EP2229731A2 - Switching device and method to switch on an electrical appliance - Google Patents

Switching device and method to switch on an electrical appliance

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Publication number
EP2229731A2
EP2229731A2 EP08870266A EP08870266A EP2229731A2 EP 2229731 A2 EP2229731 A2 EP 2229731A2 EP 08870266 A EP08870266 A EP 08870266A EP 08870266 A EP08870266 A EP 08870266A EP 2229731 A2 EP2229731 A2 EP 2229731A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power supply
switching
electrical appliance
unit
energy converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08870266A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hagen Herbsleb
Johannes Oberndorfer
Peter-Jürgen POHL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Industrial Devices Europe GmbH
Original Assignee
Panasonic Electric Works Europe AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Electric Works Europe AG filed Critical Panasonic Electric Works Europe AG
Publication of EP2229731A2 publication Critical patent/EP2229731A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96Touch switches
    • H03K17/964Piezo-electric touch switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945Proximity switches
    • H03K17/95Proximity switches using a magnetic detector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2239/00Miscellaneous
    • H01H2239/076Key stroke generating power

Definitions

  • the invention relates to a switching device for switching on an electrical appliance. Moreover, the invention relates to a usable in such a switching device energy converter, an electrical appliance with a corresponding switching device and a method for switching on an electrical appliance.
  • the term "electrical appliance” is understood to mean any electrically operated commodity article in the private or commercial sector, in particular electrical household appliances such as the so-called “white goods” (ie devices for completing domestic work such as washing machines, dishwashers, dryers, stoves, etc.), thermal or small motorized devices, the so-called “brown goods” (ie consumer electronics), but also heaters, home improvement appliances, room air conditioners, lights, meters, personal care appliances, wellness equipment or electric toys.
  • electrical appliances if they are not exclusively battery or battery operated, connected by means of a power supply connection to an external power supply. This is usually a public power grid or the household power grid, which is why the power supply connection is usually referred to as a grid connection.
  • Power switch with which the user can manually switch on and off the power supply by a line that leads from the power supply connection inside the device to an operating unit, such as the control electronics or other, electrical power required components of the electrical appliance , is interrupted or is reconnected when switching on the electrical appliance.
  • an operating unit such as the control electronics or other, electrical power required components of the electrical appliance
  • Such a switch can be a classic toggle switch, a button, to a Rotary switch or the like act.
  • these power switches are usually in a control unit on a front panel on the front of the device.
  • a switching device has an arranged in or on the housing of the electrical appliance, manually operated by an operator of the device electromechanical energy converter for converting a kinetic switching pulse into an electrical pulse.
  • This energy converter is circuit-coupled with a power supply switching unit, wherein the power supply switching unit in a first switching state the Power supply connection to an operating unit of the electrical appliance connects and separates the operating unit of the electrical appliance from the power supply terminal in a second switching state.
  • at least one current-carrying line for example, in the case of a mains connection, at least the phase line, and the operating unit a power supply, control electronics or other components of the device that are operated with the aid of electrical energy, are to be understood as the power supply connection.
  • the power supply switching unit can also consist of a plurality of subunits, which different operating units of the electrical appliance (if this has a plurality of separate operating units) respectively from the power supply terminal or from different partial power supply terminals connects or connects to these terminals.
  • the coupling of the energy converter with the power supply switching unit is carried out via suitable lines in the electrical appliance so that the power supply switching unit, when it is in the second switching state, is switched by a generated during a mechanical actuation of the energy converter electrical pulse in the first switching state.
  • a kinetic switching pulse is converted into an electrical pulse by means of a manually operated electromechanical energy converter mounted in or on the housing of the electrical appliance.
  • a power supply switching unit which connects the power supply terminal to the operating unit of the electrical appliance in the first switching state and disconnects the operating unit from the power supply terminal in a second switching state is switched from the second switching state to the first switching state.
  • Such an electromechanical energy converter is completely energy self-sufficient, that is, no power supply is needed to keep the energy converter operational. It can be constructed in the form of a button, or have a button as an actuator that can be easily installed in a control surface, in particular the front panel of any electrical device. Since the energy converter is technically coupled to the actual power supply switching unit via suitable lines, there is no direct contact of the operator with the power supply switching unit to which the mains voltage is applied. The switching device thus meets the highest safety requirements.
  • Electromagnetic energy converters are already known for use in remote switches, which have to make do without a mains voltage. It is characterized by the electromagnetic pulse, by the mechanical actuation is generated in the energy converter, a transmitting unit put into operation, which emits a corresponding radio pulse, which in turn switches a relay or the like.
  • a typical use for this is the use of such radio remote switch for switching lights when additional power switch are needed and a laying of additional lines would be too expensive or not feasible.
  • On the part of the electrical device to be switched this requires a receiver in standby mode, which receives the relatively weak signal from the transmitter, amplifies and decodes, and then executes the switching command.
  • An electromagnetic energy converter for such use is described for example in DE 103 15 765 B4, this document also gives a relatively good overview of the state of the art with respect to such energy converters. Another energy converter is described in WO 2007/060072 A1.
  • the electromagnetic energy converter described in DE 103 15 765 B4 has a permanent magnet and a movable element, which is enclosed by an electrical coil. In a first rest position of the movable element, a magnetic flux is closed by the movable member. In a movement of the movable member in a second rest position, a reversal of the magnetic flux is effected in the magnetic element.
  • the permanent magnet is formed so that its magnetic north and south poles are respectively opposite to the ends of the movable element and thereby form stops for the movable element. So that the movable element can be tilted within the coil, there is a free space between the coil and the movable element. In this construction, therefore, only relatively low voltages and powers are achieved.
  • an energy converter is particularly preferably used which has a fixed yoke which has at least two ends each with a first pole face and is wrapped in a region between the ends of at least one induction coil.
  • the energy converter also has a permanent magnetic armature, which has at two ends in each case a first armature pole face and is rotatably mounted about a rotation axis on the yoke that in a first rotational position of the armature, the first armature pole faces respectively, forming a stop for the first rotational position, abut the first yoke pole faces at the two ends of the yoke.
  • the energy converter has an actuating element, for example in the form of a button for moving the armature by an external mechanical force from the first rotational position to a second rotational position, wherein in the induction coil electrical energy is induced.
  • electromechanical energy converters of quite different types, e.g. In addition to electromagnetically operating switches and piezoelectric switches o. ⁇ . Are used for the inventive use, as long as they provide a sufficiently large electrical impulse or sufficient energy.
  • the switching device is constructed such that the electrical pulse generated during the mechanical actuation of the energy converter switches the power supply switching unit directly, ie no active further amplification, coding, decoding or other processing of the pulse is required, but at most passive components such as capacitors for eventual smoothing of the pulse, etc. may be used.
  • the power supply switching unit may comprise an AC switching unit and / or a DC switching unit.
  • the energy supply switching unit may comprise both an AC switching unit and a DC switching unit as partial energy supply switching units in order to connect different operating units of the electrical appliance to the energy supply connection in the manner that is meaningful for the respective operating unit.
  • the power supply connection if this is an AC voltage connection, is preferably followed by a rectifier, which is connected, for example, to a rectifier.
  • a rectifier directly on the input side of the power supply terminal of the electrical appliance, and the power supply switching unit is connected between the rectifier and the operating unit.
  • the power supply connection is in most cases a mains connection.
  • the energy supply need not be an energy supply network, but may also be another energy supply, for example a separate power supply of the electrical appliance, an emergency power generator or the like. act.
  • the power supply switching unit can be realized by various circuits.
  • a circuit which is particularly suitable for switching AC, is a relay circuit with one or more relays.
  • a thyristor circuit preferably a triac circuit, can be used, which is also able to switch alternating current.
  • Another preferred variant is a transistor circuit, in particular with field effect transistors, especially so-called power MOSFETs, which are able to switch higher powers. It depends on the type of circuit, whether a circuit of alternating current or only a DC circuit is possible.
  • the power supply switching unit can also be realized from a plurality of components of the abovementioned types.
  • the energy converter and the power supply switching unit are circuit-coupled with each other so that the power supply switching unit, when in the first switching state, is switched to the second switching state by an electrical pulse generated upon actuation of the energy converter.
  • the energy converter can therefore be used not only as a power switch but also as a circuit breaker.
  • Bistable power supply switching units can be realized, for example, by suitable relays.
  • An alternative to using an inherently bistable power supply switching unit is the use of a holding circuit that keeps the power supply switching unit in the first switching state after switching from the second switching state to the first switching state. In this way, even monostable switching units can be made quasi bistable.
  • the holding circuit may have, for example, a signal generator or with a signal generator, for example as part of an operating unit of the electrical appliance, wherein the signal generator is supplied with energy via the energy supply connection when the energy supply switching unit is in the first switching state.
  • the signal generator can then permanently output a signal in order to keep the power supply switching unit in the first switching state.
  • the switching device has a signal transmitter coupled to the power supply switching unit, which is configured and / or controlled by an operating unit of the electrical device such that the power supply switching unit switches from the first switching state to the second switching state as a function of a defined operating program of the electrical device. That is, the switching device has a so-called "self-turn-off" capable of turning off the electric device without user intervention, and the power supply connection actually performs a real shutdown of the operating units rather than a standby state.
  • This signal generator may also be the signal generator used within the holding circuit.
  • the signal generator is driven, for example, by the operating unit of the electrical appliance, that it switches off the signal to turn off the electrical appliance, which ensures in the holding circuit that the power supply switching unit remains in the first switching state.
  • this may be a special signal generator which outputs a pulse in order to actively switch a power supply switching unit from the first switching state to the second switching state.
  • it is preferably possible for the user in addition to be able to switch the energy supply switching unit from the second to the first switching state via the actuation of the energy converter.
  • the electrical appliance preferably has an electronic control unit which supplies the power supply Switching unit according to a certain program flow back into the second switching state.
  • a typical example is the shutdown of a washing machine, a dishwasher or a dryer when the program has been run through.
  • an automatic shutdown of a stove or oven can be provided when the desired program has expired or when it is determined in a monitoring program that certain parts are too hot or, for example, is on a stove no pot.
  • the energy converter can also during operation for the input of control pulses for other functions such. Stopovers, program changes, etc., are used.
  • the output of the energy converter may additionally be connected to an input of a suitable control device of the electrical appliance.
  • the switching device has a processor unit coupled to the energy converter, which in the switched-off state of the device, i. H. when the power supply switching unit is in the second switching state, it is kept in a sleep mode. This can be done with the help of a buffer energy storage such as a battery, a sufficient buffer capacitor, etc.
  • the power supply switching unit Upon receipt of a switching pulse from the power converter, the power supply switching unit is then switched from the second switching state to the first switching state by the processor unit.
  • further functions of the electrical appliance can also be activated or deactivated via the processor unit by means of the energy converter during ongoing operation.
  • the energy converter with the actuating element is usually arranged in an operating unit, for example a control surface, in the front panel of the electrical appliance.
  • the power supply switching unit is preferably in one remote area in the housing of the electrical appliance, z. B. in large equipment back in the device, arranged so that the energy converter, which is operated by the operator, and the power supply switching unit, which directly switches the mains voltage, as far as possible from each other can be spaced.
  • the above-described, preferably used energy converter is preferably constructed so that opposite at each of the ends in each case a first armature pole face and a first yoke pole face and a second armature pole face and a second yoke pole face.
  • the armature has at its ends in each case mutually facing first and second armature pole faces, and the yoke and the armature are formed and arranged to each other that the ends of the yoke at the ends of the armature respectively between the first and the second Anchor pole surface are located.
  • the yoke may also have respective first and second yoke pole faces facing each other at its ends, and the yoke and the armature are formed and arranged with respect to each other so that the ends of the armature at the ends of the yoke between the first and the second Yoke pole surface are located.
  • the armature is fork-shaped at the ends and has on the inner sides of the two “forks” each the armature pole faces, and the ends of the yoke engage between the forks the yoke has bifurcated ends, with the yoke pole faces on the inside of these "forks” and the anchor ends each between the tines.
  • An advantage of both variants may be that stops are formed in the two rotational positions of the armature by the respective outer pole faces.
  • the yoke preferably has a U-shaped cross-section in a plane parallel to the axis of rotation and parallel to a longitudinal axis of the induction coil.
  • the induction coil is preferably wound on the transverse bar of the U-section and the two U-legs form the free ends of the yoke, which each have the yoke pole faces.
  • the axis of rotation is also preferably perpendicular to the winding axis or longitudinal axes of the induction coil, ie, the longitudinal axes of the armature and of the central, the U-beam forming part of the yoke are in parallel planes.
  • the yoke can have, for example, a pin extending parallel to the U-legs between the U-legs.
  • the armature then has a corresponding bore or a through hole through which the pin protrudes, so that the armature on the pin is rotatable about the axis of rotation.
  • the yoke perpendicular to a longitudinal axis of the induction coil, is preferably substantially circular in cross-section, i. circular or slightly elliptical, or more preferably at least approximately square.
  • the yoke in cross section perpendicular to a longitudinal axis of the induction coil is substantially rectangular, preferably rectangular, formed and a region of the induction coil covered only on two opposite first sides with a cladding layer which forms an insulating layer between the coil wire and the yoke on these sides , At the other two opposite second sides of the yoke remains between the yoke wall surface and the induction coil only a non-material filled air gap or
  • the cladding layer which covers the first two sides, protrudes a little beyond the edge, in each case at the edges to the two adjoining second sides, whereby At the two edges of the second sides in each case a bead-like projection is formed, which serves as an attachment for the winding.
  • the air gap which preferably has a maximum thickness of 0.1 mm, then automatically remains on the second sides.
  • the armature is preferably designed such that it has an H-shaped cross section in a plane perpendicular to the axis of rotation.
  • the H-legs of this H-armature then enclose the free U-legs of the yoke between them, so that the above-described embodiment results, in which the armature has two mutually facing first and second armature pole faces at each of its two ends sandwiching the yoke end therebetween, each opposing a first armature pole face and a first yoke pole face, and a second armature pole face and a second yoke pole face.
  • the yoke pole faces and / or the anchor pole faces can each be designed with respect to the position of their surfaces such that the pole faces lying in each case in the rotational positions lie plane-parallel on one another or stand at a precisely defined, optimized angle to one another.
  • the two armature pole faces, which are diagonally opposite at the ends of the armature are particularly preferably smaller than the first armature pole faces and / or two second yoke pole faces, which are diagonally opposite at the two ends, are smaller than the first yoke arm faces. pole faces.
  • pole faces For example, in the H-armature, two of the diagonally opposite H-legs may be shorter.
  • separating elements may be arranged to increase the magnetic resistance, in particular between the second armature pole faces and the second yoke pole faces associated therewith.
  • Suitable separators are z. B. release plate of non-magnetic material. As materials for this is stainless steel, for example Nirosta, on.
  • separating elements e.g. between the second armature pole face and the second yoke pole face in the stop position remaining air gaps, which are deliberately achieved by appropriate design measures such as one or more additional stops or a displacement of the axis of rotation, serve as separating elements.
  • the anchor As a material for the yoke and the iron parts of the anchor, a particularly good magnetic conductive material, such as soft iron, is used.
  • the anchor can be made of different materials. Preferably, it has a permanent magnetic core of ferrite, e.g. Barium oxide ferrite, samarium cobalt, aluminum-nickel-cobalt or neodymium-iron-boron and optionally other parts of soft iron, which form the pole shoes or anchor pole faces.
  • ferrite e.g. Barium oxide ferrite, samarium cobalt, aluminum-nickel-cobalt or neodymium-iron-boron and optionally other parts of soft iron, which form the pole shoes or anchor pole faces.
  • separating elements for example separating plates, can also be arranged between the first armature pole faces and the first yoke pole faces in order to slightly increase the magnetic resistance even in the first rotational position.
  • the separating plates can then form part of the armature pole faces or yoke pole faces and thus the stop for the first rotational position.
  • the energy converter is designed in such a way that the magnetic flux direction through the yoke during an adjustment of the armature from the armature first rotational position in the second rotational position in which the second armature pole faces to the second yoke pole faces (possibly with the interposition of the separating elements) abut, is maintained or the magnetic flux in the second rotational position is zero. That is, there is no magnetic field reversal, so that no magnetic holding forces act on the armature of the second rotational position. If the magnetic flux direction is maintained, the armature, as soon as no external force is exerted on the actuator, automatically returned from the second rotational position to the first rotational position.
  • the energy converter can thus be formed monostable without a return spring.
  • an additional return spring may also be used to return the armature from the second rotational position to the first rotational position.
  • This is z. B. useful if the magnetic field is designed so that when switching from the first to the second rotational position, a dead center effect is achieved, wherein the armature from a certain distance of the first armature pole faces of the first yoke pole faces with reduced Force, namely no longer against the attractive force of the magnet between the first pole faces, can be moved to the second rotational position. Even so, a preferably monostable energy converter can be realized.
  • the actuator is, as already mentioned, preferably designed as a manually operable button or switch itself or it is alternatively coupled with a manually operated button or switch.
  • Actuation of the actuator for switching the armature from the first to the second rotational position is preferably less than 2 mm, more preferably at max. 1, 5 mm.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a first exemplary embodiment of a switching device according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of an electrical appliance with a second exemplary embodiment of a switching device according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of an electrical appliance with a third exemplary embodiment of a switching device according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic block diagram of an electrical appliance with a fourth exemplary embodiment of a switching device according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic block diagram of an electrical appliance with a fifth exemplary embodiment of a switching device according to the invention
  • FIG. 6 shows a schematic block diagram of an electrical appliance with a sixth exemplary embodiment of a switching device according to the invention
  • FIG. 7 shows a schematic block diagram of an electrical appliance with a seventh exemplary embodiment of a switching device according to the invention
  • FIG. 8 is a perspective view of an embodiment of an energy converter according to the invention from above with the housing open in a first rotational position
  • FIG. 8 is a perspective view of an embodiment of an energy converter according to the invention from above with the housing open in a first rotational position
  • FIG. 9 shows a representation of the energy converter according to FIG. 1 in a second rotational position
  • FIG. 10 shows a perspective view of the yoke and the armature from the energy converter according to FIGS. 1 and 2,
  • FIG. 11 shows a cross section through the armature and the yoke with the induction coil from the energy converter according to Figures 1 and 2,
  • FIG. 12 shows a longitudinal section through the yoke with the induction coil of the energy converter according to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a switching device according to the invention.
  • This switching device operates with a bistable relay 60, which has two antiparallel acting on a relay armature coils 63, 64 and two by a mechanical element 65 with each other coupled contacts 61, 62. Via a contact 61, the operating unit of the electrical appliance is connected to the mains connection.
  • the operating unit is simply represented by a load resistance R.
  • the power supply E is, for example, a conventional power supply which supplies an alternating current with 230 volts rms voltage.
  • such network connections In addition to the ground line, not shown here, such network connections always have a phase line P and a neutral line N.
  • the second contact 62 of the relay 60 is used for internal wiring of the coils 63, 64 with the energy converter 1.
  • the exact structure of such an energy converter 1 will be explained in more detail with reference to FIGS 8 to 12.
  • the relay 60 this is a bistable relay 60, which remains stable after switching in the respective switching position and only tilts over again into the other switching state by means of a corresponding activation.
  • the two coils 63, 64 of the relay 60 are each connected with their negative terminal (-) to the negative terminal (-) of the energy converter.
  • the positive terminals (+) of the coils 63, 64 are each connected via the switch 62 to the positive terminal (+) of the power converter 1, wherein it depends on the switching position of the contact 62, whether the first coil 63 or the second coil 64 with the energy converter 1 is connected.
  • the first induction coil 63 is connected to the energy converter 1. If now a current pulse P is generated in the electromechanical energy converter 1 by the operation of the operator, a magnetic field is induced in the induction coil 63, which ensures that the contacts 61, 62 in the relay fold over into the other switching position. As a result, on the one hand the load resistor R is connected to the mains connection 55. On the other hand, by switching over the contact 62, the connection between the energy converter 1 and the first coil 63 is interrupted and instead a connection between the energy converter 1 and the second coil 64 is established.
  • the current pulse SP produced thereby is applied to the second induction coil 64, so that a magnetic field is generated in the direction reverse to the first coil 64, as a result of which the contacts 61, 62 return to the starting position shown in FIG fold back, ie it is the contact of the consumer R to the power supply 55 is interrupted again.
