DE3514135A1

DE3514135A1 - Leitungstrennvorrichtung fuer netzbetriebene geraete

Info

Publication number: DE3514135A1
Application number: DE19853514135
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 6239 Eppstein Heuwinkel
Original assignee: Braun GmbH
Current assignee: Braun GmbH
Priority date: 1985-04-19
Filing date: 1985-04-19
Publication date: 1986-10-23

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Leitungstrennvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Leitungstrennvorrichtung für netzbetriebene Geräte zum Schutz gegen Stromschläge bei Wassereintritt in das Gerät ist aus der US-PS 44 64 582 bekannt. In der bekannten Leitungstrennvorrichtung detektiert ein zweipoliger Sensor den Wassereintritt und liefert ein Signal für einen Halbleiterschalter, der wiederum ein elektromagnetisches Relais bei Wassereintritt aktiviert. Das Relais betätigt hierauf Netzschalter, die alle stromführenden Leitungen unterbrechen. Durch geeignete Maßnahmen wird bewirkt, daß das Relais auch weiterhin aktiviert wird, wenn der Wassereintritt beseitigt wurde. Die aus dem Relais, den Netzschaltern und dem Halbleiterschalter gebildete Schaltstufe weist somit ein bistabiles Schaltverhalten auf. Der in der bekannten Leitungstrennvorrichtung verwendete zweipolige Sensor erweist sich aber nicht als ausreichend betriebssicher, da beispielsweise verkohlte Schmutzteilchen oder Haare in einem Haartrockner an dem Sensor Kurzschlußbrücken bilden können, worauf die Leitungstrennvorrichtung fälschlicherweise anspricht. Weiter ist es besonders für in Serie gefertigte Geräte schwierig, den zweipoligen Sensor an allen Öffnungen und Durchbrüchen auszubilden.

Aus der EF 00 88 390 ist eine weitere Leitungstrennvorrichtung bekannt, bei der vorgespannte Federkont5 taktbleche verwendet werden, die mit einer Schmelzvorrichtung fixiert wurden. Tritt Wasser in das Gerät ein, liefert ein zweipoliger Sensor ein Signal zu einer Schaltstufe, die die Schmelzvorrichtung zum Schmelzen bringt, worauf die Federkontaktbleche sich öffnen und die Netzleitungen unterbrechen. Zu den oben angeführten Nachteilen der Verwendung eines zweipoligen Sensors tritt der Nachteil, daß sich der Einsatzpunkt der Leitungstrennvorrichtung gerade bei Seriengeräten nur schwierig festlegen läßt. Weiter läßt sich diese Leitungstrennvorrichtung während der Endkontrolle der gefertigten Geräte nicht auf Funktionsfähigkeil überprüfen, was einen schwerwiegenden Nachteil darstellt.

Eine weitere, auf ihre Funktion nicht überprüfbare Leitungstrennvorrichtung ist aus der DE-PS 30 38 101 bekannt. Diese Leitungstrennvorrichtung weist einen Halbleiterschalter mit einer freiliegenden Steuerelektrode auf, wobei die Steuerelektrode bei Wassereintritt den Halbleiterschalter durchschaltet, der hierauf einen Kurzschluß in dem Netz verursacht, worauf die Haussicherung oder Fehlerstromschutzeinrichtungen ansprechen. Diese Leitungstrennvorrichtung ist gleichfalls nicht reversibel und damit in der Endkontrolle nicht auf ihre Funktion überprüfbar. Neben diesem Nachteil verstößt die Leitungstrennvorrichtung nach der DE-PS 30 38 101 gegen einschlägige VDE-Vorschriften (VDE 0700).

Aus der DE-OS 31 16 285 ist ein Haartrockner bekannt, bei dem an allen Gehäuseöffnungen ein geerdetes Metallelement vorgesehen ist, daß bei Wasserkontakt eine separate Fehlerstromschutzschaltung außerhalb des Haartrockners zum Ansprechen bringt. Das Anordnen des Metallelementes an den zahlreichen Gehäuseöffnungen ist gleichfalls sehr aufwendig und zusätzlich ist eine teuere, separate Fehlerstromschutzschaltung erforderlich.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung eine preiswerte und betriebssichere Leitungstrennvorrichtung zu schaffen, die besonders für die Serienfertigung geeignet ist und deren Funktion in der Geräteendkontrolle leicht überprüft werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Gemäß der vorliegende Erfindung umschließt eine großflächige Sensorelektrode die spannungsführenden Teile von allen Seiten von außen und weist einen bestimmten freien Abstand zu allen spannungsführenden Teilen auf. Der Sensor wird somit aus den nicht isolierten spannungsführenden Teilen und der großflächigen Sensorelektrode gebildet, wobei die spannungsführenden Teile an keiner Stelle über den durch die Sensorelektrode aufgespannten Raum ragen. Der freie Abstand zwischen Sensorelektrode und spannungsführen-

