DE8206283U1

DE8206283U1 - Electrical device with circuit breaker

Info

Publication number: DE8206283U1
Application number: DE19828206283
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-03-06
Filing date: 1982-03-06
Publication date: 1992-03-26

Description

Electrical device with circuit breaker

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrogerät, wie z.B. einen tragbaren Haartrockner, einen Rasierapparat oder dergleichen mit einem Schutzschalter, der die Bedieungsperson gegen einen elektrischen Schlag schützen kann.The present invention relates to an electric appliance such as a portable hair dryer, a shaver or the like having a circuit breaker capable of protecting the operator against electric shock.

Eine besondere Gefahr bei der Benutzung von Elektrogeräten tritt dann auf, wenn ein solches Gerät mit Wasser in Berührung kommt. So kann es z.B. in einem Bad zu einem tödlichen elektrischen Unfall kommen, wenn etwa ein Haartrockner, auch wenn er sich nicht gerade in Betrieb befindet, in eine Badewanne fällt.A particular danger when using electrical devices occurs when such a device comes into contact with water. For example, a fatal electrical accident can occur in a bathroom if a hair dryer falls into a bathtub, even if it is not in use.

Nach dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen und Schaltungen bekannt, die einen elektrischen Schlag verhindern oder zumindest zeitlich begrenzen können. Solche Vorrichtungen enthalten meistens einen Differenzstromtransformator, der darüber wacht, daß die Stromunsymmetrie in einer Starkstromleitung einen .bestimmten Grenzwert z.B. 5 mA nicht übersteigt. \^ Diese Vorrichtungen haben den grundsätzlichen Nachteil, erst anzusprechen, wenn der elektrische Unfall bereits erfolgt ist. Zudem sprechen sie nur an, wenn der elektrisierende Strom über eine Erdverbindung fließt. Elektrische Unfälle, bei denen die Stromsymmetrie der elektrischen Leitungen erhalten bleibt, z.B.dann, wenn die elektrisiete Person von Erde isoliert ist, werden von Geräten dieser Art nicht registriert. Ein weiterer grundsätzlicher Nachteil der Differenzstromtransformatoren ist ihre Ansprechverzögerung, die typischerweise bei 2 Netzperioden liegt.According to the state of the art, various devices and circuits are known that can prevent an electric shock or at least limit it for a certain period of time. Such devices usually contain a differential current transformer, which ensures that the current asymmetry in a power line does not exceed a certain limit value, e.g. 5 mA. \^ These devices have the fundamental disadvantage of only responding when the electrical accident has already occurred. In addition, they only respond when the electrifying current flows through an earth connection. Electrical accidents in which the current symmetry of the electrical lines is maintained, e.g. when the electrocuted person is isolated from earth, are not registered by devices of this type. Another fundamental disadvantage of differential current transformers is their response delay, which is typically 2 mains periods.

Eine andere Schutzschaltung ist aus der D.T. 2 71 05 57 Al bekannt. Sie beruht auf einer Messung der elektrischen Impedanz des menschlichen Körpers gegen Masse bzw. gegen die Phase des Netzes. Die Anwendung dieser Schaltung setzt voraus, daß das zu schützende Gerät eine elektrisch leitende Kontaktfläche, z.B. am Handgriff aufweist. Diese Kontaktfläche ist über elektronische Bauelemente mit Netzspannung verbunden, sodaß beim Versagen dieser Bauelemente eine zu-Another protective circuit is known from D.T. 2 71 05 57 Al. It is based on a measurement of the electrical impedance of the human body against ground or against the phase of the network. The use of this circuit requires that the device to be protected has an electrically conductive contact surface, e.g. on the handle. This contact surface is connected to the mains voltage via electronic components, so that if these components fail, a

- Blatt 2 -- Page 2 -

sätzliche Gefährdung nicht ausgeschlossen istv Ferner setzt diese Schaltung voraus, daß das Gerät in bestimmter, also nicht vertauschbarer Weise mit dem Netz verbunden wird. Da die meisten Steckverbindungen, wie etwa der Europastecker, keine eindeutige Zuordnung von Phase und Nulleiter vorsehen, ergibt sich die dem Benutzer unzumutbare Forderung, die richtige Netzverbindung durch Probieren herzustellen.additional danger cannot be excluded. Furthermore, this circuit requires that the device is connected to the mains in a specific, i.e. non-interchangeable, way. Since most plug connections, such as the European plug, do not provide for a clear allocation of phase and neutral conductors, the user is faced with the unreasonable requirement of establishing the correct mains connection by trial and error.