  • the circuit has two capacitors 66, 67 which are connected in parallel to the coils 63, 64 of the relay. These serve to smooth out the voltage pulse SP coming from the electromechanical energy converter so as to prevent inadvertent re-switching, i. H. a "bouncing" to avoid the switch.
  • FIG. 2 shows a very rough schematic block diagram of an embodiment of an electrical device 50 according to the invention.
  • This may be any electrical appliance, such as a coffee machine, a dishwasher, a washing machine, dryer, television, etc., act.
  • the electrical device 50 Via a network connection 55, the electrical device 50 is connected to an external power supply E, here again with a public grid with 230 V AC, this power grid has a phase line P, at which the AC voltage is applied and a neutral conductor N. Both are coupled in the usual way, for example, with a standard power plug with the electrical appliance.
  • phase conductor P is to be understood as a power supply connection, which will also be referred to simply as "grid connection” in the following, since it is usually sufficient to interrupt the phase line P in order to decouple the electrical appliance from the energy supply
  • grid connection since it is usually sufficient to interrupt the phase line P in order to decouple the electrical appliance from the energy supply
  • the electrical appliance 50 is equipped with an energy converter 1 arranged in the housing 56 of the electrical appliance 50, which generates an electric current or voltage pulse SP by means of an external force F which an operator exerts on the energy converter 1 by pressing an actuating element 5.
  • the actuator 5 is e.g. around a button integrated in a user interface of the device 50.
  • This current pulse SP is forwarded to a power supply switching unit 70, which interrupts at least the phase line P - but possibly also here as in FIG. 2 the neutral line N - or switches the connection of this line to an operating unit 51 of the electrical appliance 50.
  • the operating unit 51 may be, for example, the power supply unit 51 of the electrical appliance 50, which supplies the further operating units 52 with the required voltages.
  • the power supply switching unit 70 is a relay circuit which is constructed similarly to the circuit in FIG. Again, this is a bistable relay with two coils 72, 73. Both coils 72, 73 are connected with their negative side to ground potential. The coils 72, 73 are arranged so that they switch a contact arrangement 71 of the relay 70 in different switching states.
  • the positive side of a coil 72 is connected to the energy converter 1, so that a magnetic field is induced by a supplied from the energy converter 1 voltage pulse SP in the coil 72, which switches the contact assembly 71 in a state in the phase P and neutral N with the power supply 51 are connected. That is, that
  • Electric device 50 is turned on.
  • the positive connection of the second coil 73 is connected to a signal unit 53 in an operating unit 52, for example a logic unit of the electrical appliance 50. connected.
  • this logic unit 52 runs a specific work program. If this work program is completed, a signal 53 is applied to the positive input of the second coil 73, whereby here a magnetic field is induced, which switches back the contact arrangement 71 of the relay 70 in the initial state shown in Figure 2 and thus the connection of the power supply 51st to the power connection 55 interrupts.
  • this is a "self-shutdown", in which the device decides on the basis of a predetermined programming that it shuts itself off so that the operator can turn off the electrical device 50, for example, in a user interface further electronic buttons can be provided, which also be queried by the logic unit or other control logic and upon actuation of a dedicated off-button or a combination of certain keys is correspondingly output from the logic unit 52 and the signal module 53, the corresponding signal to the relay circuit 70 for switching off the electrical device 50.
  • the output of the energy converter 1 can be connected via a line 57 to an input 58 of the logic unit 52. It is then in particular a shutdown of the electrical device 50 via the logic unit 52 by re-actuation of the power converter 1 possible.
  • Such an optional connection of the energy converter output to an input of the logic unit 52 can also be realized in the further exemplary embodiments, even if the connection is not shown in the respective figures.
  • the signal output of the energy converter 1 and the signal output of the signal module 53 of the control logic 52 can also be given via an OR circuit to the relay circuit 70, so that switching off via the energy converter 1 is possible. It is clear that within the electrical device 50, any number of other unillustrated operating units may be present, which are all supplied for example via the power supply 51 with the required voltages.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of an electrical appliance 50 according to the invention.
  • the structure is very similar to the structure in FIG. 2. Only here is another energy supply switching unit 80 used. This is a switching unit 80 with a triac 81, which interrupts only the phase line P.
  • a switching unit 80 with a triac 81, which interrupts only the phase line P.
  • Neutral N is permanently connected to the power supply.
  • a specific voltage must be applied to an input 83 of the triac 81.
  • a triac 81 which is composed of a plurality of thyristors, it is a monostable circuit, i. H. it must be permanently applied to the input 83, a voltage level to keep the triac 81 in the on state. This is done first with the help of the voltage pulse SP, which is generated by the energy converter 1 upon actuation of the operator. After switching through the triac 81, the power supply 51 is supplied with the required AC voltage.
  • a control logic 52 supplied by the power supply unit 51 which has already been explained in connection with FIG. 2, has here a signal module 53 which, as soon as the control logic 52 is active, outputs a signal in the form of a specific voltage level, which is transmitted via an OR circuit 82 the power supply switching unit 80 is applied to the input 83 of the triac 81 in order to keep the triac 81 in the on-state.
  • the shutdown of the electrical device 50 takes place here by the control logic 52 and the signal module 53, the output of the signal, ie the voltage level is interrupted to the power supply switching unit 80, whereby the triac back on.
  • the OR circuit 82 thus forms together with the signal module 53 in the Control electronics 52 a kind of holding circuit for the triacs 81 to hold them in the open state.
  • the shutdown can, as described previously in connection with Figure 2, take place after a program run or by, for example, certain electronic buttons in a user interface of the device, which can be pressed by the user queried.
  • FIG. 4 shows a further variant in which likewise only the phase line is interrupted.
  • a conventional transistor is used instead of the triacs.
  • any transistor can be used which can switch corresponding powers. Since such a transistor 91 can only switch DC voltage, a rectifier 94, which converts the AC voltage into DC voltage, is located directly at the mains input 55 in the phase line P. The collector side of the transistor 91 is connected to this rectifier 94, the emitter side is connected to the power supply 51. The base of the transistor 91 is coupled to the output of the energy converter 1 and receives from this for switching through the voltage pulse SP.
  • the transistor 91 is a monostable switching element, it is again necessary, via an OR circuit 93 immediately after switching from a signal module 53 of a control logic 52 of the electrical device 50, a signal in the form of a constant voltage level to the base of the transistor 91st to give.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment which corresponds to FIG
  • Embodiment in Figure 4 is very similar. The only difference is that, instead of a "normal" transistor 91, a field-effect transistor 101, here an n-channel MOSFET 101 (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), is used Rectifier 104 is connected in the phase line P and the drain connection to the power supply 51 of the electrical device 50. The gate input is connected via an Circuit 103 on the one hand coupled to the energy converter 1 and on the other hand with a signal module 53 in the control logic 52nd
  • FIG. 6 shows a sixth exemplary embodiment of an electrical appliance according to the invention.
  • the difference between the power supply switching unit 100 in the embodiment of FIG. 5 and the power supply switching unit 110 shown in FIG. 6 is that here a double MOSFET with two MOSFETs 111, 112 connected in series is used to switch both half-waves on the phase line P. can. Instead, one can
  • Rectifier be waived.
  • the gates of both MOSFETs 111, 112 are coupled in parallel with the OR circuit 114, which connects the gates to both the power converter 1 and the signal module 53 of the control logic 52 to keep the MOSFETs 111, 112 in the on state From the signal generator 53, the required voltage level is output.
  • the switching device is in each case constructed such that the electrical pulse of the energy converter switches the power supply switching unit directly.
  • passive components such as e.g. Capacitors used to smooth the pulse etc.
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment with an additional processor 122, which can switch a switch 121, for example in the form of a relay.
  • This process 122 is supplied with the help of an internal power source 124, such as a battery or a rechargeable battery, even in the off state of the electrical device 50 with a residual energy.
  • An input A of the processor 122 is connected via an OR circuit 123 on the one hand to the output of the energy converter 1 and on the other hand again with a signal generator module 53 of the control logic 52.
  • This power supply switching unit 120 functions so that upon actuation of the energy converter 1 through the operator is given the current pulse SP to the input A of the processor to wake it up from its sleep mode.
  • the processor then switches the relay 121, whereupon the power supply unit 51 is connected to the mains connection 55. Via the signal output 53, a corresponding pulse can be given via the OR circuit 123 to the input A of the processor 122, which then switches off the relay 121 again. Alternatively, the switching off can also take place via a renewed current pulse SP of the energy converter 1.
  • This energy converter 1 has as main components a yoke 10 held in an induction bobbin 14 and an armature 20 pivotally mounted about an axis of rotation D and arranged in a housing 2.
  • the yoke 10 and the armature 20 can be seen particularly well in FIGS. 10 and 11 and the position of these parts within the housing 2 in FIGS. 8 and 9.
  • an actuator 5 in the form of a button, with the armature 20 by an external force F, for example, by a user presses on a plunger 8 of the button 5, so that the plunger 8 is pressed against the armature 20 of a first rotational position I ( Figure 8) in a second rotational position Il ( Figure 9) can be pressed.
  • the actuation path of the plunger 8 is here at 1, 5 mm.
  • the plunger 8 is externally sealed by a closed end, bellows-like rubber sleeve 7, which encloses the plunger end, relative to the housing 2 and the plunger guide 6 sealed.
  • the plunger can also be arranged below a flexible user interface of the electrical appliance, which still further Covering keys and optionally also contains display surfaces or the like.
  • a return spring 4 shown in dashed lines in Figure 8
  • This spring 4 is optional, that is, it can be provided with a corresponding configuration of the armature 20 and the yoke 10, in particular their pole faces, that the armature 20 automatically folds back into the first rotational position I, as soon as no external force F more on the button 5 is applied.
  • Both the armature 20 and the yoke 10 are elongate and the longitudinal axes L S) L A of both elements are substantially, apart from the rotational position of the armature 20 relative to the yoke 10, parallel to each other (see Figure 11).
  • the yoke 10 is U-shaped. This can be seen particularly well in the longitudinal section through the yoke 10 in FIG.
  • the two U-legs 11, 12 form the ends of the yoke 10.
  • the longitudinal axis of the yoke 10 and the longitudinal axis of the U-beam is at the same time also the longitudinal axis Ls of the middle U-beam between the two U-legs 11, 12 wound induction coil 30th
  • the yoke 10 In cross-section perpendicular to the coil longitudinal axis Ls, the yoke 10 is approximately square in the region of the U-crossbeam, which can be seen in FIG. This design contributes to the fact that the fastest possible wrapping of the central region of the yoke 10 with the coil wire can be done with a high-speed winding machine and thereby the tightest possible dense winding is achieved, and thus the efficiency of the energy converter is optimized.
  • the yoke 10 made of soft iron is injected in an induction bobbin 14 made of injection-molded plastic.
  • This induction coil body 14 encloses the yoke 11 in each case in the region of the transitions from the U-beam in the U-legs all around and only at the ends protrude the U-legs 11, 12 of the yoke 10 from the induction bobbin 14 out.
  • a pin 15 is molded onto the induction bobbin 14, which extends parallel to the U-legs 11, 12 and which forms the axis of rotation D for the armature 20.
  • the yoke 10 is only on two sides, here parallel to the U-legs 11, 12 extending Pages covered by a serving as insulation plastic layer 18 of the induction coil body 14.
  • the thickness d 'of the plastic sheath 18 is below 1 mm, more preferably below 0.5 mm and most preferably at a maximum of 0.3 mm to wind the induction coil 30 as closely as possible to the soft iron core of the yoke 10 (see FIG 11).
  • This plastic layer 18 projects slightly beyond the edges at the edges, thus forming a bead running along the edges.
  • the thickness d of this air gap 16 is preferably at most about 0th ,1 mm.
  • the ends of the induction coil 30 are each connected to Spulenterminals or taps 3, which are led away downwards (see Figure 10) and over which the induced voltage can be tapped.
  • Each end or each U-leg 11, 12 of the yoke 10 forms two yoke pole faces 11a, 11b, 12a, 12b.
  • a first yoke pole face 11a, 12a and a second yoke pole face 11b, 12b is formed shorter by pulling in a portion 17 on the side of the respective second yoke pole face 11b, 12b, the plastic of the induction bobbin 14 slightly higher is.
  • the second yoke pole faces 11b, 12b each have a separating plate 13 made of nonmagnetic material, for example stainless steel. As a result, the magnetic resistance of the second yoke pole faces 11b, 12b is increased in contrast to the first yoke pole faces 11a, 12a.
  • the induction bobbin 14 is thus formed and the separator plate 13 is applied so that the first yoke pole faces 11a, 12a and the second yoke pole faces 11b, 12b are opposite to each other diagonally with respect to an axis of symmetry extending through the axis of rotation D.
  • the armature 20 of the energy converter 1 is constructed of several components. Inside the armature 20 is a permanent magnet core 23 preferably made of samarium cobalt, aluminum-nickel-cobalt, neodymium-iron-boron or another particularly strong permanent magnetic material. This permanent magnet core 23 is magnetized so that its magnetic field lines are perpendicular to the axis of rotation D and perpendicular to a longitudinal axis LA of the armature 20.
  • the magnetic field direction M is shown schematically in FIG. Basically, the magnetic field direction M but also be exactly the opposite, since the entire energy converter 1 is constructed symmetrically with respect to the axis of rotation D.
  • pole pieces 21, 22, for example made of soft iron On the two longitudinal sides of the permanent magnet core 23 extend over the entire permanent magnet core 23 and beyond pole pieces 21, 22, for example made of soft iron.
  • the permanent magnet core 23 is arranged together with the pole shoes 21, 22 in a potting body 24 made of plastic, which holds the entire ensemble firmly together and thus forms the compact armature 20, wherein the pole shoes protrude on both sides of the potting 24.
  • the armature 20 has an H-shaped cross-section in a plane perpendicular to the axis of rotation D, which is why such an armature 20 can also be referred to as an H-armature, in which case, as can be seen in the figures, the legs of the pole shoes 21, 22 are formed asymmetrically.
  • the pole shoes 21, 22 of the armature 20 may be formed conically (viewed in a perpendicular to the axis of rotation D cross-sectional area) at the ends to a defined angle between the yoke pole faces 11a, 11b, 12a, 12b and the armature pole faces 21a , 22b, 22a, 21b in the first and second rotational position of the armature 20 to achieve.
  • the permanent magnetic core 23 may also be formed in several parts. For example, it may be formed in two parts while leaving a free space for a Drehachsen Adjustsloch 25.
  • the rotation axis guide hole 25 is preferably injected into the potting body 24 equal with suitably.
  • This rotary axis guide hole 25 is formed so that it fits snugly on the pin 15 of the induction coil body 14 and the armature 20 can be freely rotatably mounted on the pin 15 with the least possible tolerance, as shown in Figures 8 to 12. If a continuous permanent Magnet core is used, it can be introduced into this also a corresponding through hole.
  • each of the pole shoes 21, 22 one of the two ends, with which it protrudes from the potting body 24, is shortened in relation to the respective other end, which on the other hand has a very large area and so long is that in the assembled state almost to the outer edge of the U-leg 11, 12 of the yoke 10 protrudes.
  • These ends each form on their inner side the first armature pole faces 21a, 22a, which lie opposite the first yoke pole faces 11a, 12a.
  • the first armature pole faces 21a, 22a are even enlarged transversely to the longitudinal axis LA of the armature 20, in that the pole shoes at their ends are each extended at right angles downwards.
  • the armature 20 In a plane lying diagonally through the armature 20 parallel to the axis of rotation D, which runs through the pole piece areas with the first armature pole faces 21a, 22b, the armature 20 thus likewise has a U-shaped cross section, the open side of the U cross section of the armature 20 in the direction of the open side of the U-section of the yoke 10 points.
  • the sharply shortened ends of the two pole pieces 21, 22 form the second armature pole faces 21b, 22b.
  • the second armature pole face 21b which is formed by the shortened end of the first pole piece 21 (in FIG. 11 the north pole N of the armature 20), lies opposite the second yoke pole face 12b of the second U leg and the second yoke pole face 22b, which is formed by the second pole piece 22 (in FIG. 11 the south pole S of the armature 20), lies opposite the second yoke pole face 11b of the first U leg 11 of the yoke 10.
  • This asymmetrical design means that in the first rotational position I very large opposite first yoke pole faces 11a, 12a and associated armature pole faces 21a, 22a are available, so that in the first Rotary position I, the magnetic contact resistance between the armature 20 and the yoke 10 is very low.
  • the second yoke pole faces 11b, 12b and second armature pole faces 22b, 21b abutting one another in the second rotational position II (see FIG. 9) are relatively small, the magnetic resistance being increased by the separating platelets 13 made of non-magnetic material.
  • a return spring 4 can be dispensed with.
  • the asymmetrical design of the armature pole faces that are located opposite each other at a yoke end has the advantage that an effective energy converter can be realized with a very small actuation path.

Abstract

A switching device is described to switch on an electrical appliance (50) which has a power supply connector (55) connected to a power supply (E). The switching device has an electromechanical power converter (1) arranged in or against a housing (56) of the electrical appliance (50) and is actuated manually by an operator of the electrical appliance (50) for conversion of a kinetic switching pulse (F) into an electrical pulse (SP), and a power supply switching unit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120) which in a first switched state connects the power supply connector (55) to an operating unit (51, 52) of the electrical appliance (50), and in a second switched state disconnects the operating unit (51, 52) of the electrical appliance (50) from the power supply connector (55). The power converter (1) and the power supply switching unit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120) are connected together by circuitry so that when the power supply switching unit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120) is in the second switched state, said power supply switching unit is switched into the first switched state by means of an electrical pulse (SP) produced by a mechanical actuation of the power converter (1). Also described are a power converter (1) to be used in such circuitry device, an electrical appliance (50) with an associated switching device, and a method to switch on an electrical appliance (50).

Description

Schalteinrichtung und Verfahren zum Einschalten eines Switching device and method for switching on a
Elektrogerätselectrical appliance
Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zum Einschalten eines Elektrogeräts. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen in einer solchen Schalteinrichtung verwendbaren Energiewandler, ein Elektrogerät mit einer entsprechenden Schalteinrichtung und ein Verfahren zum Einschalten eines Elektrogeräts.The invention relates to a switching device for switching on an electrical appliance. Moreover, the invention relates to a usable in such a switching device energy converter, an electrical appliance with a corresponding switching device and a method for switching on an electrical appliance.
Unter dem Begriff Elektrogerät ist dabei im Folgenden jeder elektrisch betriebene Gebrauchsgegenstand im privaten oder gewerblichen Bereich zu verstehen, insbesondere elektrische Haushaltsgeräte wie die so genannte „weiße Ware" (d. h. Geräte zur Erledigung der Hausarbeit wie Waschmaschinen, Spülmaschinen, Trockner, Herde etc.), thermische oder motorische Kleingeräte, die so genannte „braune Ware" (d. h. Geräte der Unterhaltungselektronik), aber auch Heizungen, Heimwerkergeräte, Raumklimageräte, Leuchten, Messgeräte, Körperpflegegeräte, Wellnessgeräte oder elektrisches Spielzeug. Üblicherweise werden solche Elektrogeräte, sofern sie nicht ausschließlich batterie- oder akkubetrieben sind, mittels eines Energieversorgungsanschlusses an eine externe Energieversorgung angeschlossen. Hierbei handelt es sich meist um ein öffentliches Stromnetz bzw. das Hausstromnetz, weshalb der Energieversor- gungsanschluss in der Regel als Netzanschluss bezeichnet wird.In the following, the term "electrical appliance" is understood to mean any electrically operated commodity article in the private or commercial sector, in particular electrical household appliances such as the so-called "white goods" (ie devices for completing domestic work such as washing machines, dishwashers, dryers, stoves, etc.), thermal or small motorized devices, the so-called "brown goods" (ie consumer electronics), but also heaters, home improvement appliances, room air conditioners, lights, meters, personal care appliances, wellness equipment or electric toys. Usually, such electrical appliances, if they are not exclusively battery or battery operated, connected by means of a power supply connection to an external power supply. This is usually a public power grid or the household power grid, which is why the power supply connection is usually referred to as a grid connection.