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den Teilen — der im Normalbetrieb eine freie hochoh- den Netzleitungen 7 und 8 verbunden ist. In den Netzleimige Luftstrecke darstellt — wird bei Wassereintritt tungen 7, 8, die zu den stromführenden Teilen in dem durch den relativ niederohmigen Übergangswiderstand Gerät — beispielsweise einem Haartrockner — führen, des Wassers überbrückt. Der Übergangswiderstand von liegen zwei Netzschalter β, 9. Mittels der Netzschalter 6, sauberen oder verschmutzten Wasser reicht hierbei aus, 5 9 läßt sich die Netzspannung vollständig auf allen Leium so viel Strom über die Sensorleitung zu führen, daß tungen von dem Gerät abtrennen. Die Netzschalter 6,9 ein Halbleiterschalter anspricht. Die vorteilhafte Wir- sind über eine mechanische Kopplung B mit dem elekkung der vorliegenden Erfindung ergibt sich dadurch, tromagnetischem Relais 4 verbunden. Das Relais 4, der daß eine einpolige großflächige Sensorelektrode ver- Halbleiterschalter 5 und die Netzschalter 6,7 bilden eine wendet wird, die die spannungsführenden Teile von al- io Schaltstufe 3 mit bistabilem Schaltverhalten, die in len Seiten umschließt. Hierdurch wird erzielt, daß bei Fig. 1 gestrichelt eingefaßt ist. D.h., die Schaltstufe weist Wassereintritt zuerst die Sensorelektrode mit Wasser zwei stabile Schaltpositionen auf. In der ersten Schaltbenetzt wird, wobei es unerheblich ist, von welcher Sei- position sind die Netzschalter 6,9 geschlossen und in der te der Wassereintritt erfolgt. Die großflächigen Ein- zweiten Schaltposition geöffnet. Die Netzschalter 6, 9 trittsöffnungen des Gerätes müssen dabei nicht durch 15 sind erst wieder durch Zurücksetzen der Schaltstufe auf die Sensorelektrode abgedeckt werden und behindern die erste Schaltposition zu schließen. Die Schaltstufe somit nicht den Luftdurchtritt, es reicht vielmehr aus, die kann beispielsweise in dem Steckergehäuse und damit Sensorelektrode bis zu dem Rand zu führen, an dem das außerhalb des Gerätes untergebracht sein. In diesem Gehäuse aufhört und die öffnung beginnt, da aus- Fall wird die Sensorleitung S bis zu der Schaltstufe 3 schließlich der Abstand zwischen Sensorelektrode und 20 geführt und verläuft beispielsweise parallel zu den spannungsführenden Teilen maßgebend ist. Die öffnun- Netzleitungen 7,8. Befindet sich die Schaltstufe 3 in dem gen des Gerätes können so freigehalten werden. Gerät, ist sie wasserdicht gekapselt.

Weiter handelt es sich bei der Erfindung um eine Fig. 2 zeigt einen Sensor für die Leitungstrennvor-

preiswerte Leitungstrennvorrichtung mit einer reversi- richtung im vergrößerten Maßstab. Die spannungsfüh-

blen Betriebsfunktion, die leicht in der Endkontrolle 25 renden Teile 1 sind mit verschiedenen Abständen a, b zu

überprüft werden kann. Daneben verletzt die Leitungs- der Sensorelektrode 2 angeordnet. Durch die unter-

trennvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kei- schiedlichen Abstände a, b soll verdeutlicht werden, daß

ne geltenden VDE-Sicherheitsvorschriften. die Abstände zwischen den spannungsführenden Teilen

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die 1 und der Sensorelektrode 2 nicht an allen Stellen in

Sensorelektrode als leitfähiger Überzug auf der Innen- 30 dem Gerät gleich lang sind. Da im Gehäuse verschiede-

seite der gesamten Gehäusewandung aufgebracht, was ne öffnungen vorhanden sind, wurde die Sensorelektro-

beispielsweise durch Aufspritzen von leitfähigen Über- de 2 unterbrochen dargestellt, wobei die Sensorelektro-

zügen aus Kunststoff, Schaumstoff oder leitfähigen Far- de 2 jedoch elektrisch eine einheitliche Elektrode bildet

ben erfolgen kann. Aufwendige Positionierungen von In Fig. 2 ist die Sensorelektrode 2 nach unten offen,