Ein weiterer Nachteil dieser Schaltung besteht darin, daß die Schutzfunktion auch bei einer zu niedrigen Impedanz gegen Masse anspricht, also bei einem Betriebszustand, der bei einem Gerät der Schutzklasse II keinerlei Gefahr für den Benutzer bedeutet. Darüberhinaus versagt diese Schutzschaltung vollständig, wenn ein damit ausgestattetes Gerät bei einer falsch gepolten Verbindung mit dem Netz, wie eingangs als typische Unfallursache genannt, mit Wasser in Berührung kommt.A further disadvantage of this circuit is that the protective function also responds when the impedance to ground is too low, i.e. in an operating state that does not pose any danger to the user in the case of a device in protection class II. In addition, this protective circuit fails completely if a device equipped with it comes into contact with water due to an incorrectly polarized connection to the mains, as mentioned at the beginning as a typical cause of accidents.

In diesem Falle wäre das Gerät zwar nicht funktionsbereit, ein elektrischer Schlag würde dennoch auftreten, da in diesem Falle der Nulleiter abgeschaltet würde.In this case, the device would not be functional, but an electric shock would still occur because the neutral conductor would be switched off.

Die erfinderische Aufgabe besteht also darin, ein Gerät der eingangs erwähnten Art anzugeben, das einen Schutzschalter enthält, der beim Eindringen eines flüssigen Leiters z.B. Wasser in das Gerät, unabhängig davon, ob dieses Wasser mit Masse in Verbindung steht oder nicht, und unabhängig von der Polung am Netz eine Schutzfunktion auslöst, die den Benutzer vor einem elektrischen Schlag schützt. Die Schutzfunktion muß ansprechen, bevor ein elektrische^Sch]ag eintreten kann. Die Schutzfunktion muß irreversibel sein, sodaß ein durchnäßtes Gerät nicht sogleich wieder in Betrieb genommen werden kann. Die Schutzfunktion muß unabhängig davon sein, ob das Gerät gerade in Betrieb ist oder nicht. Die Schutzschaltung muß so ausgelegt sein, daß sie bei Eigenversagen beliebiger Art z.B. durch Herstellungsfehler bedingt, keine zusätzliche Gefahr hervorrufen kann. Der technische Aufwand für die Schutzschaltung sollte so gering sein, daß einer allgemeinen Einführung von Elektrogeräten mit dieser Schutzschal tung nicht der zu hohe Preis entgegensteht.The inventive task is therefore to specify a device of the type mentioned at the beginning, which contains a protective switch which, when a liquid conductor, e.g. water, penetrates into the device, regardless of whether this water is connected to ground or not, and regardless of the polarity of the mains, triggers a protective function that protects the user from an electric shock. The protective function must respond before an electric shock can occur. The protective function must be irreversible, so that a wet device cannot be put back into operation immediately. The protective function must be independent of whether the device is currently in operation or not. The protective circuit must be designed in such a way that it cannot cause any additional danger in the event of any kind of failure, e.g. due to manufacturing defects. The technical effort for the protective circuit should be so low that the excessive price does not prevent the general introduction of electrical devices with this protective circuit.

- Blatt 3 -- Sheet 3 -

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gerät eine elektronische Sensoreinrichtung für eingedrungenes Wasser enthält, die den Schutzschalter auslösen kann.According to the invention, the object is achieved in that the device contains an electronic sensor device for ingress of water, which can trigger the circuit breaker.

Die Sensoreinrichtung kann auf einer alle spannungsführenden offenen Teile des Elektrogerätes umhüllenden Fläche abgebracht sein, sodaß eine leitende Verbindung zwischen den spannungsführenden Teilen und der Umgebung des Gerätes durch eine zusammenhängende Wassermenge, z.B. einen Wasserfilm, nicht herstellbar ist, ohne daß zuvor die Sensoreinrichtung mit Wasser in Berührung kommt. Vorteilhafterweise ist die Sensoreinrichtung an den Berandungen von Gehäuseöffnungen und Gehäusefugen angebracht, durch die Wasser eindringen kann.The sensor device can be mounted on a surface that encloses all live, open parts of the electrical device, so that a conductive connection between the live parts and the environment of the device cannot be established by a continuous amount of water, e.g. a film of water, without the sensor device first coming into contact with water. Advantageously, the sensor device is mounted on the edges of housing openings and housing joints through which water can penetrate.

