DE3235366C2

DE3235366C2 -

Info

Publication number: DE3235366C2
Application number: DE19823235366
Authority: DE
Inventors: Harry Dr. 6140 Bensheim De Gaus
Original assignee: Individual
Current assignee: Gaus Harry Dr 6903 Neckargemuend De
Priority date: 1982-09-24
Filing date: 1982-09-24
Publication date: 1987-09-10
Also published as: DE3235366A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung in elektrisch betriebenen Geräten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige elektrische Geräte sind z. B. trag bare Haartrockner, Rasierapparate.

Eine besondere Gefahr bei der Benutzung von Elektrogeräten tritt dann auf, wenn ein solches Gerät mit Wasser in Be rührung kommt. So kann es z. B. in einem Bad zu einem töd lichen elektrischen Unfall kommen, wenn etwa ein Haar trockner, auch wenn er sich nicht gerade in Betrieb befindet, in eine Badewanne fällt.

Eine solche Schutzeinrichtung in elektrisch betriebenen Gerä ten ist Gegenstand des Hauptpatents 32 08 147.

In dem Hauptpatent 32 08 147 ist vorgeschlagen worden, eine elektrische Doppelleitung als Sonde für eingedrun genes Wasser so zu verlegen, daß eine Schutzabschaltung ein leitbar ist, bevor mit dem Netz direkt verbundene Teile von einer zusammenhängenden Wassermenge berührt werden können. Als Abschaltelement ist ein selbstöffnender mechanischer Schalter angegeben, der mittels eines dünnen Drahtes in geschlossener Stellung gehalten ist. Durch ein Signal von der Doppelleitung ist ein Triac zündbar, der den Draht an das Netz schaltet und zum Schmelzen bringt, so daß der Schalter sich öffnen kann. Ein Nachteil besteht darin, daß der Schmelzdraht direkt aus der geringen Quellimpedanz des Netzes gespeist wird, so daß der Strom bei Erreichen des Schmelzintegrales I ²t bereits einen hohen Wert angenommen haben kann. Dieser Strom addiert sich zum Verbraucherstrom; der mechanische Schalter muß also einen relativ großen Gesamtstrom abschalten können. Das macht den Schalter aufwendig oder erfordert eine zusätz liche Schmelzsicherung zur Unterstützung (Lichtbogenlöschung) des Schalters.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzeinrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß das Netz bei Eintreffen eines Signals von einer Sonde für Wasser möglichst rasch allpolig abgeschaltet wird, ohne daß das Netz kurzschlußartig belastet wird oder daß der abzuschaltende Strom sich im Augenblick des Ansprechens wesentlich erhöht.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im An spruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungs form erläutert.

Fig. 1 zeigt beispielhaft den Aufbau eines Schutzschalters im Maßstab 6 : 1.

Auf einer Leiterplatte 1 sind zwei Federbügel 2 und 3 eingelötet, so wie zwei Kontaktstifte 4 und 5 und ein Widerstandselement 6. Die Fe derbügel, die hier die Form von Blattfedern aufweisen, sind so einge lötet bzw. gebogen, daß sie eine Ruhestellung einnehmen können, in der ein Kontakt mit den Kontaktstiften nicht besteht. Im Betriebszustand sind die Federbügel herabgebogen, so daß sie mit Vorspannung auf den Kontaktstiften aufliegen. An ihrem freien Ende sind die Federbügel mittels eines isolierenden Joches 7 miteinander verbunden und an dem Widerstandselement 6 mit einem schmelzbaren Kleb stoff 8 angeklebt. Geeignete Klebstoffe sind unter der Allgemeinbe zeichnung Schmelzkleber im Handel. Als Widerstandselement 6 kommt ein handelsüblicher Miniatur-Drahtwiderstand in Betracht. Besonders ge eignet ist eine Ausführung mit etwa den Abmessungen 2 mm ⌀ × 6 mm Länge, einem Wickelkern aus Glasfasern und offenliegender einlagiger Drahtwicklung. Die Wicklung ist mit einem Schmelzkleber dünn beschich tet. Der Widerstandswert für den Betrieb am 220 V-Netz kann z. B. 30 Ohm betragen.