Sensorelektroden an den Gehäuseöffnungen sind somit 35 wodurch beispielsweise die Luftaustrittsöffnung eines

nicht erforderlich. Ferner ergibt sich bei der vorliegen- Haartrockners angedeutet ist. Tritt beispielsweise Was-

den Erfindung durch die Verwendung einer einpoligen ser in das Gerät ein, wird der freie Abstand, der im

Sensorelektrode der Vorteil, daß die zweite Elektrode, Normalbetrieb eine hochohmige Luftstrecke ist, durch

denen die spannungsführenden Teile entsprechen wür- den Innenwiderstand bzw. Übergangswiderstand 13

den, soweit mit Abstand von der Sensorelektrode ent- 40 zwischen Sensorelektrode 2 und spannungsführende

fernt sind, daß Schmutzteilchen oder Haare diese relativ Teile 1 überbrückt. Der Übergangswiderstand 13 des

große Strecke nicht überbrücken können. Außerdem Wassers liegt bei den möglichen Abständen handelsübli-

sind alle freiliegenden bzw. nichtisolierten, spannungs- eher Geräte in der Größenordnung von zehn bis hun-

führenden Teile ohne großen Aufwand sicher von der dert Kiloohm (5 cm Leitungswasserstrecke). Mit dem

Sensorelektrode umgeben. 45 Ausbilden des Übergangswiderstandes 13 infolge des

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeich- eingedrungenen Wassers kann, wie in Fig. 2 dargestellt,

nungen näher beschrieben. Es zeigen: Strom von den spannungsführenden Teilen 1 über den

Fig. 1 eine Leitungstrennvorrichtung gemäß der vor- Übergangswiderstand 13 zu der Sensorelektrode S geliegenden Erfindung; führt werden. In der soweit beschriebenen Anordnung

Fig. 2 einen Sensor für die Leitungstrennvorrichtung 50 reicht dieser Strom als Gatestrom aus, um einen han-

im vergrößerten Maßstab; delsüblichen Triac (TIC 226D) zu zünden. Es hat sich

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltstufe gezeigt, daß die unterschiedlichen langen Abstände zwi-

und sehen der Sensorelektrode 2 und den spannungsführen-

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zum den Teilen 1 auch bei verschmutztem Wasser und bei

Ansteuern eines Transistors der Schaltstufe. 55 unterschiedlichen Wechselspannungsfrequenzen (50/60

In Fig. 1 ist eine Leitungstrennvorrichtung gemäß der Hz) keine das Schaltverhalten verzögernde Toleranzen vorliegenden Erfindung dargestellt. Alle freiliegenden bewirken. Dadurch, daß die Sensorelektrode 2 die spanspannungsführenden Teile 1 wurden der einfachheithal- nungsführenden Teile von außen umspannt, ist sichergeber als ein einziger Widerstand dargestellt. Die span- stellt, daß der Wasserkontakt zuerst mit der Sensoreleknungsführenden Teile 1 werden von einer Sensorelek- 60 trode 2 erfolgt, wobei es unerheblich ist, aus welcher trode 2 außenliegend umspannt, die über eine Sensorlei- Richtung das Gerät in das Wasser fällt,
tung 5 mit einem elektronischen Halbleiterschalter 5 In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die verbunden ist. Freiliegende, spannungsführende Teile 1 Sensorelektrode 2 als leitfähiger Überzug beispielsweisind alle Teile in dem Gerät, die blank sind z.B. die se aus leitfähigem Kunststoff, leitfähigem Schaumstoff Heizwendel. Der elektronische Halbleiterschalter 5 65 oder leitfähigen Farben auf die Innenwand des gesamliegt in Reihe zu einem elektromagnetischen Relais 4, ten Gehäuses aufgespritzt. Durch diese Verarbeitungswobei das elektromagnetische Relais 4 und der Halblei- maßnahmen und die Verwendung einer einzigen Senterschalter 5 über Stromversorgungsleitungen A mit sorelektrode 2 ist sichergestellt, daß jeder Wasserein-

tritt in das Gehäuse an allen noch so kleinen öffnungen des Gehäuses sicher ein Benetzen mit Wasser bewirkt, bevor das Wasser mit den spannungsführenden Teilen 1 in Berührung kommt. Je nach Anwendungsfall kann die Sensorelektrode 2 auch als Drahtgeflecht ausgebildet s werden.