Eine vorteilhafte Ausführung ist dadurch gegeben, daß in einem Elektrogerät im Geräteinneren ein bei der Handhabung nicht berührbarer offener elektrische Doppelleiter als Sensor für eingedrungenes Wasser angebracht ist,, sowie ein hermetisch verschlossener elektronischer Bauteil.^ der mindestens enthält: einen TRIAC mit einer Zündschaltung, die zünden kann, wenn der Sensor eingedrungenes Wasser registriert; mindestens einen selbstöffnenden mechanischen Schalter und einen Schmelzdraht, der den Schalter in geschlossener Stellung festhalten kann und bei Zünden des TRIACs durch den Netzstrom schmelzbar ist. An advantageous embodiment is provided in that an open electrical double conductor, which cannot be touched during handling, is installed inside an electrical device as a sensor for water ingress, as well as a hermetically sealed electronic component, which contains at least: a TRIAC with an ignition circuit that can ignite when the sensor registers water ingress; at least one self-opening mechanical switch and a fuse wire that can hold the switch in the closed position and can be melted when the TRIAC is ignited by the mains current.

Bei Geräten mit geringer Nennleistung kann sich der Schmelzdraht in einer der Netzleitungen, der selbstöffnende mechanische Schalter in der anderen befinden und der TRIAC kann auf der Geräteseite über beide Netzleitungen geschaltet sein. Bei Geräten mit größerer Nennleistung kann sich je ein mechanischer Schalter in jeder Netzleitung befinden. Der Schmelzdraht in Serienschaltung mit dem TRIAC kann über beide Netzleitungen geschaltet sein, von den Schaltern aus gesehen wiederum auf der Geräteseite. Eine besonders eigensichere Ausführung ergibt sich dann, wenn alle elektronischen Bauteile auf der Geräteseite an das Netz geschaltet sind, bezogen auf die Position der mechanischen Schalter oder des Schmelzdrahtes. For devices with a low rated power, the fuse wire can be located in one of the power lines, the self-opening mechanical switch in the other, and the TRIAC can be connected across both power lines on the device side. For devices with a higher rated power, one mechanical switch can be located in each power line. The fuse wire in series with the TRIAC can be connected across both power lines, again on the device side when viewed from the switches. A particularly intrinsically safe design is achieved when all electronic components on the device side are connected to the power line, based on the position of the mechanical switches or the fuse wire.

- Blatt 4 -- Sheet 4 -

Vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Schutzschaltung, bei der diese eine mechanische Einheit mit den Netzleitung eines Gerätes bildet.An advantageous embodiment of the protective circuit is one in which it forms a mechanical unit with the power cable of a device.

Der als Sensor für eingedrungenes Wasser dienende elektrische Doppelleiter kann an der Innenseite des Gerätegehäuses in Form eines Aufdruckes mit leitfähigem Material ausgebildet sein. In einer anderen Ausführungsform kann der elektrische Doppelleiter durch Spritzgießen in einem 2-Phasenverfahren mit leitfähigem Material an dem Gehäuse angebracht sein.The electrical double conductor serving as a sensor for water ingress can be formed on the inside of the device housing in the form of a print with conductive material. In another embodiment, the electrical double conductor can be attached to the housing by injection molding in a 2-phase process with conductive material.

Im folgenden soll die Erfindung beispielhaft an Hand von 6 Figuren erläutert werden.In the following, the invention will be explained by way of example with reference to 6 figures.

Die Figur 1 stellt eine Schutzschaltung dar, die vollständig in einem hermetisch dichten Gehäuse 20 untergebracht ist. Die untereinander vertauschbaren Netzanschlüsse 1- 2 sind in das schützende Gehäuse mit einbezogen. An den Anschlüssen 5 und 6 befindet sich die Last des Elektrogerätes. An die Anschlüsse 7 und 8 sind die elektrischen Doppelleiter geschaltet, die als Sensor für eingedrungenes Wasser dienen. Die selbstöffnenden mechanischen Schalter 3 und 4 befinden sich am Netzeingang der Schaltung, sodaß beim Öffnen dieser Schalter sowohl die Schutzschaltung als auch das Elektrogerät vollkommen spannungsfrei sind. Über den Strombegrenzungswiderstand 11 und eine Diode 12 wird ein Kondensator 13 auf eine Spannung aufgeladen, die ducrh die Zenerdiode 14 auf einen Wert von z.B. 15 Volt begrenzt wird. Ein Feldeffekttransistor 17 ist über den Widerstand 19 so vorgespannt, daß bei offenen Anschlüssen 7 und 8 der Transistor stromlos ist. Sobald sich der Widerstand des elektrischen Doppelleiters durch Benetzung mit Wasser verringert wird die Gatespannung des Transistors 17 so weit verschoben, daß ein Strom durch den Transistor in die Zündelektrode eines TRIACs 9 fließne kann.Figure 1 shows a protective circuit that is completely housed in a hermetically sealed housing 20. The interchangeable mains connections 1-2 are included in the protective housing. The load of the electrical device is connected to connections 5 and 6. The electrical double conductors that serve as sensors for water ingress are connected to connections 7 and 8. The self-opening mechanical switches 3 and 4 are located at the mains input of the circuit, so that when these switches are opened, both the protective circuit and the electrical device are completely voltage-free. A capacitor 13 is charged to a voltage via the current-limiting resistor 11 and a diode 12, which is limited to a value of e.g. 15 volts by the Zener diode 14. A field effect transistor 17 is biased via the resistor 19 so that the transistor is currentless when connections 7 and 8 are open. As soon as the resistance of the electrical double conductor is reduced by wetting with water, the gate voltage of the transistor 17 is shifted so far that a current can flow through the transistor into the ignition electrode of a TRIAC 9.

