DE3702970A1 - Schutzeinrichtung fuer elektrisch betriebene geraete - Google Patents
Schutzeinrichtung fuer elektrisch betriebene geraeteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft elektrisch betriebene, insbesondere trag
bare Geräte, die mit flüssigen Medien arbeiten oder in Berührung
kommen können, mittels einer beweglichen Netzanschlußleitung mit
dem ortsfesten Stromversorgungsnetz fest oder lösbar verbunden
sind und eine elektronische Schutzeinrichtung als Lecksicherung
oder zum Schutz des Benutzers vor einem elektrischen Schlag be
sitzen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Geräte dieser Art sind z. B. Waschmaschinen und Spülmaschinen
(DE 25 39 279), Tauchpumpen-Lecksicherung-, Luftsprudelmassage
geräte (DE 26 31 785), Küchengeräte, Haartrockner (EP-A 1831),
Heizlüfter, Bestrahlungslampen, die auch in Feuchträumen benutzt
werden - Stromtod -.
Die elektronische Schutzeinrichtung spricht über Meßfühler (Son
den) an und schaltet bei Wasch- und Spülmaschinen die Wasserzu
leitung bzw. bei Haus-, Küchen- und Werkstattgeräten das Netz
zweipolig vom Gerät ab. Die Abschaltung erfolgt mittels Magnet
ventil (DE 25 39 279) bzw. mittels Relais (DE 26 31 785, EP-A
1831) oder durch Auslösung eines schmelzdrahtgesicherten Schutz
schalters (DE 32 08 147).
Die Schutzeinrichtung kann jedoch gefährlich unwirksam werden,
wenn in der zum Gerät gehörenden beweglichen Netzanschlußleitung
ein Aderbruch eintritt. Diese Ader kann bei doppelt isolierten
Geräten, die nur eine zweiadrige Netzanschlußleitung benötigen,
der Null-Leiter sein. Das Gerät ist zwar dann nicht betriebs
fähig, kann aber eingeschaltet sein oder werden und dann unter
Spannung stehen.
Die Verlegung der Schutzeinrichtung samt Relais oder Schalter in
den Netzstecker der Netzanschlußleitung (DE 26 31 785, EP-A
1831) bedingt zunächst eine vieradrige Leitung (je zwei Adern
für die Stromversorgung und für die Steuersignale zur Schutzein
richtung) und bietet auch keine volle Sicherheit, denn die gebro
chene Ader kann eine der Meßfühler-(Sonden-) Leitungen sein.
Diese Gefahrenquelle ist in keinem der bekannten Vorschläge er
kannt bzw. beachtet worden. Lediglich bei dem Haartrockner nach
EP-A 1831 ist durch doppelte Abschirmung der Adern - einzeln
oder gemeinsam - für einen Schutz gegen mechanische Beschädigung
gesorgt; dies reicht jedoch nicht aus.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrich
tung und Anordnung der beschriebenen Art mit möglichst geringem
baulichen oder schaltungstechnischen Aufwand für weitgehende Eigen
sicherheit zu sorgen, derart, daß das Gerät bei Ausfall des Schutzes
sofort stromlos ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kombination von
elektronischen und mechanischen Bauteilen mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Mit der erfindungsgemäßen Kombination wird eine eigensichere Schutz
einrichtung geschaffen, die nicht nur, wie andere ungesicherte
Schutzeinrichtungen auch, beim Eindringen z. B. von Wasser in das
Gerätegehäuse die Netzspannung bereits im Netzstecker innerhalb
kürzester Frist - wobei es auf die Ausführung des Schutzschalters
ankommt - allpolig irreversibel abschaltet, bevor der Benutzer
über das eindringende Wasser mit spannungführenden Teilen des Ge
rätes in Verbindung kommen kann, sondern zusätzlich die ständig
Netzspannung führende Netzanschlußleitung bis zum Netzstecker in
den Schutz einbezieht, und zwar gegen Aderbrüche oder Isolations
schäden, die unter der Ummantelung nicht erkennbar sind, aber den
Schutz unwirksam machen.
Zwar fällt ein Aderbruch dadurch auf, daß das Gerät nicht in Be
trieb genommen werden kann, über die unbeschädigte Ader kann aber
trotzdem die Netzspannung gegen Erde an offenen Teilen des Gerätes,
wie z. B. dem Heizelement eines Haartrockners, Heizlüfters o.dgl.
liegen und zu Unfällen führen, zumal der Benutzer bei einem de
fekten Gerät leichtgläubig annehmen wird, es sei völlig span
nungslos.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, die
keinen zusätzlichen Aufwand erfordert, ist im Patentanspruch 2
gekennzeichnet. Hierbei wird die Abschirmung als Signalleitung
der Sonde verwendet. Diese Anordnung kann auch so betrachtet
werden, als sei die Sonde über die Netzanschlußleitung hinweg
bis zum Netzstecker verlängert.