Flg. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltstufe. Für den elektronischen Halbleiterschalter 5 wurde ein Triac 12 verwendet. Die elektromagnetische Relaisstufe 4 besteht in Fig. 3 aus einem bistabilen Gleichspannungsrelais, das über eine Grätz-Brücke 11 mit dem Triac 12 gekoppelt ist Die Grätz-Brücke 11 bildet in Fig. 3 einen Schalter, der mit dem Triac 12 in Reihe zwischen den Netzleitungen 7 und 8 liegt. Die Grätz-Brücke 11 wird somit über den Triac 12 wechselspannungsseitig geschaltet, wobei bei einem Stromfluß durch den Triac 12 an den entsprechenden Anschlüssen der Grätz-Brücke 11 die Versorgungsspannung für das bistabile Gleichspannungsrelais 10 entsteht. Die Ansteuerelektrode des Triac 12 ist über die Sensorleitung S mit dem Sensor verbunden. Detektiert der Sensor in der zuvor beschriebenen Weise einen Wassereintritt, wird der Triac 12 durchgeschaltet, worauf das bistabile Relais 10 anzieht und die Netzschalter 6, 9 öffnet. Hierdurch wird die Netzspannung von dem Gerät abgetrennt. Das bistabile Relais 10 hält diesen Zustand auch über den Zeitpunkt hinaus aufrecht, wenn kein Wasser mehr zwischen der Sensorelektrode 2 und den spannungsführenden Teilen 1 vorhanden ist. Anstelle des bistabilen Gleichspannungsrelais kann auch ein bistabiles Wechselspannungsrelais verwendet werden, wobei im letztgenannten Fall die Grätz-Brücke entfällt. Ebenso kann ein Thyristor anstelle des Triacs/12 verwendet werden, wenn eine geignete Ansteuerschaltung verwendet wird, die verhindert, daß bei der Polung des Thyristors im inversen Betrieb Zündstrom zugeführt wird.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zum Ansteuern eines Transistors in der Schaltstufe 5. Der Transistor liegt wieder in Reihe zu dem Relais 4, dem ein Gleichrichter 19 vorgeschaltet ist. Der Transistör 5 ist über eine Stromversorgungsleitung E, die einen Spannungsteiler aufweisen kann, mit der Netzspannung verbunden. Der Abgriff erfolgt vor dem Netzschalter 6, wenn es sich bei dem Relais 4 um kein bistabiles Relais handelt. In diesem Fall ist es bei der Verwendung des Gleichrichters 19 und des normalen Relais 4 möglich, anstelle des Transistors auch einen Thyristor zu verwenden. Der Transistor 5 ist über ein Halteglied

15 und einen Umschalter 14 über die Sensorleitung S mit der Sensorelektrode 2 verbunden. Zur Pegelanpassung kann die Sensorleitung S — wie in allen zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen — eine Pegelanpassungsschaltung aufweisen. In Flg. 4 ist die Pegelanpassungsschaltung in Form eines Verstärkers gestrichelt dargestellt. Detektiert der Sensor in der zuvor beschriebenen Weise einen Wassereintritt in das Gerät, wird der anteilige Wechselstromfluß über die Sensorleitung S mittels der Diode 18 gleichgerichtet. Der Umschalter 14 befindet sich hierzu in der in Fig. 4 gezeigten Stellung und ist mit dem Ruhekontakt u verbunden. Der durch die Diode 18 gleichgerichtete Wechselstrom lädt über ein Potentiometer 17 einen Speicherkondensator