Durch einen Strombegrenzungswiderstand 18 wird die Zündimpulsdauer so weit verlängert, daß auch bei einem zufälligen Zündbeginn in der Nähe des Nulldurchganges der Netz- A current limiting resistor 18 extends the ignition pulse duration to such an extent that even if the ignition starts accidentally near the zero crossing of the mains

- Blatt 5 -- Sheet 5 -

Spannung ein sicheres Zünden des TRIACs erfolgen kann. Über den TRIAC 9 und einen Schmelzdraht 10 ist die Netzleitung nun kurzgeschlossen, sodaß der Strom sehr rasch soweit ansteigt, bis der Schmelzdraht abschmilzt und so den Kurzschluß wieder unterbricht. Die durch den Schmelzdraht geschlossen gehaltenen Schalter 3 und 4 können sich nun sehr rasch öffnen und schalten das gesamte Gerät spannungsfrei. Nähere Erläuterungen zu dem Schmelzdraht 10 und den Schaltern 3 und 4 folgen weiter unten. Um bei der Benetzung des elektrischen Doppelleiters einen elektrischen Schlag zu vermeiden, sind die Anschlüsse 7 und 8 über Hochohm-Widerstände 15 und 16 herausgeführt. Diese Schutzschaltung hat den Vorteil, daß nur die Bauelemente 9, 11, 12, 15 und 16 für die hohe Netzspannung auszulegen sind. Ein geringer Nachteil besteht darin, daß der Kondensator 13 über den Widerstand 11 zunächst auf eine genügend hohe Spannung aufgeladen werden muß. Das kann im ungünstigsten Fall bedeuten, daß vom Einstecken des Netzsteckers bis zur Funktionsfähigkeit der Schutzschaltung eine Zeit von etwa 1,5 Netzhalbperioden vergehen muß, d.h. etwa 15 mS$k. Diese erstmalige Funktionsverzögerung dürfte jedoch für die Praxis nur geringe Bedeutung haben.voltage, the TRIAC can be safely ignited. The mains cable is now short-circuited via the TRIAC 9 and a fuse wire 10, so that the current increases very quickly until the fuse wire melts and thus interrupts the short circuit again. The switches 3 and 4, which are kept closed by the fuse wire, can now open very quickly and switch the entire device off. More detailed explanations of the fuse wire 10 and the switches 3 and 4 follow below. In order to avoid an electric shock when the electrical double conductor is wetted, the connections 7 and 8 are led out via high-ohm resistors 15 and 16. This protective circuit has the advantage that only the components 9, 11, 12, 15 and 16 have to be designed for the high mains voltage. A minor disadvantage is that the capacitor 13 must first be charged to a sufficiently high voltage via the resistor 11. In the worst case scenario, this can mean that a time of about 1.5 mains half-cycles, i.e. about 15 mS$k, must pass between plugging in the mains plug and the protective circuit becoming functional. However, this initial delay in operation is likely to have little significance in practice.

In der Figur 2 ist eine Schaltung angegeben, die diesen Nachteil nicht besitzt. Sie ist, da sie keinerlei Zeitkonstanten enthält, sofort funktionsfähig. Die Anschlüsse 1 und 2 gehen wiederum an das Netz, die Anschlüsse 5 und 6 an die elektrische Last des Gerätes und die Anschlüsse 7 und 8 an den elektrischen Doppelleiter. Diese schaltung ist zugleich vereinfacht gegenüber der in Figur 1, insofern als der Schmelzdraht 10 gleich zeitig eine Schmelzsicherung für das gesamte Gerät darstellt. Er befindet sich also in der einen elektrischen Zuleitung des Netzes. Sobald dieser Schmelzdraht■auslöst, wird der Schalter 4 freigegeben. Die Zündschaltung besteht aus 2 komplementären Darlingtontransistoren 21 und 22, die durch 2 Widerstände 27 und 28 im Normalzustand gesperrt sind.Figure 2 shows a circuit that does not have this disadvantage. Since it does not contain any time constants, it is immediately functional. Connections 1 and 2 go to the mains, connections 5 and 6 to the electrical load of the device and connections 7 and 8 to the electrical double conductor. This circuit is also simplified compared to that in Figure 1 in that the fuse wire 10 simultaneously represents a fuse for the entire device. It is therefore located in one of the electrical supply lines of the mains. As soon as this fuse wire triggers, switch 4 is released. The ignition circuit consists of 2 complementary Darlington transistors 21 and 22, which are blocked by 2 resistors 27 and 28 in the normal state.

