DE3339641A1

DE3339641A1 - Sicherheitsfoen

Info

Publication number: DE3339641A1
Application number: DE19833339641
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. 8033 Krailling Lauerer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-11-02
Filing date: 1983-11-02
Publication date: 1985-05-15

Description

Sicherheitsfön
Die Erfindung betrifft eine Fehlerstromschutzeinrichtung, bei der im Verbrauchsgerät bzw. in der Zuleitung ein Kurzschlußschalter eingebaut ist, der bei Eindringen von Flüssigkeit in das Verbrauchsgerät, wodurch eine gefährliche elektris-che Spannung nach außen übertragen werden kann, die Zuleitung kurzschließt und auf diese Weise die vorgeschaltete Sicherung zur Abschaltung bringt.
Ein Nachteil der bekannten Schutzeinrichtung ist die Tatsache, daß die Abschaltzeit von der am Einsatzort vorgeschalteten An-Tagensicherung und der dort gegebenen Netz-Innenimpedanz abhängig ist. Da beide Komponenten unbekannt und unbeeinflußbar sind, ist die jeweilige Abschaltzeit unbestimmt. Unter Umstän den kann die Abschaltzeit relativ lang sein. Dies kann sich beim Badewannenunfall, insbesondere wenn ein Fön in die Badewanne fällt, nachteilig auswirken, da hier besonders ungünstige Unfallumstände gegeben sind; 1. HOher Unfallstroin als Folge kurzer Stromwege beim Stromeingang (z.B. ein Haartrockner liegt direkt an der Brust in Herznähe) und beim Stromausgang (z.B. eine Ferse liegt direkt auf dem metallenen und meist niederohmig geerdeten Ablauf oder der Rücken liegt (in Herznähe!) direkt am metallenen und ebenso meist geerdeten Überlauf) sowie extrem geringe Übergangswiderstände (großer Wasserquerschnitt und große Berührungaflächen).
2. Ungünstigster Stromweg im Menschen (Stromeingang und Stromausgang in unmittelbarer Nähe des Herzens, oft volle Längsdurchströmung des Herzens, d.h. gefährlichster Stromweg).
Bei iteren oder herzgeschädigten Menschen sowie bei Rindern wirken sich die lebensgefährdenden Umstände verstärkt aus.
Wissenschaftlich sind die physikalischen, die physiologischen und die psychologischen Zusammenhänge beim Stromunfall noch keineswegs befriedigend geklärt, beim Stromunfall in der Badewanne schon gar nicht. Die aus den Tierversuchen gewonnenen Erkenntnisse sind, insbesondere im Bereich der Herzkammerflimmern- Schwellenwerte zu wenig fundiert; nicht nur weil die Anzahl der problemrelevanten Versuche zu gering ist und die Versuchsbedingungen teilweise zu wenig bestimmt sind, sondern vor allem auch deshalb, weil die Übertragbarkeit der tpierversuchsergebnisse auf den Menschen nicht ausreichend gesichert ist.
Die Bestätigung und ev. notwendige Korrektur de Tierversuchsergebnisse durch eine optimale problemorientierte Analyse des menschlichen Unfallgeschehens hat bis heute noch nicht stattgefunden. Die institutionalisierten Versuche, solche Analysen zu realisieren, endeten trotz enormen Aufwandes in wenig ergiebigen Zusammenstellungen selbstverständlicher oder fragwürdiger Daten. Was den Badewannenunfall betrifft, so sind bis heute noch nicht einmal die Widerstands- und Stromwegverhältnisse wissenschaftlich untersucht worden.
Die von der INTERNATIONAL ELEOTROTECHNICÄT COIGMISSION (IEC) unter' Berücksichtigung der bisherigen Forschungsergebnisse an Tieren international ausgehandelten Stromgefährdungskurven (ISC-Publikation 479) können über das gegebene Manko nicht hinwettäuschen. Ihr Wert liegt vor allen darin, daß für die Beruhrungsschutzmaßnahmen bei elektrischen Anlagen endlich offizielle Eckdaten zur Verfügung stehen, nach denen sich die Industrie richten kann.