Das Joch 7 soll sicherstellen, daß ungeachtet möglicher Ungleich mäßigkeiten des Klebstoffes nach einer Auslösung stets beide Feder bügel 2, 3 zugleich nach oben schwingen und zwangsweise beide Kontaktstel len öffnen. Um die Öffnungsgeschwindigkeit möglichst hoch zu halten, ist das Joch 7 soweit wie möglich erleichtert. Auch soll durch Material und Formgebung verhindert werden, daß Wärme, die bei starker Strom belastung der Kontaktstellen entsteht, auf die Klebestelle übertra gen wird. Die verjüngte Form der Federbügel soll durch Verringerung der Masse ebenfalls eine höhere Öffnungsgeschwindigkeit erbringen. An einem ausgeführten Muster ergeben sich etwa folgende Daten: Nach dem Zünden des Halbleiterschalters wird ein Strom von im Mittel 0,67 A aufgenommen, der klein ist im Verhältnis zu dem Nennstrom eines 1500- Watt-Haartrockners von 6,8 A.

Die an dem Widerstandselement 6 anfallende Leistung von 146 W im Mittel bzw. 290 W als Spitzenwert erwärmt dieses je nach der Phasenlage zu Be ginn der Auslösung in ca. 1 bis 3 Millisekunden auf die Schmelztempe ratur von ca. 120°C, so daß die Klebestelle sich löst. Die Federbügel 2, 3 stehen unter einer Anfangskraft von etwa 1,2 N, die effektive Masse beträgt 80 mg. Daraus resultiert eine Anfangsbeschleu nigung von 1500 g und eine Öffnungszeit für 3 mm Kontaktabstand von etwa 1 Millisekunde. Während dieser Zeit kann die Temperatur des Wi derstandselementes 6 weiter steigen, jedoch nicht auf Werte, die zum Durchbrennen führen, da hierfür eine um Faktoren längere Zeit nötig wäre. Nach dem Öffnen der beiden Kontaktstellen sind die Netz leitungen 9 und 10 sowohl von der Zündschaltung als auch von den Ver braucherleitungen 11 und 12 abgetrennt. Eine weitere Verkürzung der Abschaltverzögerung ist durch Verwendung einer Widerstandsschicht auf der Basis eines Metalloxids auf einem ebenen Kera miksubstrat möglich, da das Verhältnis von möglicher Impulsleitung zu Wärmekapazität von Widerstands- und Klebstoffschicht verbessert würde. Statt einer wärmeempfindlichen Verklebung kann auch eine formschlüs sige Verbindung zwischen dem Joch 7 und dem Widerstandselement 6 durch Umschlingen mit einem schmelzbaren Faden oder einem schmelz baren dünnen Band hergestellt werden.

Fig. 2 zeigt eine elektronische Zündschaltung, deren Elemen te auf der gleichen Leiterplatte unterzubringen sind.

Die Netzleitungen 9 und 10 sind über zwei Kontaktsätze, bestehend aus den Federbügeln 2 und 3 und den Kontaktstiften 4 und 5 an die Ver braucherleitungen 11 und 12 geführt. In der Diagonale eines Dioden quartetts 13, 14, 15, 16 befinden sich das Widerstandselement 6 und ein Thyristor 17 mit Schutzkondensator 18. Gegenüber einem Triac, der anstelle des Thyristors ohne das Dioden-Quartett einsetzbar wäre, er gibt sich der Vorteil einer verminderten Wahrscheinlichkeit einer ungewollten Über-Kopf-Zündung, da der Kondensator 18 auf den Schei telwert der Netzspannung aufgeladen ist und damit die Dioden meistens gesperrt bleiben. Ein Widerstand 19 und ein Kondensator 20 dienen eben falls der Absicherung gegen Störimpulse.

Über zwei Hochohmwiderstände 21 und 22 sind zwei Sondenleitungen 23 und 24 angeschlossen, um eine Wasserbenetzung zu erfassen. Da für diese Anwendung der kleinste handelsübliche Thyristor ausreicht, der zur Zündung weniger als 200 Mikroampere benötigt, können die Widerstände 21, 22 Werte um 120 kOhm aufweisen, so daß die möglichen Ableitströme von den Sondenleitungen ungefährlich bleiben (unter 2 mA). Damit ist die Voraussetzung einer doppelten Isolation sowie eines zeitlichen Vorlaufs der Auslösung vor dem Beginn einer ernstlichen Elektrisierung gegeben, wie im Hauptpatent näher ausgeführt ist.

