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Dokumentenidentifikation DE3839048A1 31.05.1990
Titel Schutzschaltung für schutzisolierte Geräte
Anmelder Lauerer, Friedrich, 8033 Krailling, DE
Erfinder Lauerer, Friedrich, 8033 Krailling, DE
DE-Anmeldedatum 18.11.1988
DE-Aktenzeichen 3839048
Offenlegungstag 31.05.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.1990
IPC-Hauptklasse H02H 5/12
IPC-Nebenklasse H02H 3/16   
Zusammenfassung Der wesentliche Erfindungsgedanke ist die Anwendung eines potentialsenkenden und der Berührung entzogenen Schutzschirmes um die spannungsführenden Teile des Elektrogerätes, der nicht fest mit einem geerdeten Leiter verbunden ist. Der jeweiligen Steckerstellung entsprechend erfolgt im Erdschlußfalle die Unterbrechung der Stromzufuhr oder die Zuschaltung des Schutzschirmes an den geerdeten Netzleiter (PEN) automatisch und ohne großen Schaltungsaufwand. Durch die vorgeschlagene Schutzschaltung wird bei der Handhabung von schutzisolierten Geräten das lästige Elektrisieren bei Luftfeuchtigkeit oder Regen vermieden (z. B. bei Handbohrmaschinen, Heckenscheren, Spritzpistolen) und bei Eindringen von Wasser (z. B. bei Haartrocknern oder Heizlüftern) der Stromtod in der Badewanne verhindert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Elektrogeräte, bei denen zum Schutz gegen gefährliche Berührungsspannungen die sog. Schutzisolierung angewandt wird.

Die Schutzmaßnahme Schutzisolierung hat gegenüber den üblichen Schutzleiter-Schutzmaßnahmen den großen Vorteil, daß sie keinen Schutzleiter benötigt. Damit entfällt auch die Unwirksamkeit der Schutzmaßnahme bei Fehlen, Unterbrechung oder zu hohem Widerstand des Schutzleiters, vor allem aber kann die Schutzmaßnahme selbst nicht zur Unfallursache werden, wenn der Schutzleiter falsch angeschlossen ist oder durch andere Umstände mit dem Außenleiter in Berührung kommt.

Insgesamt hat zwar die Schutzisolierung einen wesentlich höheren Schutzwert als die üblichen Schutzleiter-Schutzmaßnahmen (mit Ausnahme des empfindlichen Fehlerstrom-Schutzschalters, siehe Forschungsbereicht F 78 mit dem Titel "Unfallverhütung bei Stromverbraucheranlagen durch empfindliche Fehlerstrom-Schutzschalter", herausgegeben von der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Unfallforschung, BAU, in Dortmund), doch gibt es auch bei der Schutzisolierung Unfallmöglichkeiten, insbesondere auch solche, die nicht auf technische Fehler des Gerätes oder der elektrichen Anlage zurückzuführen sind, sondern allein auf Umwelteinflüsse. Hinzu kommt noch die für den Laien meist unverständliche Tatsache, daß die Gefahr auch bei ausgeschaltetem Gerät gegeben ist (wenn das Gerät an einer Steckdose angeschlossen ist) und sogar noch größer sein kann (je nach Steckerstellung), als im eingeschalteten Zustand.

Wird ein schutzisoliertes Gerät in feuchter Atmosphäre oder bei Regen benützt, dann können über den Benutzer Kriechströme fließen, die normalerweise zwar nicht tödlich, wohl aber unangenehm wirken können und den Betrieb oft unmöglich machen. Dies trifft z. B. bei der Benützung von Handbohrmaschinen, Heckenscheren, Spritzpistolen oder ähnlichen Geräten zu.

Eine wesentlich höhere Gefahr ist gegeben, wenn ein schutzisoliertes Gerät in Wasser getaucht wird bzw. ins Wasser fällt. Dies passiert relativ oft im Badezimmer, wenn ein Gerät, z. B. ein Haartrockner, aus Versehen, aus Spieltrieb (Kinder!) oder mit Absicht (Selbstmordversuch) ins Badewasser fällt und eine Person in der Wanne liegt oder nach dem Gerät greift.

