-
Schaltbare Einphasenwechselspannung -Steckdose
-
Die Erfindung betrifft eine schaltbare Einphasenwechselspannung -Steckdose
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
-
Bei den allgemein in der Installationstechnik verwendeten Steckdosen
in Wänden sind die in den Steckdosen vorgesehenen Steckbuchsen normalerweise dauernd
an Spannung gelegt. Es besteht daher bei derartigen Steckdosen die Gefahr, daß insbesondere
Kinder mit Drähten oder Nägeln in diese Steckbuchsen hineingelangen können, wobei
sie unter Umständen erheblichen Gefahren ausgesetzt werden können.
-
Zur Vermeidung dieser Gefahren sind bereits eine ganze Reihe Steckdosen
geschaffen worden. So sind viele Steckdosen bekannt, bei welchen die unter Spannung
stehenden Steckbuchsen durch mit Löchern zum Durchführen der Steckerstifte versehene
Schutzteile bei unbenutzten Steckdosen verdeckt sind. Soll die Steckdose dann benutzt
werden, so wird der Stecker in die Löcher in den Schutzteilen eingesteckt und mit
den Schutzteilen so lange verdreht, bis die Löcher oberhalb der vorher durch die
Schutzteile vcrdeckten Steckbuchsen zu liegen kommen und die Steckerstifte dann
in letztere cinsteckbar sind.
-
Diese bekannten Steckdosen haben den Nachteil, daß ihre Schadenanfälligkeit
verhältnismäßig groß ist und sie dadurch oder durch Vergessen der Anbringung des
Schutzteiles ihre Schutzfunktion verlieren.
-
Es sind weiterhin Steckdosen bekannt, bei welchen in den Steckbuchsen
ein Isolierknopf vorgesehen ist, welcher beim Einführen der Steckerstifte in Richtung
der Steckdosenachse bewegbar ist und dabei auf ein unter Federwirkung stehendes
Schaltglied so einwirkt, daß bei eingeführtem Stecker das Schaltglied die Steckbuchsen
an Spannung legt, während bei herausgezogenem Stecker infolge der Federwirkung das
Schaltglied so zurückgeführt wird, daß die Steckbuchsen nicht mehr an Spannung liegen.
-
Auch bei diesen Steckdosen läßt sich in einfacher Weise durch Einführen
eines Fremdkörpers die Steckbuchse in ungewollter Weise an Spannung legen, so daß
also auch hier keine genügende Sicherheit gewährleistet ist.
-
Ferner ist eine Steckdose mit in einem Steckdosensockel angeordneten
Steckbuchsen und mit einem zentral in dem Steckdosensockel in Richtung der Steckdosenachse
beweglich geführten schlittenartigen Organ aus Isolierstoff bekannt (DE-PS 1 115
335), welches beim Hineinstecken bzw. Herausziehen eines Steckers aus bzw. in die
Steckbuchsen auf einer Verschiebungsstrecke verschiebbar ist und eine elektrische
Verbindung zwischen im Steckdosensockel angeoineten Anschlußklemmen und den Steckbuchsen
nur bei eingestecktem Stecker herstellt, bei herausgezogenem Stecker jedoch unterbricht
und wobei eine Sperre für das Organ vorgesehen ist, welche nur bei eingestecktem
Stecker ein Vcrschicben des Organs gestattet. Auch diese Ausführung hat den Nachteil,
daß
die Sperre überlistet werden und man dann mit den spannungsführenden
Steckbuchsen in Kontakt kommen kann.
-
Gemeinsam ist allen bekannten Lösungen, daß durch mechanische Schutzteile
verhindert werden soll, daß ein Mensch mit den spannungsführenden Steckbuchsen in
Kontakt kommen kann. Bei sachgemäßer Handhabung läßt sich diese Schutzfunktion auch
erreichen, hingegen bieten diese Schutzmaßnahmen bei unsachgemäßer Handhabung keine
Sicherheit mehr, da diese Schutzmaßnahmen beispielsweise von Kindern, wenn auch
ungewollt, überlistet werden können.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Steckdose so auszubilden,
daß an deren Steckbuchsen erst dann die gefährliche Netzspannung angelegt wird,
wenn von der Steckdose "erkannt" wurde, daß ein elektrischer Verbraucher sachgemäß
angeschlossen ist, hingegen keine Netzspannung angelegt wird, wenn von der Steckdose
ein unzulässiger Eingriff durch einen Menschen erkannt wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst.
-
Die Erfindung geht hierbei von der in Versuchen gewonnenen Erkenntnis
aus, daß der menschliche elektrische Widerstand größer gleich dem elektrischen Innenwiderstand
der meisten an Steckdosen anschließbaren elektrischen Verbraucher ist.