Diese Elektrogeräte weisen einen sog. Netzschalter auf, mit dem der Benutzer die Energieversorgung manuell ein- und abschalten kann, indem eine Leitung, die vom Energieversorgungsanschluss im Inneren des Geräts zu einer Betriebseinheit, beispielsweise der Steuerelektronik oder sonstigen, elektrische Leistung benötigenden Komponenten des Elektrogeräts führt, unterbrochen wird bzw. bei einem Einschalten des Elektrogeräts wieder verbunden wird. Bei einem solchen Schalter kann es sich um einen klassischen Kippschalter, einen Taster, um einen Drehschalter oder dergleichen handeln. Insbesondere bei größeren Geräten wie Haushaltsgeräten, die zur weißen oder braunen Ware zählen, befinden sich diese Netzschalter meist in einer Bedieneinheit an einer Frontblende an der Vorderseite des Geräts.These electrical appliances have a so-called. Power switch, with which the user can manually switch on and off the power supply by a line that leads from the power supply connection inside the device to an operating unit, such as the control electronics or other, electrical power required components of the electrical appliance , is interrupted or is reconnected when switching on the electrical appliance. Such a switch can be a classic toggle switch, a button, to a Rotary switch or the like act. Especially with larger devices such as household appliances that belong to the white or brown goods, these power switches are usually in a control unit on a front panel on the front of the device.
Im Rahmen eines modernen Designs werden neuere Geräte jedoch oftmals nicht mehr mit einem solchen Netzschalter ausgestattet, sondern mit kleinen elektronischen Tasten oder Bedienelementen, die in sogenannten Bedienoberflächen oder „Touch-Panels" integriert sind. Ein Beispiel hierfür zeigt die DE 198 11 372 A1 , in der ein Kochfeld beschrieben wird, welches einen Kochfeldrahmen mit einem darunter angeordneten Piezosensor als Bedienelement aufweist. Ein auf den Piezosensor ausgeübter Druck wird von einer Auswerteelektronik detektiert und das dadurch erzeugte Betätigungssignal mit herkömmlicher Logik bzw. einem Mikroprozessor weiterverarbeitet.In the context of a modern design, however, newer devices are often no longer equipped with such a power switch, but with small electronic buttons or operating elements which are integrated in so-called user interfaces or "touch panels." An example of this is shown in DE 198 11 372 A1, A pressure applied to the piezo sensor is detected by an evaluation unit and the actuating signal generated thereby is further processed using conventional logic or a microprocessor.
Insbesondere z. B. bei Großgeräten wie z. B. Elektroherden, die mit Netzspannungen arbeiten, oder Spül- oder Waschmaschinen, bei denen der Bediener mit Feuchtigkeit in Verbindung kommen kann, ist es aus sicherheitstechnischen und/oder aus Gestaltungsgründen zudem sinnvoll, im Frontbereich anstelle der klassischen Netzschalter, die ummittelbar die Netzspannung unterbrechen, geeignete nicht mit der Netzspannung in Berührung kommende Taster zu verwenden, mit denen das Gerät eingeschaltet werden kann. Eine derartige Konstruktionsweise bedingt aber, dass zur Energieversorgung des Einschalttasters sich das jeweilige Gerät im sogenannten „Standby-Betrieb" befindet, in dem die Stromversorgung des Elektrogeräts nicht komplett abgeschaltet ist. Dies führt wiederum dazu, dass das Gerät auch im ausgeschalteten Zustand, wenn es eigentlich nicht benötigt wird, permanent eine Restmenge an Energie verbraucht. Bezüglich des einzelnen Elektrogeräts ist dies zwar nur ein sehr geringer Betrag, jedoch summieren sich die durch Elektrogeräte im Standby-Betrieb verbrauchte Energiebeträge weltweit zu einer sehr hohen Energiemenge auf, so dass ein Standby-Betrieb aus Gründen des Umweltschutzes und der Ressourcenschonung vermieden werden sollte. In der DE 10 2005 044 615 A1 wird deshalb eine fernbedienbare Schaltung für elektrische Geräte beschrieben, welche einen stark verringerten Standby-Stromverbrauch erlaubt.In particular z. B. in large equipment such. As electric stoves that work with mains voltages, or rinsing or washing machines, where the operator can get in contact with moisture, it is also useful for safety and / or reasons of design, in the front area instead of the classic power switch, the immediate interrupt the mains voltage to use suitable non-mains contact probes to turn on the unit. However, such a construction requires that the power supply of the power button, the respective device is in the so-called "standby mode" in which the power supply of the electrical device is not completely switched off.This in turn means that the device in the off state, if This is only a very small amount with respect to the individual electrical appliance, but the amounts of energy consumed by appliances in standby mode add up to a very high amount of energy worldwide, so that a standby Operation off Environmental protection and resource conservation should be avoided. In DE 10 2005 044 615 A1, therefore, a remote-controllable circuit for electrical devices is described, which allows a greatly reduced standby power consumption.
Eine Möglichkeit zur vollständigen Einsparung der Standby-Energie wäre, auch bei moderneren Geräten wieder Netzschalter der klassischen Art einzuführen, die der Benutzer manuell betätigt, um die Betriebseinheiten des Elektrogeräts komplett vom Energieversorgungsanschluss zu trennen. Dies hat aber zum einen die bereits oben erläuterten sicherheitstechnischen Nachteile bzw. der Netzschalter muss aufwendig so hergestellt sein, dass er spezielle Sicherheitsvorgaben erfüllt. Zum anderen sind die klassischen Netzschalter nur schwer in ein modernes Bedienfelddesign zu integrieren.One way to completely conserve standby power would be to re-insert power switches of the classical type, even on more modern devices, which the user manually operates to completely disconnect the operating units of the electrical appliance from the power supply connection. On the one hand, however, this has the above-mentioned safety-related disadvantages or the power switch must be elaborately manufactured in such a way that it meets special safety requirements. On the other hand, the classic power switches are difficult to integrate into a modern control panel design.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine alternative Schalteinrichtung sowie ein alternatives Verfahren zum Einschalten eines Elektrogeräts und ein entsprechendes Elektrogerät zu schaffen, mit dem sämtliche elektrischen Sicherheitsvorschriften problemlos eingehalten werden können und zudem auf einen Standby-Betrieb des Elektrogeräts verzichtet werden kann.It is therefore an object of the invention to provide an alternative switching device and an alternative method for switching on an electrical appliance and a corresponding electrical appliance with which all electrical safety regulations can be easily complied with and can also be dispensed with a standby operation of the electrical appliance.
Diese Aufgabe wird durch eine Schalteinrichtung gemäß Patentanspruch 1 , ein Elektrogerät gemäß Patentanspruch 13 sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 17 gelöst.This object is achieved by a switching device according to claim 1, an electrical device according to claim 13 and by a method according to claim 17.
Eine erfindungsgemäße Schalteinrichtung weist einen im oder am Gehäuse des Elektrogeräts angeordneten, von einem Bediener des Geräts manuell zu betätigenden elektromechanischen Energiewandler zur Umwandlung eines kinetischen Schaltimpulses in einen elektrischen Impuls auf. Dieser Energiewandler ist mit einer Energieversorgungsschalteinheit schaltungstechnisch gekoppelt, wobei die Energieversorgungsschalteinheit in einem ersten Schaltzustand den Energieversorgungsanschluss mit einer Betriebseinheit des Elektrogeräts verbindet und in einem zweiten Schaltzustand die Betriebseinheit des Elektrogeräts vom Energieversorgungsanschluss trennt. Unter dem Energieversorgungsanschluss ist dabei zumindest eine stromführende Leitung, beispielsweise bei einem Netzanschluss zumindest die Phasenleitung, und unter der Betriebseinheit ein Netzteil, eine Steuerelektronik oder sonstige Komponenten des Geräts zu verstehen, die mit Hilfe der elektrischen Energie betrieben werden. Es kann sich hierbei auch um eine Kombination verschiedener Betriebseinheiten handeln, die alle durch die Energieversorgungsschalteinheit mit dem Energieversorgungsanschluss verbunden oder von diesem getrennt werden. Die Energieversorgungsschalteinheit kann auch aus mehreren Teileinheiten bestehen, welche verschiedene Betriebseinheiten des Elektrogeräts (sofern dieses mehrere getrennte Betriebseinheiten aufweist) jeweils vom Energieversorgungsanschluss oder von verschiedenen Teil-Energieversorgungsanschlüssen trennt bzw. mit diesen Anschlüssen verbindet. Die Kopplung des Energiewandlers mit der Energieversorgungsschalteinheit erfolgt dabei über geeignete Leitungen im Elektrogerät so, dass die Energieversorgungsschalteinheit, wenn sie sich im zweiten Schaltzustand befindet, durch einen bei einer mechanischen Betätigung des Energiewandlers erzeugten elektrischen Impuls in den ersten Schaltzustand geschaltet wird.A switching device according to the invention has an arranged in or on the housing of the electrical appliance, manually operated by an operator of the device electromechanical energy converter for converting a kinetic switching pulse into an electrical pulse. This energy converter is circuit-coupled with a power supply switching unit, wherein the power supply switching unit in a first switching state the Power supply connection to an operating unit of the electrical appliance connects and separates the operating unit of the electrical appliance from the power supply terminal in a second switching state. In this case, at least one current-carrying line, for example, in the case of a mains connection, at least the phase line, and the operating unit a power supply, control electronics or other components of the device that are operated with the aid of electrical energy, are to be understood as the power supply connection. This can also be a combination of different operating units, which are all connected to or disconnected from the power supply connection by the power supply switching unit. The power supply switching unit can also consist of a plurality of subunits, which different operating units of the electrical appliance (if this has a plurality of separate operating units) respectively from the power supply terminal or from different partial power supply terminals connects or connects to these terminals. The coupling of the energy converter with the power supply switching unit is carried out via suitable lines in the electrical appliance so that the power supply switching unit, when it is in the second switching state, is switched by a generated during a mechanical actuation of the energy converter electrical pulse in the first switching state.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einschalten des Elektro- geräts wird mittels eines im oder am Gehäuse des Elektrogeräts montierten, manuell zu betätigenden elektromechanischen Energiewandlers ein kinetischer Schaltimpuls in einen elektrischen Impuls umgewandelt. Mittels dieses elektrischen Impulses wird eine Energieversorgungsschalteinheit, die in dem ersten Schaltzustand den Energieversorgungsanschluss mit der Betriebseinheit des Elektrogeräts verbindet und in einem zweiten Schaltzustand die Betriebseinheit vom Energieversorgungsanschluss trennt, vom zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand geschaltet. Der Kernpunkt der Erfindung besteht folglich darin, zur Vermeidung eines Standby-Zustands zur Einschaltung des Elektrogeräts einen elektro- mechanischen Energiewandler zu verwenden, der bei einer Betätigung eines Betätigungselements des Energiewandlers den vom Bediener abgegebenen kinetischen Schaltimpuls in einen elektrischen Impuls umwandelt, um diesen elektrischen Impuls dann zum Umschalten der Energieversorgungsschalteinheit des Elektrogeräts zu nutzen. Ein solcher elektromechanischer Energiewandler ist vollkommen energieautark, d. h. es wird keinerlei Energieversorgung benötigt, um den Energiewandler betriebsbereit zu halten. Er kann in Form eines Tasters aufgebaut sein, bzw. einen Taster als Betätigungselement aufweisen, der sich leicht in eine Bedienfläche, insbesondere die Frontblende eines beliebigen Elektrogeräts, einbauen lässt. Da der Energiewandler schaltungstechnisch mit der eigentlichen Energieversorgungsschalteinheit über geeignete Leitungen gekoppelt ist, besteht kein direkter Kontakt des Bedieners mit der Energieversorgungsschalteinheit, an welcher die Netzspannung anliegt. Die Schalteinrichtung erfüllt also höchste Sicherheitsanforderungen.In the method according to the invention for switching on the electrical appliance, a kinetic switching pulse is converted into an electrical pulse by means of a manually operated electromechanical energy converter mounted in or on the housing of the electrical appliance. By means of this electrical pulse, a power supply switching unit which connects the power supply terminal to the operating unit of the electrical appliance in the first switching state and disconnects the operating unit from the power supply terminal in a second switching state is switched from the second switching state to the first switching state. The crux of the invention is thus to use an electro-mechanical energy converter to avoid a standby state for switching on the electrical appliance, which converts the output by the operator kinetic switching pulse into an electrical pulse upon actuation of an actuating element of the energy converter to this electrical pulse then to use for switching the power supply switching unit of the electrical appliance. Such an electromechanical energy converter is completely energy self-sufficient, that is, no power supply is needed to keep the energy converter operational. It can be constructed in the form of a button, or have a button as an actuator that can be easily installed in a control surface, in particular the front panel of any electrical device. Since the energy converter is technically coupled to the actual power supply switching unit via suitable lines, there is no direct contact of the operator with the power supply switching unit to which the mains voltage is applied. The switching device thus meets the highest safety requirements.
Zur Schaffung eines erfindungsgemäßen Elektrogeräts muss dieses lediglich mit einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung ausgerüstet sein. Grundsätzlich ist es dabei auch möglich, bereits in Serie laufende Gerätetypen so umzurüsten, dass sie anstelle von bisher verwendeten Schaltern nun mit der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung ausgestattet werden. Umfangreichere Design- oder Konstruktionsänderungen sind nicht erforderlich, so dass relativ schnell, kostengünstig und mit geringem Neukonstruktionsaufwand erfindungsgemäße Elektrogeräte produziert werden können.To create an electrical appliance according to the invention this must be equipped only with a switching device according to the invention. Basically, it is also possible to retrofit already in series running device types so that they are now equipped with the switching device according to the invention instead of previously used switches. More extensive design or design changes are not required, so that relatively quickly, inexpensively and with little redesign effort electrical appliances according to the invention can be produced.
Elektromagnetische Energiewandler sind bereits zum Einsatz in Fernschaltern bekannt, welche ohne eine Netzspannung auskommen müssen. Dabei wird durch den elektromagnetischen Impuls, der durch die mechanische Betätigung im Energiewandler generiert wird, eine Sendeeinheit in Betrieb genommen, welche einen entsprechenden Funkimpuls aussendet, der wiederum ein Relais oder dergleichen schaltet. Ein typischer Einsatz hierfür ist die Nutzung solcher Funkfernschalter zur Schaltung von Beleuchtungen, wenn zusätzliche Einschalter benötigt werden und eine Verlegung von weiteren Leitungen zu aufwändig oder nicht machbar wäre. Auf Seiten der elektrischen Einrichtung, die geschaltet werden soll, wird hierzu aber ein Empfänger im Standby-Modus benötigt, der das relativ schwache Signal des Senders empfängt, verstärkt und dekodiert, um dann den Schaltbefehl auszuführen. Ein elektromagnetischer Energiewandler für einen solchen Einsatz wird beispielsweise in der DE 103 15 765 B4 beschrieben, wobei diese Schrift auch einen relativ guten Überblick über den Stand der Technik bezüglich solcher Energiewandler gibt. Ein weiterer Energiewandler wird in der WO 2007/060072 A1 beschrieben.Electromagnetic energy converters are already known for use in remote switches, which have to make do without a mains voltage. It is characterized by the electromagnetic pulse, by the mechanical actuation is generated in the energy converter, a transmitting unit put into operation, which emits a corresponding radio pulse, which in turn switches a relay or the like. A typical use for this is the use of such radio remote switch for switching lights when additional power switch are needed and a laying of additional lines would be too expensive or not feasible. On the part of the electrical device to be switched, this requires a receiver in standby mode, which receives the relatively weak signal from the transmitter, amplifies and decodes, and then executes the switching command. An electromagnetic energy converter for such use is described for example in DE 103 15 765 B4, this document also gives a relatively good overview of the state of the art with respect to such energy converters. Another energy converter is described in WO 2007/060072 A1.
Der in der DE 103 15 765 B4 beschriebene elektromagnetische Energiewandler weist einen Permanentmagneten und ein dazu bewegliches Element auf, das von einer elektrischen Spule umschlossen ist. In eine erste Ruhelage des beweglichen Elements ist ein magnetischer Fluss durch das bewegliche Element geschlossen. Bei einer Bewegung des beweglichen Elements in eine zweite Ruhelage wird eine Umkehrung des magnetischen Flusses im magnetischen Element bewirkt. Der Permanentmagnet ist so ausgebildet, dass sich dessen magnetische Nord- und Südpole jeweils an den Enden des beweglichen Elements gegenüber befinden und dabei Anschläge für das bewegliche Element bilden. Damit das bewegliche Element innerhalb der Spule gekippt werden kann, befindet sich zwischen Spule und beweglichem Element ein Freiraum. Bei dieser Konstruktion werden daher nur relativ geringe Spannungen und Leistungen erreicht.The electromagnetic energy converter described in DE 103 15 765 B4 has a permanent magnet and a movable element, which is enclosed by an electrical coil. In a first rest position of the movable element, a magnetic flux is closed by the movable member. In a movement of the movable member in a second rest position, a reversal of the magnetic flux is effected in the magnetic element. The permanent magnet is formed so that its magnetic north and south poles are respectively opposite to the ends of the movable element and thereby form stops for the movable element. So that the movable element can be tilted within the coil, there is a free space between the coil and the movable element. In this construction, therefore, only relatively low voltages and powers are achieved.
Für den erfindungsgemäß gewünschten Einsatz zum autarken Schalten einer Energieversorgungsschalteinheit in einem Gerät, welches sich nicht im Standby-Modus befindet, ist bei den bisher bekannten und auf dem Markt befindlichen Energiewandlern die erreichbare Spitzenspannung und die erreichbare Leistung der Strompulse zu gering, um für ein sicheres Schalten zu sorgen. Besonders bevorzugt wird daher in der erfindungs- gemäßen Schalteinrichtung ein Energiewandler eingesetzt, der ein feststehendes Joch aufweist, welches zumindest zwei Enden mit jeweils einer ersten Polfläche aufweist und in einem Bereich zwischen den Enden von zumindest einer Induktionsspule umwickelt ist. Der Energiewandler besitzt zudem einen permanentmagnetischen Anker, welcher an zwei Enden jeweils eine erste Anker-Polfläche aufweist und um eine Drehachse so am Joch drehbar gelagert ist, dass in einer ersten Drehstellung des Ankers die ersten Anker-Polflächen jeweils, unter Bildung eines Anschlags für die erste Drehstellung, an den ersten Joch- Polflächen an den beiden Enden des Jochs anliegen. Außerdem weist der Energiewandler ein Betätigungselement beispielsweise in Form einer Taste zur Bewegung des Ankers durch eine externe mechanische Kraft aus der ersten Drehstellung in eine zweite Drehstellung auf, wobei in der Induktionsspule elektrische Energie induziert wird.For the inventively desired use for autonomous switching of a power supply switching unit in a device that does not is in standby mode, the achievable peak voltage and the achievable power of the current pulses is too low in the previously known and on the market energy converters to ensure safe switching. Therefore, in the switching device according to the invention, an energy converter is particularly preferably used which has a fixed yoke which has at least two ends each with a first pole face and is wrapped in a region between the ends of at least one induction coil. The energy converter also has a permanent magnetic armature, which has at two ends in each case a first armature pole face and is rotatably mounted about a rotation axis on the yoke that in a first rotational position of the armature, the first armature pole faces respectively, forming a stop for the first rotational position, abut the first yoke pole faces at the two ends of the yoke. In addition, the energy converter has an actuating element, for example in the form of a button for moving the armature by an external mechanical force from the first rotational position to a second rotational position, wherein in the induction coil electrical energy is induced.
Grundsätzlich können aber auch elektromechanische Energiewandler ganz anderer Bauarten, z.B. neben elektromagnetisch arbeitenden Schaltern auch piezoelektrische Schalter o. ä. für den erfindungsgemäßen Einsatz genutzt werden, so lange sie einen ausreichend großen elektrischen Impuls bzw. eine ausreichende Energie liefern.In principle, however, electromechanical energy converters of quite different types, e.g. In addition to electromagnetically operating switches and piezoelectric switches o. Ä. Are used for the inventive use, as long as they provide a sufficiently large electrical impulse or sufficient energy.
Die abhängigen Ansprüche sowie die weitere Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können die abhängigen Ansprüche einer Kategorie auch die unabhängigen Ansprüche der jeweils anderen Kategorien weiterbilden.The dependent claims and the further description each contain particularly advantageous embodiments and further developments of the invention. The dependent claims of one category can also further develop the independent claims of the other categories.