Selbst unter Berücksichtigung der neuesten, korrigierten IEC-Stromgefährdungskurven (siehe Entwurf der IEC-Publikation 47, Teil 1, Schriftstück 64, Sekretariat 553 vom April 1982) gibt es nach dem heutigen Stand der Technik (bei direkter Anwendung der üblichen Netzspannung) keine Schutzmaßnahme, die den tädlichten Badewannenunfall mit der notwendigen Zuverlässigkeit verhindern kann. Auch der empfindliche Fehlerstrom-Schutzschalter ist dazu nicht in der Lage, gleichgültig ob er einen Fehler -Nennstrom von 30 oder 10 mA hat oder nach max. 30 oder 15 ms abschaltet. Nach eigenen Messungen muß nämlich beim Badewannenunfall mit Unfallatrömen bis mindestens 800 mA gerechnet werden.
Ein anderer Autor gibt einen Strom von rd. 1000 mA an. Nach den erwähnten IEC-Stromgefährdungskurven müßte bei diesen Stromwerten die Abschaltung unter 10 ms erfolgen.
Der erfindungsgemäße Sicherheitsfön gewährleistet beim Eindringen von leitender Blüssigkeit in das Verbrauchsgerät eine außerordentlich kurze, unter 10 ms liegende Abschaltzeit.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß im Verbrauchsgerät, speziell im Fön, in an sich bekannterweise ein Kurzschlußschalter eingebaut ist und der erfindungsgemäße Fortschritt ist dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Zuleitung eine Sicherung liegt.
Der erfindungsgemäße Gedanke kommt durch die in den Unteransprüchen angeführten Maßnahmen zum Tragen bzw. wird er vorteilhaft weiterentwickelt.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt in der relativ einfachen, kostengünstigen und sicheren Konzeption.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben.
In der Fi. 1 speist die Netz-Stromquelle 1 über die Zuleitungen 2 und 3 das Verbrauchsgerät 4, z.B. einen Fön (Haartrockner).
Das Verbrauchsgerät 4 ist über eine Steckdose 5 angeschlossen.
Im Stecker ist in jeder Leitung eine superflinke Feinsicherung 6 und 7 untergebracht. Im Verbrauchs gerät ist ein Kurzschlußschalter, hier ein mriac 8 eingebaut. In der Gate-Leitung befindet sich ein Widerstand 9, der eine Zündung erst ab einem bestimmten Netzspannungs-Aug.enblickswert gewährleistet. Die Gate-Seitung selbst 11 ist isoliert und endet in einer Elektrode mit geringer leitender Fläche 10. Wird der Raum zwischen der Elektrode und einem spannungsführenden Teil im Verbrauchsgerät, z.B. dem Anfang der Bön-Veizwicklung 14 durch die eingedrungene Flüssigkeit überbrückt, so wird der Triac 8 gezündet und er schaltet zum Kurzschluß durch.
Normalerweise würde unter ungünstigen Unständen nur eine der beiden Sicherungen, also 6 oder 7 abschalten. Das hätte zur Folge, wenn gerade jene Sicherung abschaltet, die im Mittelleiter liegt, hier 7, daß die gefährliche Berührungsspannung nicht abgescheltet (die Sicherung 6 hat weiterllin Durcllgang) wird. Solch ungünstige Umstände sind z.B. gegeben, wenn der Kurzschluß z.B.