- Blatt 6 -- Sheet 6 -

Sobald der Widerstand zwischen den Anschlüssen 7 und 8 gering wird, fließt ein Steuerstrom in einen der Basisanschlüsse der Transistoren, je nachdem in welcher Phasenlage sich das Netz gerade befindet. Die beiden Dioden 24 und 25 verhindern ein Rückwärtsleiten der Transistoren, während die Dioden 23 und 26 einen falsch gepolten Basisstrom verhindern. Ein Widerstand 29 begrenzt den Zündstrom des TRIACs 9, während die Widerstände 30 und 31 den Strom über den elektrischen Doppelleiter auf ungefährliche Werte begrenzen. Der TRIAC 9 ist als Kurzschluß über die beiden Netzleitungen geschaltet. Sobald er gezündet ist, steigt der Strom solange an, bis der Schmelzdraht 10 sich löst und den Schalter 4 zwangsläufig zur Öffnung freigibt. Nachteilig an dieser Schaltung gegenüber der von Figur 1 ist, daß alle Bauelemente, insbesondere die Transistoren 21 und 22, düe die hohe Netzspannung, ausgelegt sein müssen.As soon as the resistance between connections 7 and 8 becomes low, a control current flows into one of the base connections of the transistors, depending on the phase position of the mains. The two diodes 24 and 25 prevent the transistors from conducting backwards, while the diodes 23 and 26 prevent a base current with the wrong polarity. A resistor 29 limits the ignition current of the TRIAC 9, while the resistors 30 and 31 limit the current via the electrical double conductor to safe values. The TRIAC 9 is connected as a short circuit across the two mains lines. As soon as it is ignited, the current increases until the fuse wire 10 comes loose and inevitably allows the switch 4 to open. The disadvantage of this circuit compared to that in Figure 1 is that all components, in particular the transistors 21 and 22, have to be designed for the high mains voltage.

Die Figur 3 zeigt einen geeigneten selbstöffnenden Schalter, der durch einen Schmelzdraht freigegeben werden kann. Dieser Schalter besteht aus einem Kunststoffsockel 32, in den eine starre Kontaktfeder 33 sowie eine bewegliche Kontaktfeder 34 und ein Federbügel 35 eingegossen sind. Zusammen mit der Sprungfeder 36 bilden diese Teile einen an sich bekannten sogenannten Sprungfederkontakt. Er schließt sich, sobald der Federbügel niedergedrückt wird und öffnet sich, sobald der Federbügel nach oben freigegeben ist. Ein selbsttätiges Öffnen setzt voraus, daß der Federbügel 35 so vorgespannt ist, daß er eine obere Ruhelage einnimmt. Am vorderen Ende des Federbügels ist ein Kunststoffanker 37 aufgespritzt, über den ein Schmelzdraht 10 gelegt und an den beiden Pfosten 38 und 39 durch Drahtwickeltechnik befestigt ist. Bei Anwendung dieses Schalters in einer Schaltung nach Figur 2 ist die eine Netzleitung über die beiden Pfosten 38 und 39 zu führen und die andere Netzleitung über die beiden Federn 33 und 34. Der Schmelzdraht 10 muß so dimensioniert sein, daß er den Nennstrom des Gerätes ohne die Gefahr eines ungewollten Auslösens führen kann.Figure 3 shows a suitable self-opening switch, which can be released by a fuse wire. This switch consists of a plastic base 32, into which a rigid contact spring 33, a movable contact spring 34 and a spring clip 35 are cast. Together with the spring 36, these parts form a known spring contact. It closes as soon as the spring clip is pressed down and opens as soon as the spring clip is released upwards. Automatic opening requires that the spring clip 35 is pre-tensioned so that it assumes an upper rest position. A plastic anchor 37 is sprayed onto the front end of the spring clip, over which a fuse wire 10 is placed and attached to the two posts 38 and 39 using wire winding technology. When using this switch in a circuit according to Figure 2, one power cable must be routed over the two posts 38 and 39 and the other power cable over the two springs 33 and 34. The fuse wire 10 must be dimensioned so that it can carry the rated current of the device without the risk of accidental tripping.