Ist das Gerät vollkommen wasserdicht und bleibt dieser Zustand auch im Wasser bestehen, dann kommt natürlich kein Stromfluß durch das Wasser zustande; doch solche Geräte bilden eine seltene Ausnahme. Hat das Gerät enge Nahtstellen oder sehr kleine Öffnungen, bei denen Wasser eindringen kann, dann kann der auftretende Strom schon eine lebensgefährliche Stärke annehmen; es sei denn, das Gerät bietet wegen seiner Kontruktion und seiner geringen Ausmaße nahezu keine Wassereindringmöglichkeit, wie dies im allgemeinen bei Elektrorasierern zutrifft.

Da beim Eintauchen des Gerätes in das Wasser der von den spannungsführenden blanken Teilen bis zu den Geräteöffnungen gegebene Luftquerschnitt mit stromleitenden Wasser ausgefüllt wird, wächst mit zunehmenden Luftquerschnitt die Lebensgefahr unverhältnismäßig stark an.

Betrachtet man die Haushaltsgeräte unter diesem Gesichtspunkt, so ergibt sich, daß der Heizlüfter den größten freien Luftquerschnitt besitzt, gefolgt vom Haartrockner.

Diese Tatsache schlägt sich zwangsläufig in der Unfallursachenstatistik nieder und zwar nicht unerheblich, denn der Badewannenunfall tritt unter den tödlichen Stromunfällen mit Abstand auf häufigsten auf; am häufigsten bezüglich des Unfallortes und am häufigsten bezüglich der technischen Ursache (Eindringen von Flüssigkeit in das Betriebsmittel), siehe BAU-Forschungsberichte F 78 und 333.

Betrachtet man unter diesem Gesichtspunkt die Geräte, so ist es der Haartrockner - der Fön - der die häufigste Unfallursache ist, und zwar mit Abstand, gefolgt vom Heizlüfter. Auch dieses Ergebnis der Unfallursachenstatistik ist logisch: Der Heizlüfter ist zwar das gefährlichste Gerät, doch bezüglich der Benützungshäufigkeit bzw. -dauer im Badezimmer, steht der Fön im Vergleich zum Heizlüfter mit großem Abstand an der Spitze des Unfallgeschehens.

Die einzige Schutzmaßnahme gegen den Stromtod in der Badewanne ist derzeit noch der empfindliche Fehlerstrom-Schutzschalter, der je nach Type, einen Auslösestrom von 30 mA oder 10 mA hat. Er ist in der Bundesrepublik Deutschland für Neubauten seit 1984 zwingend vorgeschrieben.

Bei der Frage, ob der empfindliche Fehlerstrom-Schutzschalter (kurz EFI-Schalter) in der Lage ist, den Stromtod in der Badewanne bei allen Geräten und bei allen möglichen Konstellationen zuverlässig verhindern kann, muß man von den bisher gewonnenen wissenschaftlichen Erkenntnissen und Festlegungen ausgehen, die im IEC-Report 479 ihren Niederschlag gefunden haben. Danach muß beim Menschen mit dem Tod gerechnet werden, wenn der durch den Körper in Längsrichtung fließende Wechselstrom 50 Hz oder 60 Hz größer als 500 mA eff. ist, länger als 10 ms einwirkt und in die vulnerable Phase der Herztätigkeit trifft.

Es besteht kein Zweifel, daß der EFI-Schalter in den meisten Fällen den tödlichen Ausgang eines Badewannenunfalles verhindern kann (allerdings ist dieser Schutzschalter in der Bundesrepublik Deutschland erst in einem sehr geringen Umfang installiert). Es gibt aber Ausnahmen, wie eigene Untersuchungen (Selbstversuche in der Badewanne und Berechnungen) schließen lassen.