Besonders bevorzugt ist die Schalteinrichtung so aufgebaut, dass der bei der mechanischen Betätigung des Energiewandlers erzeugte elektrische Impuls die Energieversorgungsschalteinheit unmittelbar schaltet, d.h. dass keine aktive weitere Verstärkung, Kodierung, Dekodierung oder sonstige Bearbeitung des Impulses erforderlich ist, sondern allenfalls passive Bauelemente wie z.B. Kondensatoren zum eventuellen Glätten des Pulses etc. verwendet werden.Particularly preferably, the switching device is constructed such that the electrical pulse generated during the mechanical actuation of the energy converter switches the power supply switching unit directly, ie no active further amplification, coding, decoding or other processing of the pulse is required, but at most passive components such as capacitors for eventual smoothing of the pulse, etc. may be used.
Je nach Art des Elektrogeräts kann die Energieversorgungsschalteinheit eine Wechselstrom-Schalteinheit und/oder eine Gleichstrom-Schalteinheit umfassen. In der Regel wird entweder nur eine Wechselstrom-Schalteinheit oder eine Gleichstrom-Schalteinheit benötigt. Grundsätzlich ist aber auch denkbar, dass die Energieversorgungsschalteinheit sowohl eine Wechselstrom-Schalteinheit als auch eine Gleichstrom-Schalteinheit jeweils als Teil-Energieversorgungs-Schalteinheiten umfasst, um verschiedene Betriebseinheiten des Elektrogeräts mit dem Energie- versorgungsanschluss in der für die jeweilige Betriebseinheit sinnvollen Weise zu verbinden.Depending on the type of electrical appliance, the power supply switching unit may comprise an AC switching unit and / or a DC switching unit. In general, either only an AC switching unit or a DC switching unit is needed. In principle, however, it is also conceivable for the energy supply switching unit to comprise both an AC switching unit and a DC switching unit as partial energy supply switching units in order to connect different operating units of the electrical appliance to the energy supply connection in the manner that is meaningful for the respective operating unit.
Bei einer Gleichstrom-Schalteinheit ist dem Energieversorgungs- anschluss, sofern es sich hierbei um einen Wechselspannungsanschluss handelt, vorzugsweise ein Gleichrichter nachgeschaltet, welcher sich z. B. direkt eingangsseitig am Energieversorgungsanschluss des Elektrogeräts befindet, und die Energieversorgungsschalteinheit ist zwischen Gleichrichter und Betriebseinheit geschaltet.In the case of a DC switching unit, the power supply connection, if this is an AC voltage connection, is preferably followed by a rectifier, which is connected, for example, to a rectifier. B. directly on the input side of the power supply terminal of the electrical appliance, and the power supply switching unit is connected between the rectifier and the operating unit.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass es sich bei dem Energie- versorgungsanschluss zwar in den meisten Fällen um einen Netz- anschluss handelt. Grundsätzlich muss es sich bei der Energieversorgung aber nicht um ein Energieversorgungsnetz handeln, sondern es kann sich auch um eine andere Energieversorgung, beispielsweise eine eigene Stromversorgung des Elektrogeräts, ein Notstromaggregat o. Ä. handeln.It should be noted at this point that although the power supply connection is in most cases a mains connection. In principle, however, the energy supply need not be an energy supply network, but may also be another energy supply, for example a separate power supply of the electrical appliance, an emergency power generator or the like. act.
Die Energieversorgungs-Schalteinheit kann durch verschiedenste Schaltungen realisiert werden. Eine Schaltung, welche sich insbesondere auch zum Schalten von Wechselstrom anbietet, ist eine Relaisschaltung mit einem oder mehreren Relais. Ebenso kann hierfür eine Thyristor- Schaltung, vorzugsweise eine Triac-Schaltung, genutzt werden, welche auch in der Lage ist, Wechselstrom zu schalten. Eine weitere bevorzugte Variante ist eine Transistor-Schaltung, insbesondere mit Feldeffekt- transistoren, vor allem so genannten Leistungs-MOSFETs, die in der Lage sind, höhere Leistungen zu schalten. Dabei hängt es von der Art der Schaltung ab, ob eine Schaltung von Wechselstrom oder nur eine Gleichstromschaltung möglich ist. Grundsätzlich kann die Energieversorgungsschalteinheit auch aus mehreren Komponenten der oben genannten Arten realisiert werden.The power supply switching unit can be realized by various circuits. A circuit, which is particularly suitable for switching AC, is a relay circuit with one or more relays. Likewise, for this purpose, a thyristor circuit, preferably a triac circuit, can be used, which is also able to switch alternating current. Another preferred variant is a transistor circuit, in particular with field effect transistors, especially so-called power MOSFETs, which are able to switch higher powers. It depends on the type of circuit, whether a circuit of alternating current or only a DC circuit is possible. In principle, the power supply switching unit can also be realized from a plurality of components of the abovementioned types.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind der Energiewandler und die Energieversorgungsschalteinheit miteinander so schaltungstechnisch gekoppelt, dass die Energieversorgungsschalteinheit, wenn sie sich im ersten Schaltzustand befindet, durch einen bei einer Betätigung des Energiewandlers erzeugten elektrischen Impuls in den zweiten Schaltzustand geschaltet wird. In diesem Fall lässt sich also der Energiewandler nicht nur als Einschalter, sondern auch als Ausschalter verwenden.In a preferred embodiment, the energy converter and the power supply switching unit are circuit-coupled with each other so that the power supply switching unit, when in the first switching state, is switched to the second switching state by an electrical pulse generated upon actuation of the energy converter. In this case, the energy converter can therefore be used not only as a power switch but also as a circuit breaker.
Dies bietet sich insbesondere an, wenn die Energieversorgungsschalteinheit inhärent bistabil ausgebildet ist. Bistabile Energieversorgungsschalteinheiten können beispielsweise durch geeignete Relais realisiert werden.This is particularly useful when the power supply switching unit is inherently bistable. Bistable power supply switching units can be realized, for example, by suitable relays.
Eine Alternative zur Verwendung einer inhärent bistabilen Energieversorgungsschalteinheit ist die Nutzung einer Halte-Schaltung, die die Energieversorgungsschalteinheit nach einem Umschalten vom zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand im ersten Schaltzustand hält. Auf diese Weise können auch monostabile Schalteinheiten quasi bistabil gemacht werden.An alternative to using an inherently bistable power supply switching unit is the use of a holding circuit that keeps the power supply switching unit in the first switching state after switching from the second switching state to the first switching state. In this way, even monostable switching units can be made quasi bistable.
Die Halte-Schaltung kann beispielsweise einen Signalgeber aufweisen oder mit einem Signalgeber, beispielsweise als Teil einer Betriebseinheit des Elektrogeräts, gekoppelt sein, wobei der Signalgeber über den Energieversorgungsanschluss mit Energie versorgt wird, wenn sich die Energieversorgungsschalteinheit im ersten Schaltzustand befindet. Der Signalgeber kann dann permanent ein Signal ausgeben, um die Energieversorgungsschalteinheit im ersten Schaltzustand zu halten.The holding circuit may have, for example, a signal generator or with a signal generator, for example as part of an operating unit of the electrical appliance, wherein the signal generator is supplied with energy via the energy supply connection when the energy supply switching unit is in the first switching state. The signal generator can then permanently output a signal in order to keep the power supply switching unit in the first switching state.
Vorzugsweise weist die Schalteinrichtung einen mit der Energieversorgungsschalteinheit gekoppelten Signalgeber auf, der so ausgebildet ist und/oder von einer Betriebseinheit des Elektrogeräts so angesteuert wird, dass die Energieversorgungsschalteinheit in Abhängigkeit von einem definierten Betriebsprogramm des Elektrogeräts vom ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand umschaltet. Das heißt, die Schalteinrichtung besitzt eine so genannte „Selbstabschaltung", die in der Lage ist, das Elektrogerät ohne Eingreifen des Benutzers auszuschalten. Dabei wird vom Energieversorgungsanschluss tatsächlich eine echte Abschaltung der Betriebseinheiten und nicht ein Umschalten in einen Standby- Zustand durchgeführt.Preferably, the switching device has a signal transmitter coupled to the power supply switching unit, which is configured and / or controlled by an operating unit of the electrical device such that the power supply switching unit switches from the first switching state to the second switching state as a function of a defined operating program of the electrical device. That is, the switching device has a so-called "self-turn-off" capable of turning off the electric device without user intervention, and the power supply connection actually performs a real shutdown of the operating units rather than a standby state.
Bei diesem Signalgeber kann es sich auch um den Signalgeber handeln, der innerhalb der Halte-Schaltung verwendet wird. In diesem Fall wird der Signalgeber beispielsweise so von der Betriebseinheit des Elektrogeräts angesteuert, dass er zum Ausschalten des Elektrogeräts das Signal abschaltet, welches in der Halte-Schaltung dafür sorgt, dass die Energieversorgungsschalteinheit im ersten Schaltzustand bleibt. Es kann sich hierbei aber ebenso, insbesondere bei einer Verwendung von bistabilen Energieversorgungs-Schalteinheiten, um einen speziellen Signalgeber handeln, welcher einen Impuls ausgibt, um eine Energieversorgungs- Schalteinheit aktiv vom ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand umzuschalten. Bei beiden Varianten ist es bevorzugt möglich, dass zusätzlich auch der Benutzer über die Betätigung des Energiewandlers die Energieversorgungs-Schalteinheit vom zweiten in den ersten Schaltzustand umschalten kann. Das Elektrogerät weist hierzu vorzugsweise eine Steuerelektronik auf, welche die Energieversorgungs- Schalteinheit gemäß einem bestimmten Programmablauf in den zweiten Schaltzustand zurückschaltet. Ein typisches Beispiel ist das Abschalten einer Waschmaschine, einer Spülmaschine oder eines Trockners, wenn das Spül- bzw. Trocknerprogramm durchlaufen ist. Ebenso kann für eine automatische Abschaltung eines Herds oder Ofens gesorgt werden, wenn das gewünschte Programm abgelaufen ist oder wenn im Rahmen eines Überwachungsprogramms festgestellt wird, dass bestimmte Teile zu heiß werden oder sich beispielsweise auf einer Herdplatte kein Topf befindet.This signal generator may also be the signal generator used within the holding circuit. In this case, the signal generator is driven, for example, by the operating unit of the electrical appliance, that it switches off the signal to turn off the electrical appliance, which ensures in the holding circuit that the power supply switching unit remains in the first switching state. However, in this case as well, in particular when bistable energy supply switching units are used, this may be a special signal generator which outputs a pulse in order to actively switch a power supply switching unit from the first switching state to the second switching state. In both variants, it is preferably possible for the user in addition to be able to switch the energy supply switching unit from the second to the first switching state via the actuation of the energy converter. For this purpose, the electrical appliance preferably has an electronic control unit which supplies the power supply Switching unit according to a certain program flow back into the second switching state. A typical example is the shutdown of a washing machine, a dishwasher or a dryer when the program has been run through. Likewise, an automatic shutdown of a stove or oven can be provided when the desired program has expired or when it is determined in a monitoring program that certain parts are too hot or, for example, is on a stove no pot.
Des Weiteren kann der Energiewandler auch während des laufenden Betriebs zur Eingabe von Steuerimpulsen für weitere Funktionen wie z.B. Zwischenstopps, Programmänderungen etc., verwendet werden. Hierzu kann der Ausgang des Energiewandlers zusätzlich noch mit einem Eingang einer geeigneten Steuervorrichtung des Elektrogeräts verbunden sein.Furthermore, the energy converter can also during operation for the input of control pulses for other functions such. Stopovers, program changes, etc., are used. For this purpose, the output of the energy converter may additionally be connected to an input of a suitable control device of the electrical appliance.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante weist die Schalteinrichtung eine mit dem Energiewandler gekoppelte Prozessoreinheit auf, welche im ausgeschalteten Zustand des Geräts, d. h. wenn sich die Energie- versorgungsschalteinheit im zweiten Schaltzustand befindet, in einem Ruhemodus gehalten wird. Dies kann mit Hilfe eines Puffer-Energiespeichers wie einer Batterie, eines ausreichenden Pufferkondensators etc. erfolgen. Bei Empfang eines Schaltimpulses vom Energiewandler wird dann durch die Prozessoreinheit die Energieversorgungs-Schalteinheit vom zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand umgeschaltet. Bei dieser Variante können auch über die Prozessoreinheit mittels des Energiewandlers während des laufenden Betriebs weitere Funktionen des Elektrogeräts aktiviert oder deaktiviert werden.In a further preferred variant, the switching device has a processor unit coupled to the energy converter, which in the switched-off state of the device, i. H. when the power supply switching unit is in the second switching state, it is kept in a sleep mode. This can be done with the help of a buffer energy storage such as a battery, a sufficient buffer capacitor, etc. Upon receipt of a switching pulse from the power converter, the power supply switching unit is then switched from the second switching state to the first switching state by the processor unit. In this variant, further functions of the electrical appliance can also be activated or deactivated via the processor unit by means of the energy converter during ongoing operation.
Der Energiewandler mit dem Betätigungselement ist in der Regel in einer Bedieneinheit, beispielsweise einer Bedienfläche, in der Frontblende des Elektrogeräts, angeordnet. Aus den oben genannten Sicherheitsgründen ist die Energieversorgungs-Schalteinheit dagegen bevorzugt in einem bedienerfernen Bereich im Gehäuse des Elektrogeräts, z. B. bei Großgeräten rückseitig im Gerät, angeordnet, so dass der Energiewandler, welcher vom Bediener betätigt wird, und die Energieversorgungsschalteinheit, welche unmittelbar die Netzspannung schaltet, möglichst weit voneinander beabstandet sein können.The energy converter with the actuating element is usually arranged in an operating unit, for example a control surface, in the front panel of the electrical appliance. For the above-mentioned safety reasons, however, the power supply switching unit is preferably in one remote area in the housing of the electrical appliance, z. B. in large equipment back in the device, arranged so that the energy converter, which is operated by the operator, and the power supply switching unit, which directly switches the mains voltage, as far as possible from each other can be spaced.
Der oben bereits beschriebene, bevorzugt eingesetzte Energiewandler ist vorzugsweise so aufgebaut, dass sich an jedem der Enden jeweils eine erste Anker-Polfläche und eine erste Joch-Polfläche sowie eine zweite Anker-Polfläche und eine zweite Joch-Polfläche gegenüberliegen.The above-described, preferably used energy converter is preferably constructed so that opposite at each of the ends in each case a first armature pole face and a first yoke pole face and a second armature pole face and a second yoke pole face.
Besonders bevorzugt weist der Anker an seinen Enden jeweils zueinander weisende erste und zweite Anker-Polflächen auf, und das Joch und der Anker sind so ausgebildet und zueinander angeordnet, dass sich die Enden des Jochs an den Enden des Ankers jeweils zwischen der ersten und der zweiten Anker-Polfläche befinden. Alternativ kann auch das Joch an seinen Enden jeweils zueinander weisende erste und zweite Joch- Polflächen aufweisen, und das Joch und der Anker sind so ausgebildet und zueinander angeordnet, dass sich die Enden des Ankers an den Enden des Jochs jeweils zwischen der ersten und der zweiten Joch- Polfläche befinden. Das heißt, in der ersten Variante dieses Ausführungsbeispiels ist der Anker an den Enden jeweils gabelförmig ausgebildet und weist auf den Innenseiten der beiden „Gabelzinken" jeweils die Anker-Polflächen auf, und die Enden des Jochs greifen zwischen die Gabelzinken. Bei der zweiten Variante ist es genau umgekehrt; das Joch weist gabelförmige Enden auf, wobei die Joch- Polflächen an den Innenseiten dieser „Gabelzinken" sind und die Ankerenden jeweils zwischen die Zinken greifen. Ein Vorteil beider Varianten kann sein, dass durch die jeweiligen außen liegenden Polflächen Anschläge in den beiden Drehstellungen des Ankers gebildet werden. Vorzugsweise weist das Joch in einer Ebene parallel zur Drehachse und parallel zu einer Längsachse der Induktionsspule einen U-förmigen Querschnitt auf. Dabei ist die Induktionsspule vorzugsweise auf den Querbalken des U-Querschnitts gewickelt und die beiden U-Schenkel bilden die freien Enden des Jochs, welche jeweils die Joch-Polflächen aufweisen. Somit steht auch bevorzugt die Drehachse senkrecht zur Wickelachse bzw. Längsachsen der Induktionsspule, d. h. die Längsachsen des Ankers und des mittleren, den U-Balken bildenden Teils des Jochs liegen in parallelen Ebenen. Zur Bildung der Drehachse kann das Joch beispielsweise zwischen den U-Schenkeln einen sich parallel zu den U-Schenkeln erstreckenden Stift aufweisen. Der Anker weist dann eine entsprechende Bohrung bzw. ein durchgehendes Loch auf, durch welche der Stift hindurchragt, sodass der Anker auf dem Stift um die Drehachse drehbar ist.Particularly preferably, the armature has at its ends in each case mutually facing first and second armature pole faces, and the yoke and the armature are formed and arranged to each other that the ends of the yoke at the ends of the armature respectively between the first and the second Anchor pole surface are located. Alternatively, the yoke may also have respective first and second yoke pole faces facing each other at its ends, and the yoke and the armature are formed and arranged with respect to each other so that the ends of the armature at the ends of the yoke between the first and the second Yoke pole surface are located. That is, in the first variant of this embodiment, the armature is fork-shaped at the ends and has on the inner sides of the two "forks" each the armature pole faces, and the ends of the yoke engage between the forks the yoke has bifurcated ends, with the yoke pole faces on the inside of these "forks" and the anchor ends each between the tines. An advantage of both variants may be that stops are formed in the two rotational positions of the armature by the respective outer pole faces. The yoke preferably has a U-shaped cross-section in a plane parallel to the axis of rotation and parallel to a longitudinal axis of the induction coil. In this case, the induction coil is preferably wound on the transverse bar of the U-section and the two U-legs form the free ends of the yoke, which each have the yoke pole faces. Thus, the axis of rotation is also preferably perpendicular to the winding axis or longitudinal axes of the induction coil, ie, the longitudinal axes of the armature and of the central, the U-beam forming part of the yoke are in parallel planes. To form the axis of rotation, the yoke can have, for example, a pin extending parallel to the U-legs between the U-legs. The armature then has a corresponding bore or a through hole through which the pin protrudes, so that the armature on the pin is rotatable about the axis of rotation.
Senkrecht zu einer Längsachse der Induktionsspule ist das Joch dagegen im Querschnitt vorzugsweise im Wesentlichen kreisförmig, d.h. kreisrund oder leicht ellipsenförmig, oder besonders bevorzugt zumindest annähernd quadratisch ausgebildet. Diese Formen haben den Vorteil, dass die Induktionsspule sich gut mit einer schnell laufenden Wickelmaschine dicht auf das Joch wickeln lässt.On the other hand, perpendicular to a longitudinal axis of the induction coil, the yoke is preferably substantially circular in cross-section, i. circular or slightly elliptical, or more preferably at least approximately square. These forms have the advantage that the induction coil can be tightly wound with a high-speed winding machine close to the yoke.
Besonders bevorzugt ist das Joch im Querschnitt senkrecht zu einer Längsachse der Induktionsspule im Wesentlichen viereckig, vorzugsweise rechteckig, ausgebildet und einem Bereich der Induktionsspule nur an zwei gegenüberliegenden ersten Seiten mit einer Mantelschicht bedeckt, welche an diesen Seiten eine Isolationsschicht zwischen dem Spulendraht und dem Joch bildet. An den beiden anderen gegenüberliegenden zweiten Seiten des Jochs verbleibt dabei zwischen der Joch-Wandfläche und der Induktionsspule nur ein nicht mit Material aufgefüllter Luftspalt bzw.Particularly preferably, the yoke in cross section perpendicular to a longitudinal axis of the induction coil is substantially rectangular, preferably rectangular, formed and a region of the induction coil covered only on two opposite first sides with a cladding layer which forms an insulating layer between the coil wire and the yoke on these sides , At the other two opposite second sides of the yoke remains between the yoke wall surface and the induction coil only a non-material filled air gap or
Hohlraum als Isolierung. Hierzu ragt die Mantelschicht, welche die beiden ersten Seiten bedeckt, jeweils an den Kanten zu den beiden angrenzenden zweiten Seiten ein kleines Stück über die Kante hinaus, wodurch an den beiden Kanten der zweiten Seiten jeweils ein wulstartiger Überstand gebildet wird, welcher als Anlage für die Wicklung dient. Bei fester Umwicklung des Jochs verbleibt dann automatisch an den zweiten Seiten der Luftspalt, welcher vorzugsweise eine maximale Dicke von 0,1 mm aufweist. Durch eine solche Konstruktion kann der Spulendraht bei ausreichender Isolierung zumindest an zwei Seiten des Jochs sehr nahe am Joch entlang geführt sein, was die Effizienz des Energiewandlers erheblich steigert.Cavity as insulation. For this purpose, the cladding layer, which covers the first two sides, protrudes a little beyond the edge, in each case at the edges to the two adjoining second sides, whereby At the two edges of the second sides in each case a bead-like projection is formed, which serves as an attachment for the winding. When the yoke is firmly wound, the air gap, which preferably has a maximum thickness of 0.1 mm, then automatically remains on the second sides. By such a construction, the coil wire can be performed with sufficient insulation at least on two sides of the yoke very close to the yoke along, which significantly increases the efficiency of the energy converter.