bei 170 Grad, also kurz vor dem Spannungs-Nulldurchgang erfolgt und die Strom/Zeitwerte der beiden Sicherungen 6 und 7 sehr unterschiedlich, aber immerhin noch innerhalb der zulässigen Toleranzen liegen. Bei relativ hoher Netz-Innenimpedanz würde die gerade anstehende Netzspannung (50 V bei 220 V eff) die eine Sicherung gerade noch abschmelzen, wahren(1 für die andere der i2t-Wert dazu nicht mehr ausreicht. Bis die Netzspannung nach Erreichen des Spannungs-liulldurchganCes einen genügend hohen Wert wieder erreicht, hat die eine Sicherung den Stromkreis längst unterbrochen. Um des zu verhindern, erfolgt erfindungsgemäß die Einschaltung des Kurzschlusses unabhängig vo eitpunkt des Fehlerauftretens erst ab einem bestimmten Netzspannungs-Augenblickwertes, z.B. ab 100 V. Der festgelegte Spannungswert berücksichtigt die gegebenen Sicherungstoleranzen und die gegebenen Netz-Innenimpedanz-Doleranzen und gewährleistet einen ausreichenden i2t-Wert für beide Sicherungen. Die Folge ist, daß zuverlässig in jedem Falle beide Sicherungen abschalten, ausgenommen der Mittelleiter ist unterbrochen oder hat infolge eines Fehlers ein unnormal hohen Widerstand. Um auch in einem solch unwahrscheinlichen Fpll einen Schutz zu haben, siehe Fig. 3.
In Fig. 2 sind an jene Stellen des Verbrauchgerätes, an denen die Flüssigkeit eindringen kann, je zwei Elektrodenleitungen 12 und 13 geführt. In den £lektrodenzuleitungen sind Schutzwiderstände 15 und 16 dazwischengeschaltet, z.B. je 20 k-Ohri. Der Vorteil dieser Anordnung ist folgender: Wenn die Flüssigkeit in das Verbrauchsgerät eindringt, überbrückt es das Elektrodenpaar 12/13 noch bevor es an eine spannungsführende Stelle, z.B. 14, des Verbrauchsgerätes gelangt. Selbst wenn die Flüssigkeit nur an eine der beiden Elektroden gelangt und nicht weiter vordringt, was außerordentlich unwahrscheilich ist, kann ein gefährlicher Berührungsstrom nicht z-istandekonnien, weil der Strom durch den Schutzwiderstand 15 bzw. 16 auf einen ungefährlichen Wert begrenzt wird. Die Überbrückung des Slektrodenpaares 12a und 13a mit Flüssigkeit hat, wie oben bereits ausgeführt, eine sofortige doppelpolige Abschaltung zur Folge. Bis dann die Flüssigkeit weiter zu einer spannungsführenden Stelle im Verbrauchsgerät, z.B. an die Stelle 14 vordringt, ist bereits abgeschaltet.
In Fig. 3 wird zusätzlich ein Relais 17 verwendet. Das Relais schaltet nur dann durch, wenn die volle Netzspannung anliegt und wenn die Netz-Innenimpedanz einen gewissen Wert nicht überschreitet. Durch diese Anordnung wird ein Funktionieren auch bei dem sehr unwahrscheinliche Fall, daß Mittelleiter-Unterbrechung bzw. zu hohe Netz-Innenimpedanz und Unfall gleichzeitig euftreten, gewährleistet. Bei dieser Schaltung ist auch eine sinnvolle Kombination mit einen Überhitzungsschutz möglich. Zu diesem Zweck liegt in Reihe zur Relaisapule 18 ein Widerstand 19 und parallel zur Relaisspule 18 ein negativ temperaturabhängiger Widerstand (lteißleiter) 20. Der Heißleiter ist im Verbrauchgerät an einer geeigneten Stelle angebracht. Erfolgt im Verbrauchsgerät (z.B. im lön) ein Hitzestau, so verkleinert der Heißleiter 20 seinen Widerstand so stark, dat die Spannung für die Relaisspule 18 zu gering wird und das Relais abschaltet. Nach Abkühlung des Reißleiters 20 schaltet das Relais automatisch wieder ein.
Die Zuverlässigkeit dieses Überhitzungsschutzes ist wesentlich grißer als die des üblichen elektromechanischen Bimetall-Übertemperaturschalters.
Gegen unbeabsichtigte Zündungen des Triacs infolge von außen kommende Überspannungen bzw. zu hohen Werten von di/dt oder du/dt sind die üblichen Schaltelemente anzuwenden.