Die Frage, unter welchen Umständen diese Ausnahmen gegeben sind, hängt wesentlich davon ab, wie groß der Widerstand des Fehlerstromkreises ist, an welcher Körperstelle das Gerät zu liegen kommt und wie groß der bereits erwähnte "freie Luftquerschnitt" des Gerätes ist.

Umfangreiche eigene Messungen an Hunderten von Badewannen in Privatwohnungen sowie weitere allgemeine Untersuchungen und Berechnungen haben zu folgenden Ergebnissen geführt:

  • 1. In trockenen Bauten, insbesondere Neubauten, hat der Erdungswiderstand der installierten Badewannen einen relativ hohen Wert (meist über 20 k-Ohm bis über 1 Meg-Ohm), wenn ein Syphon oder/und Abflußrohre aus Kunststoff installiert sind.
    • a) Wird eine solche Badewanne mit Wasser gefüllt und wird ein am Netz angeschlossenes Elektrogerät, z. B. ein Fön, in das Wasser gelegt, dann treten entsprechend geringe Fehlerströme (bei 220 Volt zwischen etwa 0,2 und 10 mA, bei 110 Volt etwa zwischen 0,1 und 5 mA) auf, nahezu unabhängig von der elektrischen Leitfähikeit des Wassers und der Lage des Gerätes.
    • b) Läßt man im Falle 1a das Wasser ablaufen, dann wird der zusätzlich zum Erdungswiderstand parallel geschaltete Widerstand "Wassersäule bis zur nächsten geerdeten Stelle, z. B. Metallrohr" wirksam und erhöht den Fehlerstrom entsprechend, in den meisten Fällen jedoch ohne gravierenden Einfluß.
    • c) Hängt ein mit Kunststoff isolierter Brauseschlauch in das Badewasser hinein, so erhöht sich der Fehlerstrom kaum; liegt zusätzlich die Handbrause im Badewasser, dann tritt im allgemeinen auch kein gefährlicher Strom auf.
    • d) Liegt im Falle 1a ein über die Wasserleitung geerdeter Metallbrauseschlauch im Badewasser, oder taucht er auch nur mit einem Teil hinein, dann treten hohe Fehlerströme auf, die tödlich wirken können.
  • 2. In Bauten mit feuchten oder nassen Mauern, es handelt sich meist um Altbauten oder ältere landwirtschaftliche Anwesen, ist der Erdungswiderstand der Badewannen oft relativ gering (je nach Fall bis etwa 10 Ohm herab), so daß bei einem Unfall mit einem tödlichen Ausgang gerechnet werden muß.
  • 3. Durch künstliche Erdung der Badewanne ("Potentialausgleich") wird zwar ein Unfall infolge spannungsführender Wanne bzw. Wasserleitung verhindert, fällt jedoch ein schutzisoliertes Gerät in die Wanne, dann ist wegen des sehr geringen Erdungswiderstand der Wanne, die in vielen Fällen gleich dem Netz-Innenwiderstand (etwa 0,2 bis 1,5 Ohm) ist, höchste Lebensgefahr gegeben.
  • 4. Die künstliche Erdung der Badewanne schafft zwar eine Potentialgleichheit zwischen Wanne und Wasserleitung, sie garantiert aber keineswegs einen geringen Widerstand zwischen Wasser und Metallwanne, der beim Badewannenunfall einen Teilwiderstand des Fehlerstromkreises darstellt. Die Ursache für diesen Widerstand liegt in isolierenden Schichten, die sich zwischen Metallwanne und metallener Abflußrosette befinden. Unter dem Einfluß von mechanischen Kräften oder der beim Unfall wirkenden Spannung kann sich dieser Widerstand auch vergrößern oder verkleinern und zeitabhängig verändern.
  • 5. Insgesamt ergibt sich die Tatsache, daß die in den Wohnungen installierten Badewannen, ob künstlich geerdet oder nicht, Erdungswiderstände im Bereich von etwa 0,2 Ohm bis über 1 Meg-Ohm besitzen. Im Einzelfall ist der Wert dieses Widerstandes unbestimmt und selbst wenn er zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessen würde, würde dieser Wert nur momentan gelten, da er sich in der Zukunft weitgehend ändern könnte.