Indem die Abschirmung der Netzanschlußleitung mit in den Schutz
bzw. in dessen Überwachung einbezogen ist, ist ausgeschlossen,
daß allein schon das unbeabsichtigte Eintauchen nur der Netz
anschlußleitung eines Gerätes, wenn deren Isolation defekt ist,
zu einem Stromschlag führen kann.
Schließlich kann auch die im Gerätegehäuse verlegte Sonde auf
ihre Unversehrtheit überwacht werden, wenn gemäß Anspruch 3 die
Ruhestromschleife über die Doppelleiter der Sonde geführt ist.
Dabei wird der Gesamtschutz erfindungsgemäß mit einer zweiadrigen,
abgeschirmten Leitung erhalten, deren Abschirmung locker geschla
gen sein kann, während die bekannten Lösungen eine vieradrige
Leitung (zwei, stromführende Adern und zwei Signaladern) benötigen,
die schwerer, weniger flexibel und teuer ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den weiteren Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Im folgenden wird die Erfindung in ihren Ausführungsmöglichkeiten
und Vorteilen an einem optimalen Ausführungsbeispiel näher erläu
tert.
Die Zeichnung zeigt das Schaltbild der Schutzeinrichtung für
ein elektrisch betriebenes Gerät 30 mit einem Gebläsemotor 37
und einem Heizregister 38, z. B. einem Haartrockner oder einem
Heizlüfter, das über eine zweiadrige abgeschirmte Netzanschluß
leitung 50 mit einem Netzstecker 60 verbunden ist, in dem die
Bauelemente 6-20 der elektronischen Schaltung untergebracht
sind.
Von den Kontaktstiften 1, 2 führen die steckerinternen Netzlei
tungen 3 a, 4 a über die Schaltkontakte 3, 4 eines zweipoligen
Schutzschalters 5 zu den Klemmen 24, 26, an die die Adern 21,
23 der Netzanschlußleitung 50 angeschlossen sind. Der Schutz
schalter bildet in Reihe mit einer Diode 12, einem Widerstand
13 und einem Halbleiterschalter, einem Thyristor 14, eine Dia
gonale (zwischen den Punkten A und C) eines Diodenquartetts 6-9.
Der Widerstand 13 bildet mit dem parallel zum Thyristor geschal
teten Kondensator 19 einen Schutz gegen dessen Über-Kopf-Zündung
beim Einschalten der Verbraucher 37, 38 im Gerät 30. Das RC-
Glied 15, 20, an dem die Steuerelektrode des Thyristors 14 liegt,
dient als Schutz gegen kurzzeitige Netzstörungen. Zwischen die
Steuerelektrode und Basis des Thyristors 14 (Punkt C) ist eine
Transistorstufe 16, 17 geschaltet. Die Basis des Transistors
ist über einen Widerstand 18 mit einer dritten Klemme 25 verbun
den, an die die Abschirmung 22 der Netzanschlußleitung 50 ange
schlossen ist.
Adern 21, 23 und Abschirmung 22 der Netzanschlußleitung sind im
Gerät 30 an dessen Klemmen 31, 32, 33 angeschlossen. Von den
Klemmen 31, 33 verläuft der Laststromkreis des Gerätes über die
geräteinternen Netzleitungen 34, 35 und den Betriebsschalter 36,
Motor 37 und Heizregister 38. Von der Klemme 32 führt eine Lei
tung über die offene Doppelleitung 40, 41 der Sonde und einen zwischen
diese geschalteten Widerstand 39 sowie einen hochohmigen Schutzwiderstand
42 an eine Verzweigung gegeneinandergeschalteter Dioden 10, 11,
die zwischen die Netzleitungen 34, 35 geschaltet sind.
Man erkennt, daß die Dioden 8, 9 des Diodenquartetts im Stecker
60 mit den Dioden 10, 11 im Gerät ein zweites Diodenquartett
bilden, in dessen Diagonale die Reihenschaltung aus Transistor
16 - Basiswiderstand 18 - Abschirmung 22 - Sondenleitung 40 -
Widerstand 39 - Sondenleitung 41 - Schutzwiderstand 42 liegt.