Claims

Sicherheitsfön Patentansprüche 1. Sicherheitsfön, bei dem im Falle der Lbertragung einer gefährlichen elektrischen Spannung nach außen infolge eingedrungener Flüssigkeit eine Abschaltung der vorgeschalteten Sicherung (19) durch einen im Verbrauchs gerät bzw. in der Zuleitung befindlichen Kurzschlußschalter (8) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Zuleitung (2 und 3) je eine Sicherung (6 und 7) liegt.
2. Sicherheitsfön nach Anspruch 1, dedurch gekennzeichnet, daß das zuverlässig gleichzeitige und möglichst schnelle Ansprechen der Sicherungen (6 und 7) durch Verwendung gleicher, dem maximal möglichen Verbraucherstrom angepaßter Sicherungen mit superschneller Strom/Zeitcharakteristik erfolgt und bei Wechselstromspeisung zusätzlich durch eine vom Auftretzeitpunkt des Fehlers unabhangige Kurzschlußeinschaltung beim nächst folgenden, genügend hohen Netzspannungs-Augenblickswert gewährleistet ist.
3. Sicherheitsfön nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Auftretzeitpunkt des Fehlers unabhängige Einleitung des Eurzschlusses durch einen in Reihe zum Kurzschlußsch?lter (8) liegenden Spannungsschwellenschalter, beispielsweise einen gasgefüllten Überspannungsableiter, oder bei Verwendung eines Balbleiterschalters, beispielsweise eines Triacs (8), durch Anschnittsteuerung, z.B. durch geeignete Wahl des Gate-Vorwiderstandes C9), erfolgt und daß der gewählte Stromflußwinkel vorzugsweise im Bereich von etwa 10 bis 40 Grad, entsprechend 50 bis.200 Volt (bei einer effektiven Natzapannung von 220 V) liegt.
4. Sicherheitsfön nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Blüssigkeit zu benetzenden Elektroden (10) eine Oberfläche aus korrosionsbeständigem Material, insbesondere aus Gold besitzen.
5. Sicherheitsfön nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Flüssigkeit zu benetzenden Elektroden eine relativ geringe leitfähige Oberfläche besitzen und die Zuleitung (ii) isoliert ist.
6. Sicherheitsfön nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder zu schützenden Flüssigkeitseintrittstelle (z.B. Lufteintritts- und-austrittsstellen) je zwei Elektrodenleitungen (12 und 13) führen, die selbständig den Kurzschluß auslösen, bevor die in das Verbrauchsgerät eingedrungene Flüssigkeit bei einem spannungsführenden Teil des Verbrauchsgåtes (z.31 14) angelangt ist und in jeder Zuleitung ein berührungsstrombegrenzender Schutzwiderstand (15 und 16) liegt.
7. Sicherheitsfön nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenpaare im Verbrauchsgerät berührungssicher und so angeordnet sind, daß ein Kurzschluß bei jeder Eintauchlage gewährleistet ist.
8. Sicherheitsfön nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Elektrodenpaare hintereinandergeschaltet sind, so daß die Auslösung des Kurzschlusses nur dann möglich ist, wenn auf jeweils zwei Elektrodenpaarengenügend Flüssigkeit liegt.
9. Sicherheitefön nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrauchsgerät ilber ein mehrpoliges Relais (17) angeschlossen ist, welches nur bei Vorhandensein der Netzspannung bei ausreichender Netz-Innenimpedanz eingeschaltet werden kann, wobei in Reihe zur Relaisspule (18) ein Widerstand (19) und parallel zur Relaissrule (18) ein negativ temperaturabhängiger und als Überhitzungssensor dienender Widerstand (20) -untergebracht an geeigneter Stelle im Verbrauchsgerät- liegt.
10.Sicherheitsfön nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile zum Teil feuchtigkeitsgeschützt gekapselt sind, zum Teil im Stecker (6 und 7) untergebracht sind und die Anwendung auch für andere, Flüssigkeiten oder der Luftfeuchtigkeit ausgesetzten oder in der Nähe der Badewanne bzw. des Waschbeckens eingesetzte Verbrauchsgeräte (z.B. Heizlüfter, Heizstrahler, Radio, Rasierapparat) gedacht ist.