    Bei der Gefahrenanalyse und Schutzmaßnahmenplanung muß daher davon ausgegangen werden, daß ein unbestimmter Erdungswiderstand gegeben ist, der im Bereich zwischen etwa 0,2 Ohm und über 1 Meg-Ohm liegt.
  • 6. Selbstverständlich hat auch der elektrische Leitwert des Badewassers einen Einfluß auf den Ausgang eines Badewannenunfalles. Würde man destilliertes Wasser verwenden, dann würden beim Unfall nur sehr schwache kapazitive Ströme fließen, die in jedem Falle ungefährlich wären, es sei denn, das Wasser würde die erwähnte Eigenschaft durch den Badevorgang verlieren.

    Bei der Gefahrenanalyse und Schutzmaßnahmenplanung muß man davon ausgehen, daß das Badewasser eine elektrische Leitfähigkeit besitzt, die im Bereich von etwa 100 bis 6000 µS/cm liegt, wobei die hohen Werte meist durch Badesalzzusätze entstehen.


Bekanntlich ist der Stromtod mit sehr wenigen Ausnahmen ein Herztod. Deshalb ist es nur logisch, daß der Stromtod umso wahrscheinlicher ist, je näher das Elektrogerät am Herzen zu liegen kommt. Dazu kommt noch der ungünstige Umstand, daß beim Stromweg Brust-Rücken eine erhöhte Gefährdung gegeben ist: Der Herstromfaktor liegt gegenüber der Längsströmung um den Faktor 1,6 bis 2,9 höher, siehe Dissertation von Jacobsen aus dem Jahre 1973, Seite 48.

Die Höhe des durch das Herz fließenden Stromes wird aber auch durch jenen Teilwiderstand bestimmt, der beim Stromausgang der Person gegeben ist. Dieser ist besonders dann sehr klein (und damit der Unfallstrom besonders groß), wenn die Person auf der geerdeten Abflußrosette sitzt oder/und mit dem Rücken die geerdete Überlaufrosette berührt oder/und der geerdete Metallbrauseschlauch im Badewasser liegt.

Unter den erwähnten Umständen können Unfallströme zum Fließen kommen, die bei 220 Volt Netzspannung weit über 500 mA, in extremen Ausnahmefällen sogar über 1000 mA betragen können.

Andererseits gibt es Konstellationen, z. B. wenn die Person bei Niedrigwasser frei in der Wanne sitzt und das Gerät ins Wasser fällt, wo selbst unter sonst ungünstigen Umständen nur ein relativ geringer und nicht tödlich wirkender Strom durch das Herz fließt. Allerdings wird in einem solchen Falle selbst bei geringen Unfallströmen, ab etwa 10 mA, die Beinmuskulatur so stark verkrampft, daß die Person nicht in der Lage ist, ohne fremde Hilfe die Badewanne zu verlassen. Bei etwas höherem Wasserstand bzw. wenn die Person in schiefer Rückenlage sich befindet, kann der im Körperinnern fließende Strom Werte erreichen, die zwar keinen Herztod zur Folge haben, wohl aber eine totale Verkrampfung der Lungenmuskulatur. Die Folge ist, daß die Person nicht mehr um Hilfe rufen und unter minutenlangen qualvollen Schmerzen den Atemtod erleidet - der Gesichtsausdruck des Toten gibt dann ein erschreckendes Zeugnis des ausweglos gewesenen Todeskampfes.