Insgesamt führt aus der elektronischen Schaltung im Netzstecker
60 über die Adern 21, 23 der Netzanschlußleitung 50 (je nach
Phasenlage der Netzwechselspannung) das Diodenpaar 10, 11 im
Gerät 30 und zurück über die Doppelleitung 40, 41 mit dem paral
lel zu dieser liegenden Widerstand 39 und die Abschirmung 22
der Netzanschlußleitung zum Basiswiderstand 18 der als Emitter
folger geschalteten Transistorstufe 16, 17 ein Ruhestromkreis
zur Überwachung der gesamten Anordnung auf Funktionsfähigkeit.
Die Diode 12 in der Diagonale des Diodenquartetts 6-9 sorgt
dafür, daß an den Punkten A, B, C die wellige Gleichspannung
gleiche Phasenlage (gleichzeitige Nulldurchgänge) hat.
Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende:
1. Sobald die Kontaktstifte 1, 2 des Steckers 60 in eine Netzsteck
dose eingeführt sind, fließt ein geringer Ruhestrom von z. B.
10 µA aus der Abschirmung 22 über den Basiswiderstand 18 in
die Basis des Transistors 16 und schaltet diesen ein. Der da
durch in dem Kreis 15 - 16 - 17 zwischen den Punkten A und C
auftretende Strom von z. B. 200 µA hält die Spannung an der
Steuerelektrode des Thyristors 14 unterhalb der Zündspannung
(z. B. 0,6 V=).
2. Wird der Ruhestromkreis in mindestens einer Halbwelle der Netz
spannung unterbrochen durch einen Bruch mindestens einer Ader
21, 23 der Netzanschlußleitung 50, eine Unterbrechung ihrer
Abschirmung 22 oder einen Anschlußfehler an den Klemmen 24 - 26,
31 - 33, so sperrt der Transistor 16, die Spannung an der Zünd
elektrode des Thyristors 14 steigt über die Zündspannung (z. B.
auf 1 V=) an, der Thyristor schaltet die Diagonale A - C durch
und der in dieser liegende Schutzschalter 5 wird durch den auf
tretenden Strom schlagartig ausgelöst und öffnet seine Schalt
kontakte 3, 4: Die gesamte Anordnung ist stromlos geschaltet.
Zweckmäßig ist der Schutzschalter so ausgebildet, daß seine Aus-
Stellung irreversibel ist, so daß zunächst der Fehler beseitigt
werden muß. Ein solcher Schalter ist z. B. in der Patenschrift
EP-88 390 beschrieben.
3. Fällt die Impedanz der Sonde 40, 41 durch einen Wassereinbruch
in das Gerät 30 stark ab, so steigt der Ruhestrom über eine vor
gegebene obere Schwelle hinaus stark an und somit
steigt der Strom in dem Kreis 16 - 17
so stark an, z. B. auf 700 µA, daß durch den Spannungsabfall am
Widerstand 17 die Spannung an der Steuerelektrode des Thyristors
14 wieder in den Zündbereich ansteigt und der Thyristor durch
schaltet.
Der Thyristor zündet also und löst den Schutzschalter 5 aus,
sobald der Strom in der Ruhestromschleife unter eine vorgegebene
untere Schwelle absinkt oder über eine obere Schwelle ansteigt.
Folgende Schadensfälle führen zur Auslösung:
Unterbrechung der Schleife (Leitungsbruch oder Anschlußfehler)
der Schleifenstrom fällt unter die Schwelle des Ruhestro mes bis auf Null.
der Schleifenstrom fällt unter die Schwelle des Ruhestro mes bis auf Null.
Der Schleifenstrom steigt über eine obere Schwelle an:
Kurzschluß einer Ader mit der Abschirmung (Isolationsfehler)
Erdschluß der Abschirmung (schadhafte Ummantelung)
Flüssigkeitskontakt (durch Wassereinbruch in das Gerät oder Eintauchen der schadhaften Anschlußleitung)
Kurzschluß einer Ader mit der Abschirmung (Isolationsfehler)
Erdschluß der Abschirmung (schadhafte Ummantelung)
Flüssigkeitskontakt (durch Wassereinbruch in das Gerät oder Eintauchen der schadhaften Anschlußleitung)
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung bestehen
in ihren geringen Herstellkosten, ihrer hohen Eigensicherheit
und in dem umfassenden Schutz der Benutzer von über eine beweg
liche Netzanschlußleitung gespeisten Elektorgeräten in Haushalt
und Werkstatt, insbesondere solchen, die in Naßzellen im Wohn
bereich, in Badeanstalten, Krankenhäusern (z. B. Hydrotherapie)
u. dgl. benutzt werden, und in ihrer Eignung für elektrisch aus
lösbare Schutzschalter beliebiger Bauart. Dabei sind in dem
abzusichernden Gerät nur die Sonde und deren Zuleitung vor
zusehen. Die für deren Verbindung mit Adern und Abschirmung
der Netzanschlußleitung erforderlichen Schaltelemente können
auch in einer wasserdichten Einführungstülle der Leitung unter
gebracht werden, so daß am Gerät nur vier Anschlußklemmen
(je zwei für die Doppelleitung der Sonde und die Netzleitungen)
erforderlich sind. Die elektronische Zündschaltung, die in
Einzelheiten gegenüber dem Ausführungsbeispiel abgewandelt
werden kann, mit dem Trennschalter läßt sich in einem Volumen
von z. B. 20×20×10 mm unterbringen, so daß die Abmessungen
des Netzsteckers nur weniger größer als üblich ausfallen.