Insbesondere bei der zuvor beschriebenen Ausbildung des Jochs ist der Anker bevorzugt so ausgebildet, dass er in einer Ebene senkrecht zur Drehachse einen H-förmigen Querschnitt aufweist. Die H-Schenkel dieses H-Ankers schließen dann jeweils die freien U-Schenkel des Jochs zwischen sich ein, sodass sich die oben erläuterte Ausführungsform ergibt, bei der der Anker an jedem seiner beiden Enden jeweils zwei zueinander weisende erste und zweite Anker-Polflächen aufweist, die das Jochende zwischen sich einschließen, wobei sich jeweils eine erste Anker-Polfläche und eine erste Joch-Polfläche sowie eine zweite Anker- Polfläche und eine zweite Joch-Polfläche gegenüberliegen.In particular, in the case of the yoke described above, the armature is preferably designed such that it has an H-shaped cross section in a plane perpendicular to the axis of rotation. The H-legs of this H-armature then enclose the free U-legs of the yoke between them, so that the above-described embodiment results, in which the armature has two mutually facing first and second armature pole faces at each of its two ends sandwiching the yoke end therebetween, each opposing a first armature pole face and a first yoke pole face, and a second armature pole face and a second yoke pole face.
Die Joch-Polflächen und/oder die Anker-Polflächen können jeweils bezüglich der Lage ihrer Oberflächen so ausgebildet sein, dass die in den Drehstellungen jeweils voreinander liegenden Polflächen planparallel aufeinanderliegen oder in einem genau definierten, optimierten Winkel zueinander stehen.The yoke pole faces and / or the anchor pole faces can each be designed with respect to the position of their surfaces such that the pole faces lying in each case in the rotational positions lie plane-parallel on one another or stand at a precisely defined, optimized angle to one another.
Ganz besonders bevorzugt sind dabei die zwei an den Enden des Ankers diagonal gegenüberliegenden zweiten Anker-Polflächen kleiner ausgebildet als die ersten Anker-Polflächen und/oder zwei an den beiden Enden des Jochs diagonal gegenüberliegende zweite Joch-Polflächen sind kleiner ausgebildet als die ersten Joch-Polflächen. Beispielsweise können beim H-Anker zwei der diagonal gegenüberliegenden H-Schenkel kürzer sein. Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass durch die verringerten Querschnittflächen der zweiten Joch-Polflächen und/oder zweiten Anker-Polflächen gegenüber den ersten Joch-Polflächen und/oder ersten Anker-Polflächen der magnetische Widerstand in der ersten Drehstellung kleiner ist als in der zweiten Drehstellung.In this case, the two armature pole faces, which are diagonally opposite at the ends of the armature, are particularly preferably smaller than the first armature pole faces and / or two second yoke pole faces, which are diagonally opposite at the two ends, are smaller than the first yoke arm faces. pole faces. For example, in the H-armature, two of the diagonally opposite H-legs may be shorter. Through this training is achieved by the reduced cross-sectional areas of the second yoke pole faces and / or second armature pole faces relative to the first yoke pole faces and / or first armature pole faces, the magnetic resistance in the first rotational position is smaller than in the second rotational position.
Alternativ oder zusätzlich können zur Erhöhung des magnetischen Widerstands, insbesondere zwischen den zweiten Anker-Polflächen und den diesen zugeordneten zweiten Joch-Polflächen, jeweils Trennelementeangeordnet sein. Geeignete Trennelemente sind z. B. Trennplättchen aus nichtmagnetischem Material. Als Materialien hierfür bietet sich Edelstahl, beispielsweise Nirosta, an. Ebenso können auch z.B. zwischen der zweiten Anker-Polfläche und der zweiten Joch-Polfläche in der Anschlagstellung verbleibende Luftspalte, die bewusst durch geeignete konstruktive Maßnahmen wie einen oder mehrere zusätzliche Anschläge oder ein Versetzen der Drehachse erzielt werden, als Trennelemente dienen.Alternatively or additionally, in each case separating elements may be arranged to increase the magnetic resistance, in particular between the second armature pole faces and the second yoke pole faces associated therewith. Suitable separators are z. B. release plate of non-magnetic material. As materials for this is stainless steel, for example Nirosta, on. Likewise, e.g. between the second armature pole face and the second yoke pole face in the stop position remaining air gaps, which are deliberately achieved by appropriate design measures such as one or more additional stops or a displacement of the axis of rotation, serve as separating elements.
Als Material für das das Joch und die Eisenteile des Ankers wird ein besonders gut magnetisch leitendes Material, beispielsweise Weicheisen, verwendet. Der Anker kann aus verschiedenen Materialien bestehen. Vorzugsweise hat er einen permanentmagnetischen Kern aus Ferrit, z.B. Bariumoxid-Ferrit, aus Samarium-Kobalt, Aluminium-Nickel-Kobalt oder Neodym-Eisen-Bor und gegebenenfalls weitere Teile aus Weicheisen, die die Polschuhe bzw. Anker-Polflächen bilden.As a material for the yoke and the iron parts of the anchor, a particularly good magnetic conductive material, such as soft iron, is used. The anchor can be made of different materials. Preferably, it has a permanent magnetic core of ferrite, e.g. Barium oxide ferrite, samarium cobalt, aluminum-nickel-cobalt or neodymium-iron-boron and optionally other parts of soft iron, which form the pole shoes or anchor pole faces.
Sofern dies in einem konkreten Einsatzfall gewünscht wird, können auch zwischen den ersten Anker-Polflächen und den ersten Joch-Polflächen Trennelemente , z.B. Trennplättchen angeordnet sein, um auch in der ersten Drehstellung den magnetischen Widerstand etwas zu erhöhen. Die Trennplättchen können dann einen Teil der Anker-Polflächen oder Joch- Polflächen und somit den Anschlag für die erste Drehstellung bilden. Durch die Ausgestaltungen der zweiten Anker-Polflächen und/oder Joch- Polflächen mit einer verringerten Querschnittsfläche und/oder durch Einsetzen von Trennelementen ist der Energiewandler in einer bevorzugten Ausführungsform so ausgebildet, dass die Magnetfluss- richtung durch das Joch bei einer Verstellung des Ankers von der ersten Drehstellung in die zweite Drehstellung, in der die zweiten Anker- Polflächen an die zweiten Joch-Polflächen (gegebenenfalls unter Zwischenlage der Trennelemente) anschlagen, beibehalten wird oder der Magnetfluss in der zweiten Drehstellung Null ist. Das heißt, es findet keine Magnetfeldumkehr statt, sodass keine magnetischen Haltekräfte auf den Anker der zweiten Drehstellung wirken. Sofern die Magnetflussrichtung beibehalten wird, wird der Anker, sobald auf das Betätigungselement keine externe Kraft mehr ausgeübt wird, automatisch von der zweiten Drehstellung in die erste Drehstellung zurückgestellt. Der Energiewandler kann so auch ohne eine Rückstellfeder monostabil ausgebildet sein.If this is desired in a specific application, separating elements, for example separating plates, can also be arranged between the first armature pole faces and the first yoke pole faces in order to slightly increase the magnetic resistance even in the first rotational position. The separating plates can then form part of the armature pole faces or yoke pole faces and thus the stop for the first rotational position. As a result of the embodiments of the second armature pole faces and / or yoke pole faces with a reduced cross-sectional area and / or by inserting separating elements, in one preferred embodiment the energy converter is designed in such a way that the magnetic flux direction through the yoke during an adjustment of the armature from the armature first rotational position in the second rotational position in which the second armature pole faces to the second yoke pole faces (possibly with the interposition of the separating elements) abut, is maintained or the magnetic flux in the second rotational position is zero. That is, there is no magnetic field reversal, so that no magnetic holding forces act on the armature of the second rotational position. If the magnetic flux direction is maintained, the armature, as soon as no external force is exerted on the actuator, automatically returned from the second rotational position to the first rotational position. The energy converter can thus be formed monostable without a return spring.
Sofern dies gewünscht wird, kann aber auch eine zusätzliche Rückstellfeder verwendet werden, um den Anker von der zweiten Drehstellung in die erste Drehstellung zurückzustellen. Dies ist z. B. dann sinnvoll, wenn das Magnetfeld so ausgebildet ist, dass beim Umschalten von der ersten in die zweite Drehstellung ein Totpunkt-Effekt erreicht wird, bei dem der Anker ab einem bestimmten Abstand der ersten Anker-Polflächen von den ersten Joch-Polflächen mit reduzierter Kraft, nämlich nicht mehr gegen die Anziehungskraft des Magneten zwischen den ersten Polflächen, in die zweite Drehstellung bewegt werden kann. Auch so kann ein bevorzugt monostabiler Energiewandler realisiert werden.If desired, however, an additional return spring may also be used to return the armature from the second rotational position to the first rotational position. This is z. B. useful if the magnetic field is designed so that when switching from the first to the second rotational position, a dead center effect is achieved, wherein the armature from a certain distance of the first armature pole faces of the first yoke pole faces with reduced Force, namely no longer against the attractive force of the magnet between the first pole faces, can be moved to the second rotational position. Even so, a preferably monostable energy converter can be realized.
Das Betätigungselement ist, wie bereits erwähnt, vorzugsweise selbst als manuell bedienbare Taste oder Schalter ausgebildet oder es ist alternativ mit einer manuell bedienbaren Taste oder Schalter gekoppelt. DerThe actuator is, as already mentioned, preferably designed as a manually operable button or switch itself or it is alternatively coupled with a manually operated button or switch. Of the
Betätigungsweg des Betätigungselements zum Schalten des Ankers von der ersten in die zweite Drehstellung liegt vorzugsweise unter 2 mm, besonders bevorzugt bei max. 1 ,5 mm. Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Hieraus ergeben sich noch weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung. Es zeigen:Actuation of the actuator for switching the armature from the first to the second rotational position is preferably less than 2 mm, more preferably at max. 1, 5 mm. The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying figures with reference to embodiments. This gives even more details and advantages of the invention. Show it:
Figur 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung,FIG. 1 shows a block diagram of a first exemplary embodiment of a switching device according to the invention,
Figur 2 eine schematische Blockdarstellung eines Elektrogeräts mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung,FIG. 2 shows a schematic block diagram of an electrical appliance with a second exemplary embodiment of a switching device according to the invention,
Figur 3 eine schematische Blockdarstellung eines Elektrogeräts mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung,FIG. 3 shows a schematic block diagram of an electrical appliance with a third exemplary embodiment of a switching device according to the invention,
Figur 4 eine schematische Blockdarstellung eines Elektrogeräts mit einem vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung,FIG. 4 shows a schematic block diagram of an electrical appliance with a fourth exemplary embodiment of a switching device according to the invention,
Figur 5 eine schematische Blockdarstellung eines Elektrogeräts mit einem fünften Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung,FIG. 5 shows a schematic block diagram of an electrical appliance with a fifth exemplary embodiment of a switching device according to the invention,
Figur 6 eine schematische Blockdarstellung eines Elektrogeräts mit einem sechsten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung,6 shows a schematic block diagram of an electrical appliance with a sixth exemplary embodiment of a switching device according to the invention, FIG.
Figur 7 eine schematische Blockdarstellung eines Elektrogeräts mit einem siebten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung, Figur 8 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Energiewandlers von oben mit geöffnetem Gehäuse in einer ersten Drehstellung,7 shows a schematic block diagram of an electrical appliance with a seventh exemplary embodiment of a switching device according to the invention, FIG. 8 is a perspective view of an embodiment of an energy converter according to the invention from above with the housing open in a first rotational position, FIG.
Figur 9 eine Darstellung des Energiewandlers gemäß Figur 1 in einer zweiten Drehstellung,9 shows a representation of the energy converter according to FIG. 1 in a second rotational position, FIG.
Figur 10 eine perspektivische Darstellung des Jochs und des Ankers aus dem Energiewandler gemäß den Figuren 1 und 2,FIG. 10 shows a perspective view of the yoke and the armature from the energy converter according to FIGS. 1 and 2,
Figur 11 einen Querschnitt durch den Anker und das Joch mit der Induktionsspule aus dem Energiewandler gemäß den Figuren 1 und 2,11 shows a cross section through the armature and the yoke with the induction coil from the energy converter according to Figures 1 and 2,
Figur 12 einen Längsschnitt durch das Joch mit der Induktionsspule des Energiewandlers gemäß den Figuren 1 und 2.FIG. 12 shows a longitudinal section through the yoke with the induction coil of the energy converter according to FIGS. 1 and 2.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schalteinrichtung. Diese Schalteinrichtung arbeitet mit einem bistabilen Relais 60, welches zwei antiparallel auf einen Relaisanker wirkende Spulen 63, 64 sowie zwei durch ein mechanisches Element 65 miteinander gekoppelte Kontakte 61 , 62 aufweist. Über einen Kontakt 61 wird die Betriebseinheit des Elektrogeräts mit dem Netzanschluss verbunden. In Figur 1 ist die Betriebseinheit einfach durch einen Lastwiderstand R repräsentiert. Bei der Energieversorgung E handelt es sich beispielsweise um ein übliches Stromnetz, welches einen Wechselstrom mit 230 Volt Effektivspannung liefert. Neben der hier nicht dargestellten Erdleitung weisen derartige Netzanschlüsse immer eine Phasenleitung P und eine Nullleitung N auf.Figure 1 shows a first embodiment of a switching device according to the invention. This switching device operates with a bistable relay 60, which has two antiparallel acting on a relay armature coils 63, 64 and two by a mechanical element 65 with each other coupled contacts 61, 62. Via a contact 61, the operating unit of the electrical appliance is connected to the mains connection. In FIG. 1, the operating unit is simply represented by a load resistance R. The power supply E is, for example, a conventional power supply which supplies an alternating current with 230 volts rms voltage. In addition to the ground line, not shown here, such network connections always have a phase line P and a neutral line N.
Wie in Figur 1 dargestellt, reicht es aus, wenn man den Netzanschluss 55 der Phasenleitung P zum Verbraucher, hier dem Lastwiderstand R, mit Hilfe des Relais 60 unterbricht. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, ein Relais zu verwenden, bei dem noch ein weiterer Kontakt parallel geschaltet wird, um Null- und Phasenleitung unterbrechen zu können.As shown in Figure 1, it is sufficient if one interrupts the power connection 55 of the phase line P to the load, here the load resistor R, by means of the relay 60. In principle, it is also possible, a Relay to use in which still another contact is connected in parallel to interrupt zero and phase line can.
Der zweite Kontakt 62 des Relais 60 dient zur internen Beschaltung der Spulen 63, 64 mit dem Energiewandler 1. Der genaue Aufbau eines solchen Energiewandlers 1 wird noch anhand der Figuren 8 bis 12 näher erläutert. Bei dem Relais 60 handelt es sich hier um ein bistabiles Relais 60, welches nach dem Umschalten in der jeweiligen Schaltstellung stabil verbleibt und nur durch eine entsprechende Ansteuerung wieder in den anderen Schaltzustand umkippt. Hierzu sind die beiden Spulen 63, 64 des Relais 60 jeweils mit ihrem negativen Anschluss (-) mit dem negativen Anschluss (-) des Energiewandlers verbunden. Die positiven Anschlüsse (+) der Spulen 63, 64 sind jeweils über den Schalter 62 mit dem positiven Anschluss (+) des Energiewandlers 1 verbunden, wobei es von der Schaltstellung des Kontakts 62 abhängt, ob die erste Spule 63 oder die zweite Spule 64 mit dem Energiewandler 1 verbunden ist.The second contact 62 of the relay 60 is used for internal wiring of the coils 63, 64 with the energy converter 1. The exact structure of such an energy converter 1 will be explained in more detail with reference to FIGS 8 to 12. In the case of the relay 60, this is a bistable relay 60, which remains stable after switching in the respective switching position and only tilts over again into the other switching state by means of a corresponding activation. For this purpose, the two coils 63, 64 of the relay 60 are each connected with their negative terminal (-) to the negative terminal (-) of the energy converter. The positive terminals (+) of the coils 63, 64 are each connected via the switch 62 to the positive terminal (+) of the power converter 1, wherein it depends on the switching position of the contact 62, whether the first coil 63 or the second coil 64 with the energy converter 1 is connected.
In der in Figur 1 dargestellten Schaltstellung der Kontakte 62 (nach rechts gekippt) ist die erste Induktionsspule 63 mit dem Energiewandler 1 ver- bunden. Wird nun ein Strompuls P im elektromechanischen Energiewandler 1 durch die Betätigung des Bedieners erzeugt, so wird in der Induktionsspule 63 ein Magnetfeld induziert, welches dafür sorgt, dass im Relais die Kontakte 61 , 62 in die andere Schaltstellung umklappen. Dadurch wird zum einen der Lastwiderstand R mit dem Netzanschluss 55 verbunden. Zum anderen wird durch das Umschalten des Kontakts 62 die Verbindung zwischen dem Energiewandler 1 und der ersten Spule 63 unterbrochen und stattdessen eine Verbindung zwischen dem Energiewandler 1 und der zweiten Spule 64 hergestellt. Bei erneuter Betätigung des Energiewandlers liegt dann der dabei erzeugte Strompuls SP an der zweiten Induktionsspule 64 an, so dass durch diese ein Magnetfeld in der zur ersten Spule 64 umgekehrten Richtung erzeugt wird, wodurch die Kontakte 61 , 62 wieder in die in Figur 1 dargestellte Ausgangsstellung zurückklappen, d. h. es wird der Kontakt des Verbrauchers R zum Netzanschluss 55 wieder unterbrochen.In the switching position of the contacts 62 (tilted to the right) shown in FIG. 1, the first induction coil 63 is connected to the energy converter 1. If now a current pulse P is generated in the electromechanical energy converter 1 by the operation of the operator, a magnetic field is induced in the induction coil 63, which ensures that the contacts 61, 62 in the relay fold over into the other switching position. As a result, on the one hand the load resistor R is connected to the mains connection 55. On the other hand, by switching over the contact 62, the connection between the energy converter 1 and the first coil 63 is interrupted and instead a connection between the energy converter 1 and the second coil 64 is established. When the energy converter is actuated again, the current pulse SP produced thereby is applied to the second induction coil 64, so that a magnetic field is generated in the direction reverse to the first coil 64, as a result of which the contacts 61, 62 return to the starting position shown in FIG fold back, ie it is the contact of the consumer R to the power supply 55 is interrupted again.
Bei der in Figur 1 dargestellten Schalteinrichtung kann also der Bediener das Relais 60 durch eine Betätigung des elektromechanischen Energiewandlers sowohl ein- und ausschalten und somit das komplette Elektrogerät ein- und wieder ausschalten. Als optionale weitere Elemente weist die Schaltung zwei Kondensatoren 66, 67 auf, die parallel zu den Spulen 63, 64 des Relais geschaltet sind. Diese dienen dazu, den Spannungspuls SP, der vom elektromechanischen Energiewandler kommt, etwas zu glätten, um so ein unbeabsichtigtes Wiederzurückschalten, d. h. ein „Prellen", des Schalters zu vermeiden.In the switching device shown in Figure 1 so the operator can switch the relay 60 by an actuation of the electromechanical energy converter both on and off, and thus the complete electrical appliance on and off again. As an optional further element, the circuit has two capacitors 66, 67 which are connected in parallel to the coils 63, 64 of the relay. These serve to smooth out the voltage pulse SP coming from the electromechanical energy converter so as to prevent inadvertent re-switching, i. H. a "bouncing" to avoid the switch.