Die oben gestellte Frage, bei welchen Ausnahmefällen der EFI-Schalter nicht in der Lage ist, den Stromtod sicher zu verhindern, läßt sich nun wie folgt beantworten:

  • 1. Wenn das Gerät in Herznähe zu liegen kommt und ein oder mehrere der oben genannten Faktoren hinzu kommen, so daß ein Unfallstrom zustande kommt, der 500 mA überschreitet, was praktisch nur bei Geräten möglich ist, bei denen der "freie Luftquerschnitt" besonders groß ist (Fön und Haartrockner). Im gewissen Maße spielt natürlich auch die Länge dieses Luftquerschnittes eine Rolle, unter Umständen sogar eine entscheidende Rolle.
  • 2. Wenn bei elektrisch isolierter Badewanne das eingeschaltete Gerät zwischen der Brust und dem linken Oberarm bzw. dem Hals zu liegen kommt, fließen durch das Herz Ströme (Kreisströme), welche u. U. den Tod herbeiführen können. Besonders gefährlich ist die Situation beim Eintauchen des Gerätes, wenn das Wasser von beiden Luftöffnungen eindringt und gleichzeitig die beiden Potentiale berührt. Auch hier ist die Gefahr praktisch nur dann gegeben, wenn der "freie Luftquerschnitt" des Gerätes sehr groß ist, wie beim Fön oder dem Heizlüfter.
  • 3. Wenn der Auslösestrom des EFI-Schalters mehr als 10 mA beträgt, z. B. 30 mA, denn dann kann der oben erwähnte Atemtod eintreten, ohne daß eine Abschaltung erfolgt. Offen ist auch noch die Frage, ob nicht auch der Herztod dann ausgelöst werden kann, wenn das Gerät in Herznähe liegt und der in den Herzbereich fließende Strom im Bereich von 10 bis 30 mA liegt, bei dem der 30 mA-EFI nicht abschaltet.


Zusammenfassend ist festzustellen, daß der EFI-Schalter den Stromtod nicht sicher verhindern kann, wenn

  • 1. Unfallströme über 500 mA auftreten; denn die Abschaltzeit der Schutzschalter liegt bei max. 30 ms (statt der geforderten 10 ms).
  • 2. bei elektrisch isolierten Badewannen gefährliche Kreisströme auftreten, die der EFI-Schalter grundsätzlich nicht abschalten kann, da er nur auf Erdschlußströme anspricht.
  • 3. der Nennfehlerstrom des EFI-Schalters größer als 10 mA ist, z. B. 30 mA, weil dann im Bereich 10 bis 30 mA der Atemtod infolge Lungenmuskulatur- oder Beinmuskulaturverkrampfung möglich ist. Im ungünstigsten Fall ist in diesem Strombereich möglicherweise auch ein Herztod nicht auszuschließen.


Ausgehend von den gewonnenen Erkenntnissen hat sich die Erfindung alternativ folgende Aufgaben gestellt:

  • 1. Hohe Unfallströme (ab 500 mA) sollen durch potentialsenkende Maßnahmen so weit verringert werden, daß die Todeswahrscheinlichkeit wesentlich verringert und die Abschaltzeit des EFI-Schalters zur sicheren Verhinderung des Stromtodes ausreicht.
  • 2. Tödlich wirkende Unfallströme sollen durch extrem wirksame potentialsenkende Maßnahmen, die vom Zustand der Elektroanlage unabhängig sind, auf ungefährliche Ströme reduziert werden.
  • 3. Zusammen mit der Maßnahme gemäß Punkt 1 sollen tödlich wirkende Unfallströme in ausreichend kurzer Zeit abgeschaltet werden, auch solche, die nicht über die Erde abfließen.


Ausgehend von einer Schutzschaltung für schutzisolierte Geräte, bei der die Betriebsstromleiter mit einem leitenden, potentialsenkenden und der Berührung entzogenen Schutzschirm umgeben sind, liegt der Erfindungsgedanke gemäß Anspruch 1 darin, daß der Schutzschirm keine feste Verbindung mit einem geerdeten Leiter besitzt.

Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Verbraucher mit dem Verbraucherwiderstand V über eine Steckdose St und über die Leitungen L und N man Netztransformator T angeschlossen. Die beiden Geräteleitungen a und b können durch den allpoligen und wasserdichten Handschalter H abgeschaltet werden. Um den Verbraucherwiderstand V befindet sich ein leitender und der Berührung entzogener Schutzschirm S, der mit der Mitte Mi des Verbraucherwiderstandes V verbunden ist.