- Blatt 7 -- Sheet 7 -

Diese Schaltvorrichtung hat den Vorteil, äußerst kostengünstig und zuverlässig zu sein. Gegenüber an sich bekannten Schaltern mit elektromagnetischer Auslösung besteht der Vorzug des äußerst trägheitsarmen Ansprechens. Die Gefahr eines Verklemmens oder ungewollten Auslesens durch Stoß ist praktisch ausgeschlossen. Die zu einer Stoßauslösung notwendigen Beschleunigungen liegen in einer Größenordnung von 100g. Als Material für den Schmelzdraht ist besonders gut Phoshporbronze geeignet, da sie eine hohe Zugfestigkeit mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt verbindet. Ein Dimensionierungsbeispiel möge die Leistungsfähigkeit des Schalters belegen:This switching device has the advantage of being extremely cost-effective and reliable. Compared to conventional switches with electromagnetic triggering, it has the advantage of responding with extremely low inertia. The risk of jamming or unintentional reading due to impact is practically eliminated. The accelerations required to trigger an impact are in the order of 100g. Phosphate bronze is particularly suitable as a material for the fuse wire, as it combines high tensile strength with a relatively low melting point. A dimensioning example should demonstrate the performance of the switch:

Für ein gerät mit einem Nennstrom unter 0,1A z.B. einen Elektrorasierer, könnte ein Draht von 0,04 mm 0 Verwendung finden, der eine Zugfestigkeit von 12op besitzt. Der auslösende Strom beträgt etwa 0,25A, sodaß selbst bei der ungünstigen Annahme einer Zündung im Nulldurchgang der Netzspannung eine Schmelzzeit von nur ca. 0,2 mSek. zu erwarten ist. Die Zugfestigkeit von 2x120p erlaubt es, den Federbügel 35 so auszulegen, daß er mit einer Kraft von 100p den Schalter zu öffnen versucht. Die von der Bügelfeder zu beschleunigende Masse beträgt etwa 0,3g, sodaß eine Öffnungsbeschleunigung von ca. 330g auftritt. Die Zeit vom Auslösen der elektrischen Schaltung bis zum vollständigen Öffnen des Schalters beträgt dann in etwa 1,3 mSek. Durch eine geeignete Verlegung des elektrischen Doppelleiters als Sensor für Wasser kann erreicht werden, daß die Schutzschaltung angesprochen hat, bevor noch das Wasser andere unter Spannung stehende Teile des Elektrogerätes z.B. die Heizspirale eines Haartrockners erreicht hat. Fällt ein Haartrockner z.B. in eine Badewanne, so kann seine Geschwindigkeit wenige Meter pro Sek. nicht übersteigen d.h. die Eindringgeschwindigkeit des Wassers kann max. einige Millimeter pro mSek. erreichen. Bei einer angegebenen Auslösegeschwindigkeit von 1,3 mSek. für den Schutzschalter ist damit als Mindestabstand zwischen dem elektrischen Doppelleiter und Spannung führenden Teilen des Gerätes von z.B. 10 mm zu fordern.For a device with a nominal current of less than 0.1A, e.g. an electric shaver, a wire of 0.04 mm 0 with a tensile strength of 12op could be used. The triggering current is about 0.25A, so that even with the unfavorable assumption of ignition at zero crossing of the mains voltage, a melting time of only about 0.2 msec. can be expected. The tensile strength of 2x120p allows the spring clip 35 to be designed so that it tries to open the switch with a force of 100p. The mass to be accelerated by the clip spring is about 0.3g, so that an opening acceleration of about 330g occurs. The time from triggering the electrical circuit to the complete opening of the switch is then about 1.3 msec. By laying the electrical double conductor as a water sensor in a suitable way, the protective circuit can be triggered before the water has reached other live parts of the electrical device, e.g. the heating coil of a hairdryer. If a hairdryer falls into a bathtub, for example, its speed cannot exceed a few meters per second, i.e. the penetration speed of the water can reach a maximum of a few millimeters per msec. With a specified triggering speed of 1.3 msec for the circuit breaker, a minimum distance of e.g. 10 mm must be required between the electrical double conductor and live parts of the device.

- Blatt 8 -- Sheet 8 -

Mit anderen selbsttätig arbeitenden Schalteranordnungen z.B. dem an sich bekannten elektromagnetisch ausgelösten Schalter sind dermaßen kurze Auslösezeiten kaum zu erreichen, da das Verhältnis von beschleunigender Kraft und zu bewegender Masse bei elektromagnetischen Systemen stets -g-p&ße-t» ist als bei diesem mit reinen Federkräften arbeitenden System.With other automatically operating switch arrangements, e.g. the well-known electromagnetically triggered switch, it is hardly possible to achieve such short triggering times, since the ratio of accelerating force to moving mass in electromagnetic systems is always higher than in this system which operates with pure spring forces.