Die Sicherheit gegen ungewollte Auslösung liegt in der Entkopp lung des Thyristors 7 vom Netz durch das Widerstandselement 6, wodurch der Schutzkondensator 18 erst wirksam werden kann.

Ferner ist der Schutzschalter unempfindlich gegen Schock und Vibra tion bis über 1000 g, da das Verhältnis von rückhaltender Kraft (Kle bung) zur Masse der Federbügel 2, 3 sehr groß ist. Je nach Wahl der schmelzbaren Sub stanz kann auch eine Temperatur-Unempfindlichkeit bis über 100°C erreicht werden. Die Abschalteigenschaften sind durch Netzimpedanz und Netzabsicherung nicht beeinflußt. Die geringen Abmessungen von z. B. 20 × 20 × 10 mm³ erlauben den Einbau auch in kleine Elektrogeräte.

Claims

1. Schutzeinrichtung in elektrisch betriebenen Geräten, die folgende Merkmale umfaßt:

a) eine auf in das Gerätegehäuse eindringende leitfähige Flüssigkeit ansprechende elektronische Schaltung mit einer Sonde in Form eines an den Berandungen von Gehäuseöffnungen und Gehäusefugen geführten, bei der Handhabung des Gerätes nicht berührbaren offenen elektrischen Doppelleiters, die bei Anwesenheit von Flüssigkeit ihren elektrischen Impedanzwert ändert, und mit einer Zündschaltung mit einem Halbleiterschal ter, an deren Eingang die Sonde liegt und die den Halb leiterschalter einschaltet, wenn sich der Impedanzwert der Sonde um einen vorgegebenen Betrag ändert,
b) einen selbstöffnenden mechanischen Schalter mit zwei in den Netzleitungen liegenden Kontaktsätzen, deren Kontaktfedern unter Vorspannung durch ein gegen die Kontaktfedern isoliertes Bauteil geschlossen gehalten sind, das durch Erhitzen mittels des beim Einschalten des Halbleiters im Ausgangskreis der Zündschaltung auf tretenden Stromes schmilzt und die Kontaktfedern frei gibt,
c) und ein Gehäuse, in dem die elektronische Schaltung und der mechanische Schalter hermetisch dicht gekapselt sind,

dadurch gekennzeichnet,
- daß der Halbleiterschalter (17) ein Thyristor ist,
- daß ein Diodenquartett (13-16) zwischen die vom Schalter (3, 5; 2, 4) zur Last des Gerätes führenden Netzleitungen geschaltet ist, in dessen einer Diagonalen das Bauteil (6) in Reihe mit der Parallelschaltung des Thyristors (17) und eines Schutzkondensators (18) liegt und
- daß der eine Anschluß (23) des Doppelleiters der Sonde an der positiven Seite des Diodenquartetts (13-16) und der andere Anschluß (24) an der Zündelektrode des Thy ristors (17) liegt.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgespannten Kontaktfedern (2, 3) der beiden Kontaktsätze an einem Widerstandselement (6) mittels einer schmelzbaren nichtleitenden Substanz (8) angeheftet sind und daß das Widerstandselement (6) sich nach Zünden des Halbleiterschalters (17) auf die Schmelztemperatur der Substanz (8) erwärmt.

3. Schutzeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontaktfedern (2, 3) an den freien Enden durch ein isolierendes Joch (7) miteinander verbunden sind und daß das Joch (7) mittels einer schmelzbaren Substanz (8) an dem Widerstandselement (6) angeheftet ist.

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (7) mittels eines schmelzbaren Klebstoffes (8) an das Widerstandselement (6) angeklebt ist.

5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (7) mittels eines schmelzbaren Fadens oder Bandes an dem elektrischen Widerstandselement (6) festge halten ist.

6. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktsätze (2, 4; 3, 5) des Schalters, das Wider standselement (6) und die Bauelemente (14-22) der Zünd schaltung auf einer Leiterplatte (1) aufgebracht sind.

7. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (6) ein Drahtwiderstand mit einem Wickelkern aus Glasfasern und offenliegender ein lagiger Drahtwicklung ist.

8. Schutzeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (6) ein Dickfilmwiderstand ist.