-
So ist der menschliche elektrische Widerstand größer gleich 3.200
Ohm, während der elektrische Widerstand eines Verbrauchers mit einer Leistung von
2000 Watt 25 Ohm und eines Verbrauchers mit einer Leistung von 15 Watt 3.230 Ohm
beträgt. Elektrische Verbraucher kleiner Leistung haben also in etwa den gleichen
Innenwiderstand wie der menschliche Körper im ungünstigsten I.lll. begrenzt man
nun beispielsweise den Ansclußwert der Steckdose auf eine Minimumverbraucherleistung
von
17 Watt, entsprechend 2.850 Ohm, so kann der an die Steckbuchsen der Steckdose angeschlossene
Widerstandswert als Kriterium für die Unterscheidungserkennung - ob es sich um einen
Menschen oder einen elektrischen Verbraucher handelt - herangezogen werden.
-
Erfindungsgemäß wird diese Unterscheidungserkennung von einer elektronischen
Steuereinheit durchgeführt, deren Lasterkennungsbaugruppe den zwischen der Leiter-
und Neutralleiter-Steckbuchse oder nur an der Leitersteckbuchse liegenden Widerstand
erfaßt. Zu diesem Zweck liegt an den Steckbuchsen eine ungefährliche - auch keine
Schreckreaktion verursachende - Kleinstmeßspannung an, welche von einer Versorgungsspannung
abgeleitet wird, welche zugleich die gesamte elektronische Steuereinheit versorgt.
Der Lasterkennungsbaugruppe nachgeschaltet ist eine Schmitt-Trigger- und eine Treiber-
und Relais-Baugruppe, deren Relais beim Vorliegen eines Ausgangssignals der Lasterkennungsbaugruppe
einen Schaltkontakt betätigt, welcher an die Leitersteckbuchse die Netzspannung
anlegt.
-
Ober eine Selbsthaltebaugruppe kann das Relais und dessen Schaltkontakt
in aktiver Stellung gehalten werden.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
-
Eine insgesamt mit 1 gekennzeichnete schaltbare Einphasenwechsel spannung
-Steckdose weist in ihrem nicht näher dargestellten Steckdosensockel eine Leiter-Steckbuchse
2 und eine Neutrallciter-Stcckbuchse 3 auf. Vorzugsweise ist in die Steckdose eine
elektronische Steuereinheit 4 integriert, welche auf Baugruppen aufgebaut ist und
folgende
Baugruppen beinhaltet: eine Lasterkennungsbaugruppe 5,
eine Schmitt-Trigger-Baugruppe 6 mit einem Eingangsspannungsteiler 6.1, eine Treiber-
und Relais-Baugruppe 7, eine Selbsthaltebaugruppe 8 und eine Spannungsversorgungsbaugruppe
9. Diese Spannungsversorgungsbaugruppe 9 versorgt einerseits die Steuereinheit 4
mit Energie, beispielsweise 12 V Gleichstrom, und es wird andererseits über einen
Spannungsteiler 5.1, 5.2 am Eingang der Laster-.kennungsbaugruppe 5 eine Kleinstmeßspannung
an die Steckbuchsen 2, 3 angelegt, wozu die Leitersteckbuchse 2 über einen Schaltkontakt
7.3.1 mit dem Eingang der Lasterkennungsbaugruppe 5 verbunden ist.
-
Wird nun an die Steckbuchsen 2, 3 ein Verbraucherwiderstand 11 angeschlossen,
beispielsweise ein Elektrogerät mit einem Widerstand von kleiner gleich 3.200 Ohm,
so wird durch dessen Parallelschaltung zum Spannungsteilerwiderstand 5.2 der Gesamtwiderstand
und somit auch der Spannungsabfall über beiden Widerständen kleiner. Die damit einhergehende
Erniedrigung der Basis-Emitter-Spannung - beispielsweise auf kleiner 0,7 Volt -
am Transistor 5.3 der Lasterkennungsbaugruppe 5, dessen Arbeitspunkt mittels eines
veränderlichen Widerstandes 5.1.1 des Spannungsteilers 5.1 einstellbar ist, hat
zur Folge, daß der Transistor 5.3 sperrt.
-
Am Spannungsteiler 6.1 der Schmitt-Trigger-Baugruppe 6 liegt sodann
aber eine positive Spannung an, wobei der Spannungswert, welcher über den Widerstand
6.2 an die Basis des Transistors 6.3 gelangt, genau eingestellt werden kann. Dies
ist im Hinblick auf eine Toleranzverkleinerung bezüglich des zu erfassenden Verbraucherwiderstandes
11 von Vorteil.
-
Aufgrund der an die Basis des Transistors 6.3 gelangenden Spannung
steuert dieser durch und infolge der direkten Kopplung mit dem Transistor 6.4 wird
dieser gesperrt. Am Kollektor des Transistors 6.4 liegt nun eine hohe positive
Spannung,
welche über die Diode 7.1 der Treiber- und Relaisbaugruppe 7 an die Basis von deren
Transistor 7.2 gelangt, worauf dieser leitend wird und ein Relais 7.3 aktiviert.