Die Figur 4 zeigt eine beispielhafte Anordnung des elektrischen Doppelleiters als Sensor für eingedrungenes Wasser. Die Figur bietet einen vereinfachten Blick von innen z.B. gegen die Luftaustrittsöffnung eines Haartrockners. Die beiden Gehäuseschalen 40 und 41 bilden miteinander eine Fuge sowie die Austrittsöffnung 42. In dieser Öffnung kann ein Berührungsschutzgitter 43 eingefügt sein. Um die Öffnung herum sowie an der Gehäusefuge entlang sind elektrisch leitende Streifen 44 und 45, sowie 46 und 47 angebracht. Die Streifen sind bei normaler Handhabung des Gerätes nicht berührbar. Zudem sind sie so weit von den Gehäusekanten zurückgesetzt, daß sie die vorgeschriebenen Luft- und Kriechwege ,,.einhalten. Durch die Öffnung oder den Gehäusespalt eingedrungenes Wasser führt dazu, daß die Leitfähigkeit z.B. zwischen den Streifen 44 und 45 zunimmt. Bei einer zweckmäßigen Anordnung der Streifen kann sichergestellt werden, daß ein elektrischer Kontakt von einem spannungsführenden Geräteinnenteil nach außen durch Wasser nicht -hergestellt werden kann, ohne die Streifen zu benetzen. Als Herstellverfahren für solche leitfähigen Streifen kommen Aufdrucken mit Leitlacken oder Aufspritzen in einem 2-Phasen Spritzgußverfahren in Betracht.Figure 4 shows an example arrangement of the electrical double conductor as a sensor for water ingress. The figure offers a simplified view from the inside, e.g. towards the air outlet opening of a hairdryer. The two housing shells 40 and 41 form a joint together as well as the outlet opening 42. A contact protection grille 43 can be inserted into this opening. Electrically conductive strips 44 and 45, as well as 46 and 47, are attached around the opening and along the housing joint. The strips cannot be touched during normal handling of the device. In addition, they are set back far enough from the edges of the housing that they comply with the prescribed air and creepage paths. Water that has penetrated through the opening or the housing gap leads to an increase in conductivity, e.g. between strips 44 and 45. With a suitable arrangement of the strips, it can be ensured that an electrical contact from a live internal part of the device to the outside cannot be made by water without wetting the strips. Possible manufacturing processes for such conductive strips include printing with conductive varnish or spraying in a 2-phase injection molding process.

Zur Sicherung von Geräten mit großer elektrischer Nennleistung ist es zweckmäßig, die Funktion des Schutzschalters und des auslösenden Elementes zu trennen. Figur 5 zeigt eine Ausführung mit je einem Sprungfederkontakt für jede der elektri sehen Leitungen. Auf einem Kunststoffsockel 48 befinden sich der erste Schalter, bestehend aus den Teilen 33,34, 35 und und der zweite Schalter, bestehend aus den Teilen 49,50,51 und 52. An der Stirnseite der beiden Federbügel 35 und 52 undTo protect devices with a high electrical rating, it is advisable to separate the function of the circuit breaker and the triggering element. Figure 5 shows a design with one spring contact for each of the electrical lines. The first switch, consisting of parts 33, 34, 35 and 36, and the second switch, consisting of parts 49, 50, 51 and 52, are located on a plastic base 48. On the front side of the two spring clips 35 and 52 and

- Blatt 9 -- Sheet 9 -

diese verbindend ist eine 2Ankerplatte 53 aus isolierendem Material aufgespritzt. Im Normalzustand wird die Ankerplatte 53 durch einen Schmelzdraht 10, der um die Pfosten 38 und gewickelt ist, in einer unteren Stellung gehalten, so daß beide Schalter geschlossen sind. Der Schmelzdraht 10 kann nun, da er den Gerätestrom nicht führt, unabhängig dimensioniert werden und es sind Alterungserscheinungen durch ständige termische Beanspruchung ausgeschlossen. Diese Schaltanordnung kann, wie leicht ersichtlich, direkt in einer Schutzschaltung nach Figur 1 eingesetzt werden. Die Schaltvorrichtungen nach den Figuren 3 und 5 können besonders klein aufgebaut werden; man beachte, daß die Figuren etwa in einem Maßstab 5:1 dargestellt sind. Wegen der Kleinheit dieser Teile und der geringen Bauelementezahl in der benötigten Elektronik ist es möglich, die gesamte Schutzeinrichtung als mechanische Einheit mit dem Netzkabel aufzubauen.An anchor plate 53 made of insulating material is sprayed onto these. In the normal state, the anchor plate 53 is held in a lower position by a fuse wire 10 which is wound around the posts 38 and 39, so that both switches are closed. The fuse wire 10 can now be dimensioned independently, since it does not carry the device current, and signs of aging due to constant thermal stress are excluded. This switching arrangement can, as is easy to see, be used directly in a protective circuit according to Figure 1. The switching devices according to Figures 3 and 5 can be constructed particularly small; note that the figures are shown on a scale of approximately 5:1. Due to the small size of these parts and the small number of components in the required electronics, it is possible to construct the entire protective device as a mechanical unit with the power cable.