Figur 2 zeigt eine sehr grobe schematische Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Elektrogeräts 50. Hierbei kann es sich um ein beliebiges Elektrogerät, beispielsweise einen Kaffeeautomaten, eine Spülmaschine, eine Waschmaschine, Trockner, Fernseher etc., handeln. Über einen Netzanschluss 55 ist das Elektrogerät 50 mit einer externen Energieversorgung E, hier wieder mit einem öffentlichen Netz mit 230 V Wechselspannung verbunden, wobei dieses Stromnetz eine Phasenleitung P, an der die Wechselspannung anliegt und einen Nullleiter N aufweist. Beide werden in üblicher weise, beispielsweise mit einem gewöhnlichen Netzstecker, mit dem Elektrogerät gekoppelt. Als Energieversorgungsanschluss, welcher im Folgenden auch einfach als „Netzanschluss" bezeichnet wird, ist im Folgenden zumindest der Phasenleiter P zu verstehen, da es in der Regel ausreicht, die Phasenleitung P zu unterbrechen, um das Elektrogerät von der Energieversorgung abzukoppeln. Daher ist nur dieser Anschluss mit der Bezugsziffer 55 versehen. Grundsätzlich ist es aber möglich, wie dies in Figur 2 dargestellt ist, sowohl den Phasenleiter P als auch den Nullleiter N mit der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung zu schalten. Dies ist insbesondere bei Geräten von Vorteil, bei denen ein Netzstecker in unterschiedlicher Richtung in die Steckdose des Netzes gesteckt werden kann und letztlich Null- und Phasenleitung vertauscht werden können, wie dies zumindest in Deutschland oft bei elektrischen Geräten und Leuchten der Fall ist.Figure 2 shows a very rough schematic block diagram of an embodiment of an electrical device 50 according to the invention. This may be any electrical appliance, such as a coffee machine, a dishwasher, a washing machine, dryer, television, etc., act. Via a network connection 55, the electrical device 50 is connected to an external power supply E, here again with a public grid with 230 V AC, this power grid has a phase line P, at which the AC voltage is applied and a neutral conductor N. Both are coupled in the usual way, for example, with a standard power plug with the electrical appliance. In the following, at least the phase conductor P is to be understood as a power supply connection, which will also be referred to simply as "grid connection" in the following, since it is usually sufficient to interrupt the phase line P in order to decouple the electrical appliance from the energy supply In principle, however, it is possible to switch both the phase conductor P and the neutral conductor N with the switching device according to the invention, as shown in Figure 2. This is particularly advantageous in devices in which a power plug in different direction can be plugged into the socket of the network and ultimately Zero and phase line can be reversed, as is often the case, at least in Germany for electrical equipment and lights.
Erfindungsgemäß ist das Elektrogerät 50 mit einem im Gehäuse 56 des Elektrogeräts 50 angeordneten Energiewandler 1 ausgestattet, welcher durch eine externe Kraft F, die ein Bediener durch drücken eines Betätigungselements 5 auf den Energiewandlers 1 ausübt, einen elektrischer Strom- bzw. Spannungspuls SP erzeugt. Bei dem Betätigungselement 5 handelt es sich z.B. um eine in eine Bedienoberfläche des Geräts 50 integrierte Taste. Dieser Strompuls SP wird an eine Energieversorgungsschalteinheit 70 weitergeleitet, die zumindest die Phasenleitung P - ggf. aber auch wie hier in Figur 2 die Nullleitung N - unterbricht bzw. die Verbindung dieser Leitung zu einer Betriebseinheit 51 des Elektrogeräts 50 einschaltet. Bei der Betriebseinheit 51 kann es sich beispielsweise um das Netzteil 51 des Elektrogeräts 50 handeln, welches die weiteren Betriebseinheiten 52 mit den benötigten Spannungen versorgt.According to the invention, the electrical appliance 50 is equipped with an energy converter 1 arranged in the housing 56 of the electrical appliance 50, which generates an electric current or voltage pulse SP by means of an external force F which an operator exerts on the energy converter 1 by pressing an actuating element 5. The actuator 5 is e.g. around a button integrated in a user interface of the device 50. This current pulse SP is forwarded to a power supply switching unit 70, which interrupts at least the phase line P - but possibly also here as in FIG. 2 the neutral line N - or switches the connection of this line to an operating unit 51 of the electrical appliance 50. The operating unit 51 may be, for example, the power supply unit 51 of the electrical appliance 50, which supplies the further operating units 52 with the required voltages.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Beispiel handelt es sich bei der Energieversorgungsschalteinheit 70 um eine Relaisschaltung, welche ähnlich wie die Schaltung in Figur 1 aufgebaut ist. Auch hierbei handelt es sich um ein bistabiles Relais mit zwei Spulen 72, 73. Beide Spulen 72, 73 sind mit ihrer negativen Seite mit Massepotential verbunden. Die Spulen 72, 73 sind dabei so angeordnet, dass sie eine Kontaktanord- nung 71 des Relais 70 in unterschiedliche Schaltzustände schalten. Die positive Seite der einen Spule 72 ist mit dem Energiewandler 1 verbunden, so dass durch einen vom Energiewandler 1 gelieferten Spannungspuls SP in der Spule 72 ein Magnetfeld induziert wird, welches die Kontaktanordnung 71 in einen Zustand schaltet, in dem Phase P und Nullleiter N mit dem Netzteil 51 verbunden sind. Das heißt, dasIn the example shown in FIG. 2, the power supply switching unit 70 is a relay circuit which is constructed similarly to the circuit in FIG. Again, this is a bistable relay with two coils 72, 73. Both coils 72, 73 are connected with their negative side to ground potential. The coils 72, 73 are arranged so that they switch a contact arrangement 71 of the relay 70 in different switching states. The positive side of a coil 72 is connected to the energy converter 1, so that a magnetic field is induced by a supplied from the energy converter 1 voltage pulse SP in the coil 72, which switches the contact assembly 71 in a state in the phase P and neutral N with the power supply 51 are connected. That is, that
Elektrogerät 50 wird eingeschaltet. Der positive Anschluss der zweiten Spule 73 ist dagegen mit einer Signaleinheit 53 in einer Betriebseinheit 52, beispielsweise einer Logikeinheit des Elektrogeräts 50, verbunden. In dieser Logikeinheit 52 läuft ein bestimmtes Arbeitsprogramm ab. Ist dieses Arbeitsprogramm beendet, so wird ein Signal 53 an den positiven Eingang der zweiten Spule 73 gegeben, wodurch hier ein Magnetfeld induziert wird, welches die Kontaktanordnung 71 des Relais 70 wieder in den in Figur 2 dargestellten Ausgangszustand zurückschaltet und somit die Verbindung des Netzteils 51 zum Netzanschluss 55 unterbricht. Es handelt sich hierbei also um eine „Selbstabschaltung", bei der das Gerät aufgrund einer vorgegebenen Programmierung entscheidet, dass es sich selbst abschaltet. Damit auch der Bediener das Elektrogerät 50 ausschalten kann, können beispielsweise in einer Bedienoberfläche weitere elektronische Taster vorgesehen sein, die auch von der Logikeinheit oder einer sonstigen Steuerlogik abgefragt werden und bei Betätigung eines hierfür vorgesehenen Aus-Tasters oder einer Kombination von bestimmten Tasten wird entsprechend von der Logikeinheit 52 bzw. deren Signalmodul 53 das entsprechende Signal an die Relaisschaltung 70 zum Abschalten des Elektrogeräts 50 ausgegeben.Electric device 50 is turned on. By contrast, the positive connection of the second coil 73 is connected to a signal unit 53 in an operating unit 52, for example a logic unit of the electrical appliance 50. connected. In this logic unit 52 runs a specific work program. If this work program is completed, a signal 53 is applied to the positive input of the second coil 73, whereby here a magnetic field is induced, which switches back the contact arrangement 71 of the relay 70 in the initial state shown in Figure 2 and thus the connection of the power supply 51st to the power connection 55 interrupts. Thus, this is a "self-shutdown", in which the device decides on the basis of a predetermined programming that it shuts itself off so that the operator can turn off the electrical device 50, for example, in a user interface further electronic buttons can be provided, which also be queried by the logic unit or other control logic and upon actuation of a dedicated off-button or a combination of certain keys is correspondingly output from the logic unit 52 and the signal module 53, the corresponding signal to the relay circuit 70 for switching off the electrical device 50.
Um den Energiewandler 1 im laufenden Betrieb des Elektrogeräts 50 in der zuvor beschrieben Weise zur Eingabe von Steuerbefehlen nutzen zu können, kann der Ausgang des Energiewandlers 1 über eine Leitung 57 mit einem Eingang 58 der Logikeinheit 52 verbunden sein. Es ist dann insbesondere auch eine Abschaltung des Elektrogeräts 50 über die Logikeinheit 52 durch erneute Betätigung des Energiewandlers 1 möglich. Eine solche optionale Verbindung des Energiewandlerausgangs mit einem Eingang der Logikeinheit 52 kann auch in den weiteren Ausführungsbeispielen realisiert werden, auch wenn die Verbindung in den jeweiligen Figuren nicht dargestellt ist.In order to be able to use the energy converter 1 during operation of the electrical appliance 50 in the manner described above for the input of control commands, the output of the energy converter 1 can be connected via a line 57 to an input 58 of the logic unit 52. It is then in particular a shutdown of the electrical device 50 via the logic unit 52 by re-actuation of the power converter 1 possible. Such an optional connection of the energy converter output to an input of the logic unit 52 can also be realized in the further exemplary embodiments, even if the connection is not shown in the respective figures.
Alternativ können der Signalausgang des Energiewandlers 1 und der Signalausgang des Signalmoduls 53 der Steuerlogik 52 auch über eine Oder-Schaltung an die Relaisschaltung 70 gegeben werden, so dass auch ein Ausschalten über den Energiewandler 1 möglich ist. Es ist klar, dass innerhalb des Elektrogeräts 50 noch eine beliebige Anzahl weiterer nicht dargestellter Betriebseinheiten vorhanden sein können, die beispielsweise alle über das Netzteil 51 mit den benötigten Spannungen versorgt werden.Alternatively, the signal output of the energy converter 1 and the signal output of the signal module 53 of the control logic 52 can also be given via an OR circuit to the relay circuit 70, so that switching off via the energy converter 1 is possible. It is clear that within the electrical device 50, any number of other unillustrated operating units may be present, which are all supplied for example via the power supply 51 with the required voltages.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektrogeräts 50. Der Aufbau ist insgesamt sehr ähnlich dem Aufbau in Figur 2. Lediglich wird hier eine andere Energieversorgungsschalteinheit 80 eingesetzt. Dabei handelt es sich um eine Schalteinheit 80 mit einem Triac 81 , welches nur die Phasenleitung P unterbricht. DerFIG. 3 shows a further exemplary embodiment of an electrical appliance 50 according to the invention. Overall, the structure is very similar to the structure in FIG. 2. Only here is another energy supply switching unit 80 used. This is a switching unit 80 with a triac 81, which interrupts only the phase line P. Of the
Nullleiter N ist permanent mit dem Netzteil verbunden. Damit das Triac 81 den Wechselstrom der Phasenleitung P zum Netzteil 51 durchschaltet, muss an einem Eingang 83 des Triacs 81 eine bestimmte Spannung angelegt werden. Bei einem solchen Triac 81 , welcher aus mehreren Thyristoren aufgebaut ist, handelt es sich um eine monostabile Schaltung, d. h. es muss permanent am Eingang 83 ein Spannungspegel anliegen, um das Triac 81 im durchgeschalteten Zustand zu halten. Dies erfolgt zunächst mit Hilfe des Spannungspuls SP, der bei einer Betätigung des Bedieners vom Energiewandler 1 erzeugt wird. Nach Durchschalten des Triacs 81 wird das Netzteil 51 mit der benötigten Wechselspannung versorgt. Eine vom Netzteil 51 versorgte Steuerlogik 52, die bereits im Zusammenhang mit Figur 2 erläutert wurde, weist hier ein Signalmodul 53 auf, welches, sobald die Steuerlogik 52 aktiv ist, ein Signal in Form eines bestimmten Spannungspegels ausgibt, welches über eine Oder- Schaltung 82 der Energieversorgungs-Schalteinheit 80 auf den Eingang 83 des Triacs 81 gegeben wird, um das Triac 81 im durchgeschalteten Zustand zu halten.Neutral N is permanently connected to the power supply. In order for the triac 81 to switch the alternating current of the phase line P to the power supply 51, a specific voltage must be applied to an input 83 of the triac 81. In such a triac 81, which is composed of a plurality of thyristors, it is a monostable circuit, i. H. it must be permanently applied to the input 83, a voltage level to keep the triac 81 in the on state. This is done first with the help of the voltage pulse SP, which is generated by the energy converter 1 upon actuation of the operator. After switching through the triac 81, the power supply 51 is supplied with the required AC voltage. A control logic 52 supplied by the power supply unit 51, which has already been explained in connection with FIG. 2, has here a signal module 53 which, as soon as the control logic 52 is active, outputs a signal in the form of a specific voltage level, which is transmitted via an OR circuit 82 the power supply switching unit 80 is applied to the input 83 of the triac 81 in order to keep the triac 81 in the on-state.
Das Abschalten des Elektrogeräts 50 erfolgt hier, indem von der Steuer- logik 52 bzw. dem Signalmodul 53 die Ausgabe des Signals, d. h. des Spannungspegels, an die Energieversorgungs-Schalteinheit 80 unterbrochen wird, wodurch das Triac wieder zuschaltet. Die Oder- Schaltung 82 bildet folglich gemeinsam mit dem Signalmodul 53 in der Steuerelektronik 52 eine Art Halte-Schaltung für die Triacs 81 , um diese im geöffneten Zustand zu halten. Die Abschaltung kann, wie zuvor im Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben, nach einem Programmablauf erfolgen oder indem beispielsweise bestimmte elektronische Tasten in einer Bedienoberfläche des Geräts, welche der Benutzer drücken kann, abgefragt werden.The shutdown of the electrical device 50 takes place here by the control logic 52 and the signal module 53, the output of the signal, ie the voltage level is interrupted to the power supply switching unit 80, whereby the triac back on. The OR circuit 82 thus forms together with the signal module 53 in the Control electronics 52 a kind of holding circuit for the triacs 81 to hold them in the open state. The shutdown can, as described previously in connection with Figure 2, take place after a program run or by, for example, certain electronic buttons in a user interface of the device, which can be pressed by the user queried.
Figur 4 zeigt eine weitere Variante, bei der ebenfalls nur die Phasenleitung unterbrochen wird. Hier wird anstelle der Triacs ein üblicher Transistor verwendet. Grundsätzlich kann jeder beliebige Transistor verwendet werden, welcher entsprechende Leistungen schalten kann. Da ein solcher Transistor 91 nur Gleichspannung schalten kann, befindet sich unmittelbar am Netzeingang 55 in der Phasenleitung P ein Gleichrichter 94, der die Wechselspannung in Gleichspannung umsetzt. Die Kollektorseite des Transistors 91 ist mit diesem Gleichrichter 94 verbunden, die Emitterseite ist mit dem Netzteil 51 verbunden. Die Basis des Transistors 91 ist mit dem Ausgang des Energiewandlers 1 gekoppelt und erhält von diesem zum Durchschalten den Spannungspuls SP. Da auch der Transistor 91 ein monostabiles Schaltelement ist, ist es auch hier wieder erforderlich, über eine Oder-Schaltung 93 sofort nach dem Einschalten von einem Signalmodul 53 einer Steuerlogik 52 des Elektrogeräts 50 ein Signal in Form eines konstanten Spannungspegels auf die Basis des Transistors 91 zu geben.FIG. 4 shows a further variant in which likewise only the phase line is interrupted. Here, a conventional transistor is used instead of the triacs. In principle, any transistor can be used which can switch corresponding powers. Since such a transistor 91 can only switch DC voltage, a rectifier 94, which converts the AC voltage into DC voltage, is located directly at the mains input 55 in the phase line P. The collector side of the transistor 91 is connected to this rectifier 94, the emitter side is connected to the power supply 51. The base of the transistor 91 is coupled to the output of the energy converter 1 and receives from this for switching through the voltage pulse SP. Since the transistor 91 is a monostable switching element, it is again necessary, via an OR circuit 93 immediately after switching from a signal module 53 of a control logic 52 of the electrical device 50, a signal in the form of a constant voltage level to the base of the transistor 91st to give.
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches zu demFIG. 5 shows a further exemplary embodiment which corresponds to FIG
Ausführungsbeispiel in Figur 4 sehr ähnlich ist. Der einzige Unterschied besteht darin, dass anstelle eines „normalen" Transistors 91 ein Feldeffekt-Transistor 101 , hier ein n-Kanal MOSFET 101 (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), verwendet wird. Der Source- Anschluss des MOSFET 101 ist wiederum mit einem Gleichrichter 104 in der Phasenleitung P verbunden und der Drain-Anschluss mit dem Netzteil 51 des Elektrogeräts 50. Der Gate-Eingang ist über eine Oder- Schaltung 103 einerseits mit dem Energiewandler 1 gekoppelt und andererseits mit einem Signalmodul 53 in der Steuerlogik 52.Embodiment in Figure 4 is very similar. The only difference is that, instead of a "normal" transistor 91, a field-effect transistor 101, here an n-channel MOSFET 101 (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), is used Rectifier 104 is connected in the phase line P and the drain connection to the power supply 51 of the electrical device 50. The gate input is connected via an Circuit 103 on the one hand coupled to the energy converter 1 and on the other hand with a signal module 53 in the control logic 52nd
Figur 6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektrogeräts. Der Unterschied zwischen der Energieversorgungsschalteinheit 100 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 zu der in Figur 6 gegebenen Energieversorgungsschalteinheit 110 besteht darin, dass hier ein Doppel-MOSFET mit zwei seriell hintereinander gekoppelten MOSFETs 111 , 112 verwendet wird, um beide Halbwellen auf der Phasenleitung P schalten zu können. Stattdessen kann auf einenFIG. 6 shows a sixth exemplary embodiment of an electrical appliance according to the invention. The difference between the power supply switching unit 100 in the embodiment of FIG. 5 and the power supply switching unit 110 shown in FIG. 6 is that here a double MOSFET with two MOSFETs 111, 112 connected in series is used to switch both half-waves on the phase line P. can. Instead, one can
Gleichrichter verzichtet werden. Die Gates beider MOSFETs 111 , 112 sind parallel mit der Oder-Schaltung 114 verkoppelt, die die Gates sowohl mit dem Energiewandler 1 als auch mit dem Signalmodul 53 der Steuerlogik 52 verbindet, um die MOSFETs 111 , 112 im eingeschalteten Zustand zu halten, so lange vom Signalgeber 53 der erforderliche Spannungspegel ausgegeben wird.Rectifier be waived. The gates of both MOSFETs 111, 112 are coupled in parallel with the OR circuit 114, which connects the gates to both the power converter 1 and the signal module 53 of the control logic 52 to keep the MOSFETs 111, 112 in the on state From the signal generator 53, the required voltage level is output.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Schalteinrichtung jeweils so aufgebaut, dass der elektrische Impuls des Energie- wandlers die Energieversorgungsschalteinheit unmittelbar schaltet. Es werden allenfalls passive Bauelemente wie z.B. Kondensatoren zum Glätten des Pulses etc. verwendet.In the embodiments described above, the switching device is in each case constructed such that the electrical pulse of the energy converter switches the power supply switching unit directly. At most passive components such as e.g. Capacitors used to smooth the pulse etc.
Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem zusätzlichen Prozessor 122, welches einen Schalter 121 , beispielsweise in Form eines Relais, schalten kann. Dieser Prozess 122 wird mit Hilfe einer internen Energiequelle 124, beispielsweise einer Batterie oder einem Akku, auch im ausgeschalteten Zustand des Elektrogeräts 50 mit einer Restenergie versorgt. Ein Eingang A des Prozessors 122 ist über eine Oder- Schaltung 123 einerseits mit dem Ausgang des Energiewandlers 1 verbunden und andererseits wiederum mit einem Signalgebermodul 53 der Steuerlogik 52. Diese Energieversorgungsschalteinheit 120 funktioniert so, dass bei einer Betätigung des Energiewandlers 1 durch den Bediener der Strompuls SP auf den Eingang A des Prozessors gegeben wird, um diesen aus seinem Schlafmodus aufzuwecken. Der Prozessor schaltet daraufhin das Relais 121 , woraufhin das Netzteil 51 mit dem Netzanschluss 55 verbunden wird. Über den Signalausgang 53 kann ein entsprechender Puls über die Oder-Schaltung 123 an den Eingang A des Prozessors 122 gegeben werden, der dann das Relais 121 wieder ausschaltet. Alternativ kann das Ausschalten auch über einen erneuten Strompuls SP des Energiewandlers 1 erfolgen.FIG. 7 shows an exemplary embodiment with an additional processor 122, which can switch a switch 121, for example in the form of a relay. This process 122 is supplied with the help of an internal power source 124, such as a battery or a rechargeable battery, even in the off state of the electrical device 50 with a residual energy. An input A of the processor 122 is connected via an OR circuit 123 on the one hand to the output of the energy converter 1 and on the other hand again with a signal generator module 53 of the control logic 52. This power supply switching unit 120 functions so that upon actuation of the energy converter 1 through the operator is given the current pulse SP to the input A of the processor to wake it up from its sleep mode. The processor then switches the relay 121, whereupon the power supply unit 51 is connected to the mains connection 55. Via the signal output 53, a corresponding pulse can be given via the OR circuit 123 to the input A of the processor 122, which then switches off the relay 121 again. Alternatively, the switching off can also take place via a renewed current pulse SP of the energy converter 1.
Im Folgenden wird anhand der Figuren 8 bis 12 ein bevorzugt eingesetzter Energiewandler 1 beschrieben. Dieser Energiewandler 1 weist als Hauptkomponenten ein in einem Induktionsspulenkörper 14 gehaltenes Joch 10 und einen daran um eine Drehachse D schwenkbar gelagerten Anker 20 auf, welche in einem Gehäuse 2 angeordnet sind. Das Joch 10 und der Anker 20 sind besonders gut in den Figuren 10 und 11 zu erkennen und die Lage dieser Teile innerhalb des Gehäuses 2 in den Figuren 8 und 9.In the following, a preferably used energy converter 1 will be described with reference to FIGS. 8 to 12. This energy converter 1 has as main components a yoke 10 held in an induction bobbin 14 and an armature 20 pivotally mounted about an axis of rotation D and arranged in a housing 2. The yoke 10 and the armature 20 can be seen particularly well in FIGS. 10 and 11 and the position of these parts within the housing 2 in FIGS. 8 and 9.
Am Gehäuse 2 befindet sich ein Betätigungselement 5 in Form einer Taste, mit der der Anker 20 durch eine externe Kraft F, indem beispielsweise ein Benutzer auf einen Stößel 8 der Taste 5 drückt, so dass der Stößel 8 gegen den Anker 20 gedrückt wird, von einer ersten Drehstellung I (Figur 8) in eine zweite Drehstellung Il (Figur 9) gedrückt werden kann. Der Betätigungsweg des Stößels 8 liegt hier bei 1 ,5 mm.On the housing 2 there is an actuator 5 in the form of a button, with the armature 20 by an external force F, for example, by a user presses on a plunger 8 of the button 5, so that the plunger 8 is pressed against the armature 20 of a first rotational position I (Figure 8) in a second rotational position Il (Figure 9) can be pressed. The actuation path of the plunger 8 is here at 1, 5 mm.
Hierzu befindet sich an einem Durchbruch im Gehäuse 2 eine Stößelführung 6, in der der Stößel 8 längsverschiebbar gelagert ist. Der Stößel 8 ist außenseitig durch eine endseitig geschlossene, balgartige Gummimanschette 7, welche den Stößel stimseitig einschließt, gegenüber dem Gehäuse 2 bzw. der Stößelführung 6 abgedichtet. Alternativ oder zusätzlich kann der Stößel auch unterhalb einer flexiblen Bedienoberfläche des Elektrogeräts angeordnet sein, welche noch weitere Tasten abdeckt und gegebenenfalls auch Displayflächen oder dergleichen enthält.For this purpose, located at an opening in the housing 2, a plunger guide 6, in which the plunger 8 is mounted longitudinally displaceable. The plunger 8 is externally sealed by a closed end, bellows-like rubber sleeve 7, which encloses the plunger end, relative to the housing 2 and the plunger guide 6 sealed. Alternatively or additionally, the plunger can also be arranged below a flexible user interface of the electrical appliance, which still further Covering keys and optionally also contains display surfaces or the like.
Im Gehäuse 2 kann auch eine Rückstellfeder 4 (in Figur 8 gestrichelt dargestellt) angeordnet sein, hier in Form einer an der Längsseite des Gehäuse 2 angeordneten Blattfeder, welche bei Nachlassen der äußeren Kraft F den Anker 20 wieder von der zweiten Drehstellung Il in die erste Drehstellung I zurückdrückt. Diese Feder 4 ist optional, das heißt, es kann bei entsprechender Ausgestaltung des Ankers 20 und des Jochs 10, insbesondere deren Polflächen, dafür gesorgt werden, dass der Anker 20 von selbst wieder in die erste Drehstellung I zurückklappt, sobald keine äußere Kraft F mehr am Taster 5 anliegt.In the housing 2 can also be a return spring 4 (shown in dashed lines in Figure 8), here in the form of a arranged on the longitudinal side of the housing 2 leaf spring, which upon release of the external force F, the armature 20 again from the second rotational position Il in the first Rotary position I pushes back. This spring 4 is optional, that is, it can be provided with a corresponding configuration of the armature 20 and the yoke 10, in particular their pole faces, that the armature 20 automatically folds back into the first rotational position I, as soon as no external force F more on the button 5 is applied.
Sowohl der Anker 20 als auch das Joch 10 sind länglich ausgebildet und die Längsachsen LS) LA beider Elemente liegen im Wesentlichen, abgesehen von der Drehstellung des Ankers 20 relativ zum Joch 10, parallel zueinander (siehe Figur 11).Both the armature 20 and the yoke 10 are elongate and the longitudinal axes L S) L A of both elements are substantially, apart from the rotational position of the armature 20 relative to the yoke 10, parallel to each other (see Figure 11).
Vom Grundaufbau her ist das Joch 10 U-förmig ausgebildet. Dies ist besonders gut in dem Längsschnitt durch das Joch 10 in Figur 12 zu sehen. Die beiden U-Schenkel 11 , 12 bilden dabei die Enden des Jochs 10. Die Längsachse des Jochs 10 bzw. die Längsachse des U-Balkens ist zugleich auch die Längsachse Ls der um den mittleren U-Balken zwischen den beiden U-Schenkeln 11 , 12 aufgewickelten Induktionsspule 30.From the basic structure, the yoke 10 is U-shaped. This can be seen particularly well in the longitudinal section through the yoke 10 in FIG. The two U-legs 11, 12 form the ends of the yoke 10. The longitudinal axis of the yoke 10 and the longitudinal axis of the U-beam is at the same time also the longitudinal axis Ls of the middle U-beam between the two U-legs 11, 12 wound induction coil 30th
Im Querschnitt senkrecht zur Spulenlängsachse Ls ist das Joch 10 im Bereich des U-Querbalkens ungefähr quadratisch, was in Figur 11 zu sehen ist. Diese Konstruktion trägt dazu bei, dass eine möglichst schnelle Umwicklung des mittleren Bereichs des Jochs 10 mit dem Spulendraht mit einer schnell laufenden Wickelmaschine erfolgen kann und dabei eine möglichst enge und dichte Wicklung erreicht wird, und so die Effizienz des Energiewandlers optimiert wird. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist das aus Weicheisen bestehende Joch 10 in einem Induktionsspulenkörper 14 aus Spritzguss- Kunststoff eingespritzt. Dieser Induktionsspulenkörper 14 schließt das Joch 11 jeweils im Bereich der Übergänge vom U-Balken in die U- Schenkel ringsum ein und nur an den Enden ragen die U-Schenkel 11 , 12 des Jochs 10 aus dem Induktionsspulenkörper 14 heraus. In der Mitte zwischen den U-Schenkeln 11 , 12 des Jochs 10 ist an den Induktionsspulenkörper 14 ein Stift 15 angespritzt, welcher sich parallel zu den U- Schenkeln 11 , 12 erstreckt und welcher die Drehachse D für den Anker 20 bildet. In den beiden Abschnitten des U-Balkens zwischen den U- Schenkeln 11 , 12 und dem Mittelbereich, in welchem der Stift 15 angespritzt ist, ist das Joch 10 jeweils nur an zwei Seiten, hier den parallel zu den U-Schenkeln 11 , 12 verlaufenden Seiten, von einer als Isolierung dienenden Kunststoffschicht 18 des Induktionsspulenkörpers 14 abgedeckt. Vorzugsweise liegt die Dicke d' des Kunststoffmantels 18 unterhalb von 1 mm, besonders bevorzugt unterhalb von 0,5 mm und ganz besonders bevorzugt bei maximal 0,3 mm, um die Induktionsspule 30 möglichst eng auf den Weicheisenkern des Jochs 10 zu wickeln (siehe Figur 11). Diese Kunststoffschicht 18 ragt an den Kanten geringfügig über die Seiten hinaus und bildet so eine längs der Kanten verlaufende Wulst. Bei einer festen Umwicklung des Induktionsspulenkörpers 14 verbleibt so jeweils ein kleiner Luftspalt 16 als Isolierung zwischen den beiden anderen Seitenflächen des Jochs 10 (in Figur 11 der Oberseite und Unterseite) und der Induktionsspule 30. Die Dicke d dieses Luftspalts 16 beträgt vorzugsweise maximal ca. 0,1 mm.In cross-section perpendicular to the coil longitudinal axis Ls, the yoke 10 is approximately square in the region of the U-crossbeam, which can be seen in FIG. This design contributes to the fact that the fastest possible wrapping of the central region of the yoke 10 with the coil wire can be done with a high-speed winding machine and thereby the tightest possible dense winding is achieved, and thus the efficiency of the energy converter is optimized. In the illustrated preferred embodiment, the yoke 10 made of soft iron is injected in an induction bobbin 14 made of injection-molded plastic. This induction coil body 14 encloses the yoke 11 in each case in the region of the transitions from the U-beam in the U-legs all around and only at the ends protrude the U-legs 11, 12 of the yoke 10 from the induction bobbin 14 out. In the middle between the U-legs 11, 12 of the yoke 10, a pin 15 is molded onto the induction bobbin 14, which extends parallel to the U-legs 11, 12 and which forms the axis of rotation D for the armature 20. In the two sections of the U-beam between the U-legs 11, 12 and the central region in which the pin 15 is molded, the yoke 10 is only on two sides, here parallel to the U-legs 11, 12 extending Pages covered by a serving as insulation plastic layer 18 of the induction coil body 14. Preferably, the thickness d 'of the plastic sheath 18 is below 1 mm, more preferably below 0.5 mm and most preferably at a maximum of 0.3 mm to wind the induction coil 30 as closely as possible to the soft iron core of the yoke 10 (see FIG 11). This plastic layer 18 projects slightly beyond the edges at the edges, thus forming a bead running along the edges. In a fixed winding of the induction bobbin 14 so each leaves a small air gap 16 as insulation between the other two side surfaces of the yoke 10 (in Figure 11 the top and bottom) and the induction coil 30. The thickness d of this air gap 16 is preferably at most about 0th ,1 mm.
Durch diese Art der Umspritzung des Jochs 10 ist der Induktionsspulenkörper 14 insgesamt stabil und das Joch 10 ist ausreichend gegenüber dem Spulendraht isoliert, so dass es auch bei einem Fehler in der Isolierung des Drahts, der üblicherweise mit Isolierlack versehen ist, nicht zu einem Kurzschluss zwischen Joch 10 und Spule 30 kommen kann. Andererseits kann die Spule 30, insbesondere wegen der Konstruktion mit dem Luftspalt, zur Optimierung der Effizienz so eng wie möglich um das Joch 10 gewickelt werden. Zusätzlich wird der gesamte Aufbau durch die eng um das Joch 10 gewickelte Induktionsspule 30 verstärkt.By this type of encapsulation of the yoke 10 of the induction bobbin 14 is stable overall and the yoke 10 is sufficiently insulated from the coil wire, so that it is not a short circuit between even with a fault in the insulation of the wire, which is usually provided with insulating Yoke 10 and coil 30 can come. On the other hand, coil 30 may be as tight as it is to optimize efficiency, particularly because of the air gap design possible to be wound around the yoke 10. In addition, the entire structure is reinforced by the induction coil 30 closely wound around the yoke 10.
Die Enden der Induktionsspule 30 sind jeweils mit Spulenterminals bzw. Abgriffen 3 verbunden, welche nach unten weggeführt sind (siehe Figur 10) und über die die induzierte Spannung abgegriffen werden kann.The ends of the induction coil 30 are each connected to Spulenterminals or taps 3, which are led away downwards (see Figure 10) and over which the induced voltage can be tapped.
Jedes Ende bzw. jeder U-Schenkel 11 , 12 des Jochs 10 bildet zwei Joch- Polflächen 11a, 11b, 12a, 12b. Dabei ist jeweils eine erste Joch-Polfläche 11a, 12a großflächiger und eine zweite Joch-Polfläche 11b, 12b kürzer ausgebildet, indem in einem Abschnitt 17 auf der Seite der jeweils zweiten Joch-Polfläche 11 b, 12b der Kunststoff des Induktionsspulenkörpers 14 etwas höher gezogen ist. Zudem weisen die zweiten Joch-Polflächen 11b, 12b jeweils ein Trennplättchen 13 aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise Edelstahl, auf. Dadurch wird der magnetische Widerstand der zweiten Joch-Polflächen 11b, 12b im Gegensatz zu den ersten Joch- Polflächen 11a, 12a vergrößert. Der Induktionsspulenkörper 14 ist dabei so ausgebildet und die Trennplättchen 13 so aufgebracht, dass sich die ersten Joch-Polflächen 11a, 12a und die zweiten Joch-Polflächen 11b, 12b jeweils bezüglich einer durch die Drehachse D verlaufenden Symmetrieachse diagonal gegenüberliegen.Each end or each U-leg 11, 12 of the yoke 10 forms two yoke pole faces 11a, 11b, 12a, 12b. In each case, a first yoke pole face 11a, 12a and a second yoke pole face 11b, 12b is formed shorter by pulling in a portion 17 on the side of the respective second yoke pole face 11b, 12b, the plastic of the induction bobbin 14 slightly higher is. In addition, the second yoke pole faces 11b, 12b each have a separating plate 13 made of nonmagnetic material, for example stainless steel. As a result, the magnetic resistance of the second yoke pole faces 11b, 12b is increased in contrast to the first yoke pole faces 11a, 12a. The induction bobbin 14 is thus formed and the separator plate 13 is applied so that the first yoke pole faces 11a, 12a and the second yoke pole faces 11b, 12b are opposite to each other diagonally with respect to an axis of symmetry extending through the axis of rotation D.
Der Anker 20 des Energiewandlers 1 ist aus mehreren Komponenten aufgebaut. Im Inneren des Ankers 20 befindet sich ein Permanentmagnetkern 23 vorzugsweise aus Samarium-Kobalt, Aluminium-Nickel- Kobalt, Neodym-Eisen-Bor oder einem anderen besonders starken permanentmagnetischen Material. Dieser Permanentmagnetkern 23 ist so magnetisiert, dass seine Magnetfeldlinien senkrecht zur Drehachse D und senkrecht zu einer Längsachse LA des Ankers 20 verlaufen. Die Magnetfeldrichtung M ist in Figur 11 schematisch eingezeichnet. Grundsätzlich kann die Magnetfeldrichtung M aber auch genau umgekehrt sein, da der gesamte Energiewandler 1 bezüglich der Drehachse D symmetrisch aufgebaut ist.The armature 20 of the energy converter 1 is constructed of several components. Inside the armature 20 is a permanent magnet core 23 preferably made of samarium cobalt, aluminum-nickel-cobalt, neodymium-iron-boron or another particularly strong permanent magnetic material. This permanent magnet core 23 is magnetized so that its magnetic field lines are perpendicular to the axis of rotation D and perpendicular to a longitudinal axis LA of the armature 20. The magnetic field direction M is shown schematically in FIG. Basically, the magnetic field direction M but also be exactly the opposite, since the entire energy converter 1 is constructed symmetrically with respect to the axis of rotation D.
An den beiden Längsseiten des Permanentmagnetkerns 23 erstrecken sich jeweils über den gesamten Permanentmagnetkern 23 und darüber hinaus Polschuhe 21 , 22, beispielsweise aus Weicheisen.On the two longitudinal sides of the permanent magnet core 23 extend over the entire permanent magnet core 23 and beyond pole pieces 21, 22, for example made of soft iron.
Der Permanentmagnetkern 23 ist gemeinsam mit den Polschuhen 21 , 22 in einem Vergusskörper 24 aus Kunststoff angeordnet, welcher das gesamte Ensemble fest zusammenhält und so den kompakten Anker 20 bildet, wobei die Polschuhe beidseitig aus dem Vergusskörper 24 herausragen. Durch diesen Aufbau weist der Anker 20 in einer Ebene senkrecht zur Drehachse D einen H-förmigen Querschnitt auf, weshalb ein solcher Anker 20 auch als H-Anker bezeichnet werden kann, wobei hier, wie in den Figuren zu sehen ist, die Schenkel der Polschuhe 21 , 22 asymmetrisch ausgebildet sind.The permanent magnet core 23 is arranged together with the pole shoes 21, 22 in a potting body 24 made of plastic, which holds the entire ensemble firmly together and thus forms the compact armature 20, wherein the pole shoes protrude on both sides of the potting 24. By virtue of this construction, the armature 20 has an H-shaped cross-section in a plane perpendicular to the axis of rotation D, which is why such an armature 20 can also be referred to as an H-armature, in which case, as can be seen in the figures, the legs of the pole shoes 21, 22 are formed asymmetrically.
Die Polschuhe 21 , 22 des Ankers 20 können (in einer senkrecht zur Drehachse D liegenden Querschnittfläche betrachtet) an den Enden jeweils konisch ausgebildet sein, um einen definierten Winkel zwischen den Joch-Polflächen 11a, 11b, 12a, 12b und den Anker-Polflächen 21a, 22b, 22a, 21 b in der ersten und zweiten Drehstellung des Ankers 20 zu erreichen.The pole shoes 21, 22 of the armature 20 may be formed conically (viewed in a perpendicular to the axis of rotation D cross-sectional area) at the ends to a defined angle between the yoke pole faces 11a, 11b, 12a, 12b and the armature pole faces 21a , 22b, 22a, 21b in the first and second rotational position of the armature 20 to achieve.
Der permanentmagnetische Kern 23 kann auch mehrteilig ausgebildet sein. Z. B. kann er unter Belassung eines Freiraums für ein Drehachsenführungsloch 25 zweiteilig ausgebildet sein. In diesem Fall ist das Drehachsenführungsloch 25 in den Vergusskörper 24 vorzugsweise gleich mit passend eingespritzt. Dieses Drehachsenführungsloch 25 ist so ausgebildet, dass es passgenau auf den Stift 15 des Induktionsspulenkörpers 14 passt und der Anker 20 mit möglichst geringer Toleranz frei auf dem Stift 15 drehbar gelagert werden kann, wie dies in den Figuren 8 bis 12 dargestellt ist. Sofern ein durchgehender Permanent- magnetkern verwendet wird, kann in diesen auch eine entsprechende Durchgangsbohrung eingebracht sein.The permanent magnetic core 23 may also be formed in several parts. For example, it may be formed in two parts while leaving a free space for a Drehachsenführungsloch 25. In this case, the rotation axis guide hole 25 is preferably injected into the potting body 24 equal with suitably. This rotary axis guide hole 25 is formed so that it fits snugly on the pin 15 of the induction coil body 14 and the armature 20 can be freely rotatably mounted on the pin 15 with the least possible tolerance, as shown in Figures 8 to 12. If a continuous permanent Magnet core is used, it can be introduced into this also a corresponding through hole.