-
Das Relais 7.3 schaltet nun den Schaltkontakt 7.3.1 und gegebenenfalls
einen weiteren Kontakt 7.3.2, so daß die Steckbuchse 2 unmittelbar an die Netzspannung
10 angelegt, hingegen von der Kleinstmeßspannung getrennt wird.
-
Um nun zu verhindern, daß nach dem Umschalten des Schaltkontakts 7.3.1
das Relais 7.3 nicht wieder abfällt, sind folgende Maßnahmen vorgesehen. In den
Neutralleiter 12 sind innerhalb der Selbsthaltebaugruppe 8 zwischen dessen Netzanschlußseite
und der Neutralleiter-Steckbuchse 3 zwei antiparallel geschaltete Dioden 8.1 und
8.2 eingebaut. Ein Kondensator 8.3 wird, sobald die elektronische Steuereinheit
4 mit Spannung versorgt wird, geladen und ein ihm zugeordneter Transistor 8.4 steuert
daraufhin durch. An seinem Kollektor liegt dann eine nur sehr kleine positive Spannung,
die nicht ausreicht, um die Diode 7.4 der Treiber- und Relais-Baugruppe 7 leitend
werden zu lassen. Somit liegt an der Basis vom Transistor 7.2 keine positive Spannung
an und er steuert nicht durch.
-
Hat nun aber - wie beschrieben - der Schaltkontakt 7.3.1 umgeschaltet
und die Leiter-Steckbuchse 2 an die Netzspannung 10 angelegt, so fließt aufgrund
des angeschlossenen Verbraucherwiderstandes 11 über die Dioden 8.1 und 8.2 ein Strom,
was zur Folge hat, daß an diesen ein Spannungsabfall auftritt, beispielsweise von
0,7 Volt. Der Spannungsabfall der negativen Halbwelle entlädt hierbei den Kondensator
8.3 und infolge liegt an der Basis des Transistors 8.4 keine positive Spannung mehr
an, so daß dieser sperrt. Am Kollektor des Transistors 8.4 liegt nun hingegen eine
positive Spannung an, welche die Diode 7.4 überwindet und
und somit
auch am Transistor 7.2 anliegt, so daß dieser leitend bleibt und das Relais 7.3
weiterhin aktiviert. An der Steckbuchse 2 liegt also weiterhin die Netzspannung
10 an. Um während des Umschaltvorganges ein Flattern des Relais 7.3 zu vermeiden,
ist ein weiterer Kondensator 6.5 an die Basis des Transistors 6.3 angeschlossen,
welcher durch seine Ladung eine Abfallverzögerung während des Umschaltens bewirkt.
-
Wird nunmehr der Verbraucherwiderstand 11 aus den Steckbuchsen 2,
3 wieder ausgesteckt, so lädt sich der Kondensator 8.3 wieder auf und der Transistor
8.4 wird leitend. An seinem Kollektor liegt nun wieder eine nur sehr kleine positive
Spannung an, welche wiederum nicht mehr ausreicht, die Diode 7.4 zu überwinden und
den Transistor 7.2 durchzusteuern. Die Folge ist, daß das Relais 7.3 abfällt, der
Schaltkontakt 7.3.1 umschaltet und an die Steckbuchse 2 wieder die ungefährliche
Kleinstmeßspannung anlegt.
-
Wird hingegen an die Steckbuchsen 2, 3 oder nur an die Steckbuchse
2 ein Widerstand größer 3.200 Ohm angelegt, beispielsweise durch ein Kind, welches
mit einem Nagel die Steckdose untersuchen möchte, so bewirkt dessen Parallelschaltung
zum Widerstand 5.2 einen Spannungsabfall, welcher jedoch nicht ausreicht, um den
Transistor 5.3 zu sperren. Der Transistor 5.3 leitet also weiterhin und in Folge
liegt an seinem Kollektor auch keine positive Spannung an, welche zur Aktivierung
des Relais 7.3 erforderlich wäre. Die Netzspannung bleibt also abgeschaltet und
ein Schutz an den Steckbuchsen ist gewährleistet.
-
Für die erfindungsgemäße schaltbare Steckdose ist ein breites Anwendungsgebiet
gegeben. So ist sie zum Schutz des Menschen im Haushalt, in Werkstätten, in Unterrichtsräumcn,
in Labors
etc. bestens geeignet. Auch bei ausgewählten Anwendungsgebieten,
beispielsweise auf Baustellen, ist die Steckdose sehr gut geeignet, weil hier durch
eine gezielt Einstellung des Schwellwertes die Einschaltschwelle gesenkt werden
könnte, da dort meist sehr niederohmige Verbraucher betrieben werden.
-
- Leerseite -