Die Figur 6 zeigt eine beispielhafte Ausführung mit einem Netzkabel 55, einer Durchführungstülle 56, dem Schutzschalter mit hermetisch dichtem Gehäuse 58 sowie den beiden geräteseitigen Netzleitungen 5 und 6 und den beiden Anschlüssen 7 und 8 für den elektrischen Doppelleiter. Die Anschlüsse 7 und 8 sind in diesem Beispie] als Fortsätze einer die gesamte Elektronik tragenden Leiterplatte herausgeführt und mit dem Gehäuse durch Verschraubung verbunden. Somit wird der Kontakt zu den z.B. aufgedruckten leitenden Streifen 44 und 45 hergestellt.Figure 6 shows an example design with a power cable 55, a grommet 56, the circuit breaker with hermetically sealed housing 58 as well as the two device-side power cables 5 and 6 and the two connections 7 and 8 for the electrical double conductor. In this example, the connections 7 and 8 are led out as extensions of a circuit board carrying the entire electronics and are connected to the housing by screwing. This establishes contact with the conductive strips 44 and 45, for example those printed on.

Nach einem Auslösen des Schutzschalters kann die Funktionsfähigkeit des Gerätes wieder hergstellt werden, indem das Netzkabel mit Schutzschalter ausgetauscht wird. Es wäre auch möglich, statt dessen ein normales Netzkabel ohne Schutzschalter zu montieren. Dieser letzte Aspekt könnte für eine Serienfertigung von Bedeutung sein, bei welcher sowohl Geräte mit als auch ohne diesen Schutzschalter gefertigt werden sollen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß dieser Schutzschalter vereinheitlicht und, unabhängig von dem jeweils zu schützenden Elektrogerät gefertigt werden kann.After the circuit breaker has been triggered, the functionality of the device can be restored by replacing the power cable with the circuit breaker. It would also be possible to install a normal power cable without a circuit breaker instead. This last aspect could be important for series production, in which devices are to be manufactured both with and without this circuit breaker. Another advantage is that this circuit breaker can be standardized and manufactured independently of the electrical device to be protected.

Claims

t/4nsprüche

1. Electrical appliance with a protective switch that can protect the operator against electric shock, characterized by an electronic sensor device that can detect water that has penetrated into the electrical appliance and trigger the protective switch.

2. Electrical device according to claim 1, characterized in that the electronic sensor device is mounted on a surface that encloses all live, open parts of the electrical device, so that a conductive connection between the live parts and the environment of the device cannot be established by a continuous amount of water without the sensor device first coming into contact with water.

3. Electrical device according to claim 2, characterized by a sensor device for water on the edges of housing openings and housing joints through which water can penetrate.

4. Electrical appliance with a protective switch that can protect the operator from an electric shock if the appliance comes into contact with water, characterized by an open electrical double conductor inside the appliance that cannot be touched during handling, a triac with an ignition circuit that can ignite if the double conductor registers water that has penetrated it, at least one self-opening mechanical switch and a fuse wire that can hold the switch in the closed position and can be melted when the triac is ignited by the mains current.

5. Electrical device according to claim 4, characterized in that a switch of the type mentioned is located in one mains supply line, a fuse wire of the type mentioned is located in the other mains supply line and a triac on the device side can connect the mains supply lines to one another.

6. Electrical appliance according to claim 4, characterized in that a switch of the type mentioned is located in each of the

- Page 2 -

Mains supply lines and both switches can be held in the closed position by a fuse wire that can connect the two mains supply lines to each other via a triac on the device side of the switches.

7. Electrical device according to one of claims 1 to 6, characterized in that all electronic components of the circuit breaker are connected directly or indirectly to the mains cables on the device side in relation to the said switches or the said fuse wire.

8. Electrical device according to claim 4, characterized in that said double conductor is attached to the inner surfaces of housing parts by printing with electrically conductive material.

9. Electrical device according to claim 4, characterized in that said double eliter is attached to the inner surfaces of housing parts by injection molding with conductive material.

10. Electrical device according to claim 4, characterized in that the circuit breaker forms a non-separable mechanical unit with the power cable.

11. Electrical device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the protective switch cannot be reset after being triggered.