16 auf. Mittels dem Potentiometer 17 läßt sich die Zeitkonstante des aus dem Speicherkondensator 16 und dem Potentiometer 17 gebildeten ÄC-GIiedes variieren. Die Zeitkonstante ist hierbei so bemessen, daß sie einen Wert von zehn Millisekunden möglichst nicht überschreitet, da Untersuchungen gezeigt haben, daß die Leitungstrennvorrichtung innerhalb von vierzig Millisekunden ansprechen muß, um einen Stromschlagunfall zu verhindern. Sobald sich der Speicherkondensator 16 auf die ausreichende Basisemitterspannung des Transistors 5 aufgeladen hat, schaltet der Transistor 5 durch. Mit dem Durchschalten des Transistors 5 wird das Relais 4 aktiviert, daß in der gleichen zuvor beschriebenen Weise über die mechanische Kopplung ßdie Netzschalter 6, 9 öffnet. Zusätzlich zu der mechanischen Kopplung zu den Netzschaltern 6,9 ist das Relais 4 über eine weitere mechanische Kopplung D mit dem Umschalter 14 verbunden. Mit dem Durchschalten des Transistors 5 wird die Sensorleitung 5 zu der Sensorelektrode 2 unterbrochen und die Ansteuerleitung zu dem Transistor 5 auf dem Kontakt ν geschaltet. Der Kontakt ν des Umschalters 14 ist über ein geeignetes Spannungsteilernetzwerk 20 über die Leitung C mit der Netzspannung auf der Leitung 8 verbunden. Wie in Fig. 4 gezeigt, liegt der Anschlußpunkt der Netzleitung Cvor dem Netzschalter 6, weshalb weiterhin eine Wechselspannung, die wieder mit der Diode 18 gleichgerichtet wird, dem Transistor 5 zum Durchsteuern zugeführt wird. Die Spannungsteilerkombination 20 kann andere Bauteile, beispielsweise zusätzlich eine Diode, als gezeigt aufweisen. Die Rückführung der Leitung C bewirkt somit nach dem Umschalten des Umschalters 14 auch den Kontakt ν eine Selbsthaltefunktion der Schaltstufe 3, weshalb die Netzschalter 6, 9 geöffnet bleiben. Das Halteglied 15 ist erforderlich, um die Ansteuerspannung zum Durchschalten des Transistors 5 während der kurzen Zeitdauer des Umschaltens des Umschalters 14 von dem Kontakt u auf den Kontakt ν auf dem notwendigen Pegel zu halten. Da die Netzspannung beim Ansprechen des Sensors über die Netzschalter 6, 9 abgetrennt wird, ist der Umschalter 14 samt dem Rückkopplungszweig C, D erforderlich. Anstelle des Relais 4 läßt sich aber auch ein bistabiles Relais in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwenden. Alle Relais weisen Ansprechbzw. Schaltzeiten auf, die in dem genannten 10/ns- Bereich liegen.

Zur Endkontrolle wird der Haartrockner vorzugsweise an der Luftaustrittsöffung in einen Wasserbehälter getaucht. Hierauf spricht die zuvorbeschriebene Leitungstrennvorrichtung an und die Funktionsfähigkeit kann so getestet werden. Nach dem Ansprechen der Leitungstrennvorrichtung wird sie aus dem stabilen Zustand, der durch das Testen eingetreten ist, in den normalen Betriebszustand zurüchgesetzt. Die Leitungstrennvorrichtung kann so in der Endkontrolle leicht getestet werden, ohne daß Bauteile beschädigt werden oder ausgetauscht werden müssen.

Claims

Patentansprüche

1. Leitungstrennvorrichtung für netzbetriebene Geräte zum Schutz gegen Stromschläge bei Wassereintritt in das Gerät, bestehend aus einem Sensor mit zwei Sensorelektroden, der auf Wasserkontakt anspricht, einem Halbleiterschalter, der von dem Sensor angesteuert wird, einem elektromagnetischen Relais, das von dem Halbleiterschalter aktiviert wird, und Netzschaltern zur Leitungsunterbrechung, die bei Wassereintritt durch das Relais betätigt werden, wobei der Halbleiterschalter, das Relais und die Netzschalter eine Schaltstufe mit bistabilem Schaltverhalten bilden, dadurch ge kennzeichnet, daß die eine Sensorelektrode (2) der zwei Sensorelektroden als großflächige Elektrode ausgebildet ist, daß die spannungsführenden Teile (1) in dem Gerät die zweite Sensorelektrode bilden, und daß die Sensorelektrode (2) mit Abstand (a, b) gegenüber den spannungsführenden Teilen (1) derart angeordnet ist, daß der Wasserkontaktpunkt der Sensorelektrode (2) vor dem Wasserkontaktpunkt der spannungsführenden Teile (1) liegt.

2. Leitungstrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelektrode (2) als leitfähiger Überzug an der Innenseite der Gehäusewandung ausgebildet ist.

3. Leitungstrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelektrode (2) als Drahtgeflecht an der Innenseite des Gehäuses ausgebildet ist.

4. Leitungstrennvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige Überzug aus leitfähigem Kunststoff, leitfähigem Schaumstoff oder leitfähigen Farben besteht.

5. Leitungstrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (4) ein bistabiles Gleich- oder Wechselspannungsrelais ist.

6. Leitungstrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter ein Transistor oder Thyristor ist, der über ein Halteglied (15) angesteuert wird, das mit einem Umschalter (14) in der Sensorleitung (S) liegt, wobei der Umschalter (14) einen Arbeitskontakt (V) aufweist, der mit der spannungsführenden Netzleitung (8) verbunden ist und einen Ruhekontakt (u) aufweist, der mit der Sensorelektrode (2) verbunden ist.

7. Leitungstrennvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteglied aus einer Spitzenwertgleichrichterschaltung (16, 17, 18) besteht.