. B. Haartrockner, Heizlüfter) und/oder im dazugehörigen Stecker eingebaut ist.

7. Sensorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwicklungsmitte an der Lufteintritts- und an der Luftaustrittsöffnung des Haartrockners bzw. Heizlüfters liegt, während die bei den Heizwicklungsanschlüsse in der Mitte der Heizwick lung, d. h. möglichst weit von den Öffnungen entfernt liegen.

8. Sensorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Lufteintritts- und -austrittsöffnung liegende Mitte (M) der Heizwick lung (H 1 und H 2) - kurz genannt "Gegenwicklung" - mit leitenden Flächen verbunden ist, die an den Stirnseiten der Heizwicklung und an den Innenflächen des Gerätege häuses liegen.

9. Sensorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Heizwicklungs achse liegende Ventilatormotor (V) und der Ventilator flügel eine leitende Oberfläche besitzen, die mit der Heizwicklungsmitte (M) verbunden ist.

10. Sensorschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem aus Isolierstoff bestehenden Lufteintritts- und -austrittsgitter an der Innenseite des Ringkörpers ein leitender Ring berüh rungssicher angeordnet ist, der als Teil der Sonde (So) dient, und die zum Motor gerichtete Fläche eine leiten de Oberfläche besitzt, die mit der Heizwicklungsmitte (M) verbunden ist.