Wie in den Figuren 8 bis 10 zu sehen ist, ist bei jedem der Polschuhe 21 , 22 eines der beiden Enden, mit denen er aus dem Vergusskörper 24 herausragt, im Verhältnis zum jeweils anderen Ende verkürzt, welches dagegen gerade sehr großflächig ausgebildet und so lang ist, dass es im montierten Zustand fast bis an die Außenkante des U-Schenkels 11 , 12 des Jochs 10 heranragt. Diese Enden bilden jeweils auf ihrer Innenseite die ersten Anker-Polflächen 21a, 22a, welche den ersten Joch-Polflächen 11a, 12 a gegenüberliegen. Um den magnetischen Widerstand weiter zu verringern, sind die ersten Anker-Polflächen 21a, 22a sogar noch quer zur Längsachse LA des Ankers 20 vergrößert, indem die Polschuhe an ihren Enden jeweils rechtwinklig nach unten ausgeweitet sind. So wird möglichst viel von der am Joch zur Verfügung stehenden ersten Joch- Polfläche 11a, 12 a genutzt. In einer diagonal durch den Anker 20 parallel zur Drehachse D liegenden Ebene, welche durch die Polschuhbereiche mit den ersten Anker-Polflächen 21a, 22b verläuft, weist der Anker 20 somit ebenfalls einen U-förmigen Querschnitt auf, wobei die offene Seite des U-Querschnitts des Ankers 20 in Richtung der offenen Seite des U- Querschnitts des Jochs 10 weist.As can be seen in FIGS. 8 to 10, in each of the pole shoes 21, 22 one of the two ends, with which it protrudes from the potting body 24, is shortened in relation to the respective other end, which on the other hand has a very large area and so long is that in the assembled state almost to the outer edge of the U-leg 11, 12 of the yoke 10 protrudes. These ends each form on their inner side the first armature pole faces 21a, 22a, which lie opposite the first yoke pole faces 11a, 12a. In order to further reduce the magnetic resistance, the first armature pole faces 21a, 22a are even enlarged transversely to the longitudinal axis LA of the armature 20, in that the pole shoes at their ends are each extended at right angles downwards. As much as possible of the yoke available at the first yoke pole face 11a, 12a is used. In a plane lying diagonally through the armature 20 parallel to the axis of rotation D, which runs through the pole piece areas with the first armature pole faces 21a, 22b, the armature 20 thus likewise has a U-shaped cross section, the open side of the U cross section of the armature 20 in the direction of the open side of the U-section of the yoke 10 points.
Die stark verkürzten Enden der beiden Polschuhe 21 , 22 bilden die zweiten Anker-Polflächen 21b, 22b. Dabei liegt die zweite Anker-Polfläche 21b, die durch das verkürzte Ende des ersten Polschuhs 21 (in Figur 11 den Nordpol N des Ankers 20) gebildet wird, der zweiten Joch-Polfläche 12b des zweiten U-Schenkels gegenüber und die zweite Joch-Polfläche 22b, welche durch den zweiten Polschuh 22 (in Figur 11 den Südpol S des Ankers 20) gebildet wird, liegt der zweiten Joch-Polfläche 11b des ersten U-Schenkels 11 des Jochs 10 gegenüber. Diese asymmetrische Ausbildung führt dazu, dass in der ersten Drehstellung I sehr große gegenüberliegende erste Joch-Polflächen 11a, 12a und dazugehörige Anker-Polflächen 21a, 22a zur Verfügung stehen, sodass in der ersten Drehstellung I der magnetische Übergangswiderstand zwischen dem Anker 20 und dem Joch 10 sehr gering ist. Die in der zweiten Drehstellung Il (siehe Figur 9) jeweils aneinander anschlagenden zweiten Joch- Polflächen 11b, 12b und zweiten Anker-Polflächen 22b, 21b sind dagegen relativ klein, wobei durch die Trennplättchen 13 aus nichtmagnetischem Material der magnetische Widerstand noch vergrößert wird.The sharply shortened ends of the two pole pieces 21, 22 form the second armature pole faces 21b, 22b. In this case, the second armature pole face 21b, which is formed by the shortened end of the first pole piece 21 (in FIG. 11 the north pole N of the armature 20), lies opposite the second yoke pole face 12b of the second U leg and the second yoke pole face 22b, which is formed by the second pole piece 22 (in FIG. 11 the south pole S of the armature 20), lies opposite the second yoke pole face 11b of the first U leg 11 of the yoke 10. This asymmetrical design means that in the first rotational position I very large opposite first yoke pole faces 11a, 12a and associated armature pole faces 21a, 22a are available, so that in the first Rotary position I, the magnetic contact resistance between the armature 20 and the yoke 10 is very low. On the other hand, the second yoke pole faces 11b, 12b and second armature pole faces 22b, 21b abutting one another in the second rotational position II (see FIG. 9) are relatively small, the magnetic resistance being increased by the separating platelets 13 made of non-magnetic material.
Je nach Wahl des magnetischen Materials und der Trenn- plättchenmatehalauswahl bzw. -dicke kann so dafür gesorgt werden, dass sich das Magnetfeld M durch das Joch 10 bei einer Verstellung des Ankers von der ersten Drehstellung in die zweite Drehstellung nicht umdreht, sondern allenfalls auf Null zurückgeht. Daher kann, wie bereits eingangs erläutert, grundsätzlich auf eine Rückstellfeder 4 verzichtet werden. Die asymmetrische Ausbildung der jeweils an einem Jochende sich gegenüberliegenden Anker-Polflächen hat im Übrigen den Vorteil, dass ein effektiver Energiewandler mit einem sehr geringen Betätigungsweg realisiert werden kann.Depending on the choice of the magnetic material and the separating plate matehal selection or thickness, it is possible to ensure that the magnetic field M does not turn through the yoke 10 during an adjustment of the armature from the first rotational position to the second rotational position, but at most to zero declining. Therefore, as already explained at the outset, basically a return spring 4 can be dispensed with. Incidentally, the asymmetrical design of the armature pole faces that are located opposite each other at a yoke end has the advantage that an effective energy converter can be realized with a very small actuation path.
Erste Versuchsreihen mit einem so aufgebauten Energiewandler haben gezeigt, dass unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der vom Benutzer die Taste gedrückt wird, Spannungen von über 30 Volt erreichbar sind, wobei die Leistung mit steigendem Lastwiderstand, der als Nutzlast an den Spulenterminals angehängt wird, bis zu 1 ,5 mWs ansteigt. Dabei wird eine Spannung von 25 Volt auch noch bei Lastwiderständen im Bereich von 0,5 bis 3,5 kΩ erreicht. Diese Werte reichen problemlos aus, um unmittelbar ein Relais in der Energieversorgungsschalteinrichtung des Elektrogeräts sicher anzusteuern. Eine Verstärkung des Signals durch aktive Komponenten ist nicht erforderlich.First series of experiments with a so-constructed energy converter have shown that, regardless of the speed with which the user is pressed the key, voltages of over 30 volts can be reached, the power with increasing load resistance, which is attached as a payload to the coil terminals, to to 1, 5 mWs increases. In this case, a voltage of 25 volts is still achieved at load resistances in the range of 0.5 to 3.5 kΩ. These values are easily enough to directly control a relay in the power supply switching device of the electrical appliance. Amplification of the signal by active components is not required.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den in den Figuren dargestellten Vorrichtungen und dem Energiewandler sowie den im Zusammenhang damit erläuterten konkreten Verfahren lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in vielfacher Hinsicht variiert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es wird außerdem der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. It is finally pointed out again that it is in the figures shown in the figures devices and the energy converter and the concrete method explained in connection therewith only exemplary embodiments, which the expert in can be varied in many ways, without departing from the scope of the invention. It is also noted for the sake of completeness that the use of the indefinite article "a" or "an" does not preclude that the characteristics in question may also be present more than once.

Claims

Patentansprüche claims
1. Schalteinrichtung zum Einschalten eines Elektrogeräts (50), welches einen Energieversorgungsanschluss (55) an eine Energieversorgung (E) aufweist, mit einem in oder an einem Gehäuse (56) des Elektrogeräts (50) angeordneten, von einem Bediener des Elektrogeräts (50) manuell betätigbaren elektromechanischen Energiewandler (1) zur Umwandlung eines kinetischen Schaltimpulses (F) in einen elektrischen Impuls (SP) und mit einer Energieversorgungsschalteinheit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120), welche in einem ersten Schaltzustand den Energieversorgungsanschluss (55) mit einer Betriebseinheit (51 , 52) des Elektrogeräts (50) verbindet und in einem zweiten Schaltzustand die Betriebseinheit (51 , 52) des Elektrogeräts (50) vom Energieversorgungsanschluss1. Switching device for switching on an electrical appliance (50), which has a power supply connection (55) to a power supply (E), with an in or on a housing (56) of the electrical appliance (50) arranged by an operator of the electrical appliance (50) manually operable electromechanical energy converter (1) for converting a kinetic switching pulse (F) into an electrical pulse (SP) and with a power supply switching unit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120) which in a first switching state the power supply connection ( 55) with an operating unit (51, 52) of the electrical appliance (50) and in a second switching state, the operating unit (51, 52) of the electrical appliance (50) from the power supply terminal
(55) trennt, wobei der Energiewandler (1) und die Energieversorgungsschalteinheit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120) miteinander so schaltungstechnisch gekoppelt sind, dass die Energieversorgungsschalteinheit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120), wenn sie sich im zweiten Schaltzustand befindet, durch einen bei einer mechanischen Betätigung des Energiewandlers (1) erzeugten elektrischen Impuls (SP) in den ersten Schaltzustand geschaltet wird.(55), wherein the power converter (1) and the power supply switching unit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120) are circuit-coupled with each other so that the power supply switching unit (60, 70, 80, 90, 100, 110 , 120), when in the second switching state, is switched to the first switching state by an electrical pulse (SP) generated during a mechanical actuation of the energy converter (1).
2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der bei einer mechanischen Betätigung des Energiewandlers (1 ) erzeugte elektrischen Impuls (SP) die Energieversorgungsschalteinheit (60, 70, 80, 90, 100, 110) unmittelbar schaltet.2. Switching device according to claim 1, characterized in that in a mechanical actuation of the energy converter (1) generated electrical pulse (SP), the power supply switching unit (60, 70, 80, 90, 100, 110) switches directly.
3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungsschalteinheit (60, 70, 80, 110) eine Wechselstrom-Schalteinheit (61 , 71 , 81 , 111 , 112, 121 ) und/oder eine Gleichstrom-Schalteinheit (91 , 101) umfasst. 3. Switching device according to claim 1 or 2, characterized in that the power supply switching unit (60, 70, 80, 110), an AC switching unit (61, 71, 81, 111, 112, 121) and / or a DC switching unit (91 , 101).
4. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Energieversorgungsanschluss (55) ein Gleichrichter (94, 104) nachgeschaltet ist und die4. Switching device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the power supply connection (55), a rectifier (94, 104) is connected downstream and the
Energieversorgungsschalteinheit (90, 100) zwischen Gleichrichter (94, 104) und Betriebseinheit (51 , 52) geschaltet ist.Power supply switching unit (90, 100) between the rectifier (94, 104) and the operating unit (51, 52) is connected.
5. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungsschalteinheit (60, 70,5. Switching device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the power supply switching unit (60, 70,
80, 90, 100, 110, 120) eine Relais-Schaltung (60, 70, 120) und/oder eine Thyristor-Schaltung (80) und/oder eine Transistor-Schaltung (90, 100,110) umfasst.80, 90, 100, 110, 120) comprises a relay circuit (60, 70, 120) and / or a thyristor circuit (80) and / or a transistor circuit (90, 100, 110).
6. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (1 ) und die Energieversorgungsschalteinheit (60, 70, 120) miteinander so schaltungstechnisch gekoppelt sind, dass die Energieversorgungsschalteinheit (60, 70, 120), wenn sie sich im ersten Schaltzustand befindet, durch einen bei einer Betätigung des Energiewandlers (1) erzeugten elektrischen Impuls (SP) in den zweiten Schaltzustand geschaltet wird.6. Switching device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the energy converter (1) and the power supply switching unit (60, 70, 120) are coupled together in terms of circuitry that the power supply switching unit (60, 70, 120) when they are is in the first switching state, is switched by a upon actuation of the energy converter (1) generated electrical pulse (SP) in the second switching state.
7. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungsschalteinheit (60, 70) bistabil ausgebildet ist.7. Switching device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the power supply switching unit (60, 70) is formed bistable.
8. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Halte-Schaltung (82, 93, 103, 114, 123), welche die Energieversorgungsschalteinheit (80, 90, 100, 110, 120) nach einem8. Switching device according to one of claims 1 to 7, characterized by a holding circuit (82, 93, 103, 114, 123), which the power supply switching unit (80, 90, 100, 110, 120) after a
Umschalten vom zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand im ersten Schaltzustand hält. Switching from the second switching state holds in the first switching state in the first switching state.
9. Schalteinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halte-Schaltung (82, 93, 103, 114, 123) einen Signalgeber umfasst oder mit einem Signalgeber (53) gekoppelt ist, welcher über den Energieversorgungsanschluss (55) mit Energie versorgt wird, wenn sich die Energieversorgungsschalteinheit (80, 90, 100, 110, 120) im ersten Schaltzustand befindet.9. Switching device according to claim 8, characterized in that the holding circuit (82, 93, 103, 114, 123) comprises a signal generator or with a signal generator (53) is coupled, which is supplied via the power supply terminal (55) with energy when the power supply switching unit (80, 90, 100, 110, 120) is in the first switching state.
10. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen mit der Energieversorgungsschalteinheit (70, 80, 90, 100, 110, 120) gekoppelten Signalgeber (53), der so ausgebildet ist und/oder von einer Betriebseinheit (52) des Elektrogeräts (50) so angesteuert wird, dass die Energieversorgungsschalteinheit (70, 80, 90, 100, 110, 120) in Abhängigkeit von einem definierten Betriebsprogramm vom ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand umschaltet.10. Switching device according to one of claims 1 to 9, characterized by a with the power supply switching unit (70, 80, 90, 100, 110, 120) coupled to signal generator (53) which is formed and / or by an operating unit (52) of the Electric device (50) is controlled so that the power supply switching unit (70, 80, 90, 100, 110, 120) switches in response to a defined operating program from the first switching state to the second switching state.
11. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine mit dem Energiewandler (1) gekoppelte Prozessoreinheit (122), welche in einem Ruhemodus gehalten wird, wenn sich die Energieversorgungsschalteinheit (120) im zweiten11. Switching device according to one of claims 1 to 10, characterized by a with the energy converter (1) coupled to the processor unit (122), which is held in a sleep mode, when the power supply switching unit (120) in the second
Schaltzustand befindet, und welche bei Empfang eines Schaltimpulses (SP) vom Energiewandler (1) die Energieversorgungsschalteinheit (120) vom zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand umschaltet.Switching state is located, and which upon receipt of a switching pulse (SP) from the power converter (1), the power supply switching unit (120) switches from the second switching state to the first switching state.
12. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (1) folgende Komponenten umfasst:12. Switching device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the energy converter (1) comprises the following components:
- ein feststehendes Joch (10), welches zumindest zwei Enden (11 , 12) mit jeweils einer ersten Joch-Polfläche (11a, 12a) aufweist und in einem Bereich zwischen den Enden von zumindest einer Induktionsspule (30) umwickelt ist, - einen permanentmagnetischen Anker (20), welcher an zwei Enden jeweils eine erste Anker-Polfläche (21a, 22a) aufweist und um eine Drehachse (D) so am Joch (10) drehbar gelagert ist, dass in einer ersten Drehstellung (I) des Ankers (20) die ersten Anker-Polflächen (21a, 22a) jeweils unter Bildung eines Anschlags für die erstea fixed yoke (10) which has at least two ends (11, 12) each with a first yoke pole face (11a, 12a) and is wrapped in a region between the ends of at least one induction coil (30), - A permanent magnetic armature (20), which at two ends in each case a first armature pole face (21a, 22a) and about a rotation axis (D) is rotatably mounted on the yoke (10) that in a first rotational position (I) of the Anchor (20) the first armature pole faces (21a, 22a) each to form a stop for the first
Drehstellung (I) an den ersten Joch-Polflächen (11a, 12a) an den beiden Enden des Jochs (10) anliegen,Rotary position (I) on the first yoke pole faces (11a, 12a) abut the two ends of the yoke (10),
- ein Betätigungselement (5) zur Bewegung des Ankers (20) durch eine externe mechanische Kraft (F) aus der ersten Drehstellung (I) in eine zweite Drehstellung (II), wobei in der Induktionsspule (30) elektrische Energie induziert wird.- An actuating element (5) for moving the armature (20) by an external mechanical force (F) from the first rotational position (I) in a second rotational position (II), wherein in the induction coil (30) electrical energy is induced.
13. Elektrogerät (50) mit einer Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12.13. Electrical appliance (50) with a switching device according to one of claims 1 to 12.
14. Elektrogerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (1) mit dem Betätigungselement (5) in einer Bedien- einheit des Elektrogeräts (50) und die Energieversorgungsschalteinheit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120) in einem bedienerfernen Bereich im Gehäuse (56) des Elektrogeräts (50) angeordnet ist.14. Electrical device according to claim 13, characterized in that the energy converter (1) with the actuating element (5) in an operating unit of the electrical appliance (50) and the power supply switching unit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120) is disposed in a remote area in the housing (56) of the electrical appliance (50).
15. Elektrogerät nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine Steuerelektronik (52), welche die Energieversorgungsschalteinheit15. Electrical device according to claim 13 or 14, characterized by an electronic control unit (52) which the power supply switching unit
(70, 80, 90, 100, 110, 120) gemäß einem bestimmten Programmablauf in den zweiten Schaltzustand zurückschaltet.(70, 80, 90, 100, 110, 120) switches back to the second switching state according to a specific program sequence.
16. Verwendung eines elektromechanischen Energiewandlers (1), welcher einen bei einer Betätigung eines Betätigungselements (5) des16. Use of an electromechanical energy converter (1), which one upon actuation of an actuating element (5) of the
Energiewandlers (1) durch einen Bediener abgegebenen kinetischen Schaltimpuls (F) in einen elektrischen Impuls (SP) umwandelt, um innerhalb eines Elektrogeräts (50) einer Energieversorgungs- schalteinheit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120) des Elektrogerät (50), welches einen Energieversorgungsanschluss (55) an eine Energieversorgung (E) aufweist, von einem zweiten Schaltzustand, in dem die Energieversorgungsschalteinheit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120) eine Betriebseinheit (51 , 52) des Elektrogeräts (50) vom Energieversorgungsanschluss (55) trennt, in einen ersten Schaltzustand zu schalten, in dem die Energieversorgungsschalteinheit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120) den Energieversorgungsanschluss (55) mit der Betriebseinheit (51 , 52) des Elektrogeräts (50) verbindet.Energy converter (1) converted by an operator kinetic switching pulse (F) into an electrical pulse (SP) to within an electrical appliance (50) of a power supply switching unit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120) of the electrical appliance (50) having a power supply terminal (55) to a power supply (E) from a second switching state in which the power supply switching unit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120) separates an operating unit (51, 52) of the electrical appliance (50) from the power supply terminal (55) to switch to a first switching state in which the power supply switching unit (60, 70, 80, 90, 100 , 110, 120) connects the power supply terminal (55) to the operating unit (51, 52) of the electrical appliance (50).
17. Verfahren zum Einschalten eines Elektrogeräts (50), welches einen Energieversorgungsanschluss (55) an eine Energieversorgung (E) aufweist, bei dem mittels eines in oder an einem Gehäuse (56) des Elektrogeräts (50) angeordneten, manuell zu betätigenden elektromechanischen Energiewandlers (1) ein kinetischer Schaltimpuls in einen elektrischen Impuls (SP) umgewandelt wird und mittels dieses elektrischen Impulses (SP) eine Energieversorgungsschalteinheit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120), welche in einem ersten Schaltzustand den17. A method for switching on an electrical appliance (50) which has a power supply connection (55) to a power supply (E), in which by means of in or on a housing (56) of the electrical appliance (50) arranged, manually operated electromechanical energy converter ( 1) a kinetic switching pulse is converted into an electrical pulse (SP) and by means of this electrical pulse (SP) a power supply switching unit (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120) which in a first switching state the
Energieversorgungsanschluss (55) mit einer Betriebseinheit (51 , 52) des Elektrogeräts (50) verbindet und in einem zweiten Schaltzustand die Betriebseinheit (51 , 52) des Elektrogeräts (50) vom Energieversorgungsanschluss (55) trennt, vom zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand geschaltet wird. Power supply connection (55) to an operating unit (51, 52) of the electrical appliance (50) connects and in a second switching state, the operating unit (51, 52) of the electrical appliance (50) from the power supply terminal (55) disconnected, switched from the second switching state to the first switching state becomes.
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