Claims (8)
1. Elektrisch betriebenes, insbesondere tragbares Gerät mit beweg
licher Netzanschlußleitung und im Netzstecker (oder einem
Zwischenstecker) angeordneter elektronischer Schutzeinrichtung
als Lecksicherung oder zum Schutz des Benutzers, bestehend aus
- a) einer Sonde im Gerät in Form eines bei dessen Handhabung nicht berührbaren offenen elektrischen Doppelleiters (40, 41), die bei Anwesenheit von Flüssigkeit ihren elek trischen Impedanzwert ändert,
- b) einer elektrischen Zündschaltung (6-20) im Netzstecker (60) mit einem Halbleiterschalter (14), an deren Eingang die von der Sonde über Netzanschlußleitung (50) ge führte Signalleitung liegt und die den Halbleiterschalter zündet, wenn sich der Impedanzwert der Sonde um einen vor gegebenen Betrag ändert,
- c) einem in den Netzleitungen (3 a, 4 a) des Netzsteckers lie genden mechanischen Schutzschalter (5), der am Ausgang der Zündschaltung liegt und mittels des beim Zünden des Halbleiterschalters (14) auftretenden Stromes ausgelöst wird,
gekennzeichnet durch
- d) eine zweiadrige Netzanschlußleitung (50) mit innerhalb ihrer Ummantelung liegender Abschirmung (22), die als Signalleitung von der Sonde zur Zündschaltung dient,
und dadurch gekennzeichnet, daß
- e) aus der Zündschaltung (6-20) im Netzstecker (60) über die Adern (21, 23) der Netzanschlußleitung (50) zum Ge rät (30) und in Reihe mit dem Doppelleiter (40, 41) der Sonde und mit der Abschirmung (22) der Netzanschlußlei tung zurück zum Netzstecker eine Ruhestromschleife gelegt ist, über die unabhängig vom Betriebszustand des Gerätes ein Gleichstrom fließt, der, solange sein Wert zwischen einer unteren und einer oberen Schwelle liegt, innerhalb der Zündschaltung den Halbleiterschalter (14) sperrt.
2. Gerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ruhestromschleife geräteseitig über einen den Doppel
leiter (40, 41) der Sonde überbrückenden hochohmigen Wider
stand (39) und eine Verzweigung aus gegeneinander geschalteten
Dioden (10, 11) an die geräteinternen Netzleitungen geführt
ist.
3. Gerät nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ruhestromschleife über die Doppelleiter (40, 41) der
Sonde geführt ist.
4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
ein Diodenquartett (6-9), das zwischen die hinter den
Kontakten (3, 4) des Schutzschalters (5) liegenden Netzlei
tungen (3 a, 4 a) geschaltet ist und in dessen einer Diagonale
ein dem Schutzschalter zugeordnetes elektrisches Auslöse
element in Reihe mit der Parallelschaltung eines Thyristors
(14) und eines Schutzkondensators (19) liegt, wobei die
Zündelektrode des Thyristors in Reihe mit einer als Emitter
folger geschalteten Transistorstufe (16-18) liegt, an deren
Eingang die Abschirmung (22) der Netzanschlußleitung (50) an
geschlossen ist.
5. Schutzeinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Diagonalen zwischen dem Auslöseelement des Schutz
schalters (5) und dem Thyristor (14) eine Diode (12) liegt.
6. Schutzeinrichtung nach Anspruch 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß parallel zur Diagonalen ein Widerstand (15) in Reihe mit
einem Kondensator (20) geschaltet ist, daß die Zündelektrode
des Thyristors (14) zwischen Widerstand und Kondensator ge
schaltet ist und daß über den Kondensator der Emitter-Kollek
tor-Kreis des Transistors (16) geschaltet ist.
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DE8701530U Expired DE8701530U1 (de) | 1987-02-02 | 1987-02-02 | Schutzeinrichtung für elektrisch betriebene Geräte |
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