Auf diese Weise erhält der Schutzschirm in jeder Steckerstellung die halbe Netzspannung mit der Folge, daß bei einem Erdschluß, z. B. durch eindringendes Wasser nur der halbe Fehlerstrom auftreten kann. Wenn also bei einem Badewannenunfall extrem ungünstigte Bedingungen gegeben sind und der ins Wasser gefallene Fön 1000 mA Fehlerstrom zur Folge hat, dann treten bei der hier angewandten Schutzschaltung bei 220 Volt Netzspannung nur mehr 500 mA auf, wobei der durch den Menschen fließende Unfallstrom auch im ungünstigsten Fall etwas geringer ist.

Der allpolige Handschalter H garantiert die notwendigen Voraussetzungen für die Halbierung der Netzspannung: Entweder ist der Verbraucherwiderstand V unter Spannung und im Betrieb, oder er ist mit beiden Anschlüssen vom Netz getrennt.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 2 wird dieselbe Wirkung ohne zusätzlichen Aufwand, d. h. ohne Schutzschirm erzielt. Allerdings ist sie nur unter bestimmten geometrischen Voraussetzungen, wie sie z. B. beim Fön oder beim Heizlüfter gegeben sind, realisierbar. Die Heizwicklung He ist so gestaltet, daß die Heizwicklungsmitte 4/5 an den nach außen gerichteten Lufteinlaß- bzw. Luftauslaßstellen Ei bzw. A liegt. Die normal gewickelte Heizwicklung wird in der Mitte 1 aufgetrennt, an diesen Enden 2 und 3 wird die Netzspannung angeschlossen, während die beiden anderen Enden 4 und 5 miteinander verbunden werden.

Ausgehend von der Schaltung in Fig. 2, sind in Fig. 3 weitere Komponenten eingezeichnet, die zur Lösung der gestellten Aufgabe beitragen. Gegenüber Fig. 2 sind in Fig. 3 der Lüftermotor M (mit der im Innern befindlichen Motorwicklung W), das Lüfterrad R, die beiden als Schutzschirm bzw. als Sensoren ausgebildeten Traggitter beim Lufteinlaß Te und beim Luftauslaß Ta sowie die beiden für den Motorbetrieb nötigen Gleichrichter G1 und G2 eingezeichnet.

Das Motorgehäuse ist aus Metall und ist bei M an der Mittelanzapfung der Heizwicklung angeschlossen. Der Metallmantel des Motors wirkt auch die im Abstand konzentrisch dazu verlaufenden Heizwicklungen potentialsteuernd in dem Sinne, daß die nach außen wirkende elektrische Spannung verringert wird, was bis zur Halbierung der Netzspannung möglich ist.

Die beiden, den Lüftermotor tragenden Metallgitter (Traggitter beim Lufteinlaß Te und Traggitter beim Luftauslaß Ta) können zusätzlich als Schutzschirm oder Sensoren verwendet werden. Die hier abgehende Sensorleitung SL kann zu einer weiteren Schutzschaltung geführt werden, die im Erdschlußfall die Stromzufuhr allpolig unterbricht, siehe Fig. 4, oder eine Verbindung der Traggitter (Schutzschirm) mit dem geerdeten Netzleiter PEN herstellt, siehe Fig. 5, 6 und 7.

In Fig. 4 ist als Beispiel eine Gesamtschaltung wiedergegeben, bei der sowohl eine Wassereinwirkung, als auch eine unzulässige Temperaturerhöhung eine Abschaltung bewirkt und bei der eine automatische Wiedereinschaltung erfolgt (und zwar erst dann), wenn der Fehler wieder beseitigt ist.

Fällt der Fön in die mit Wasser gefüllte und geerdete Badewanne, so dringt Wasser von der Erde E zum Sondengitter Ta vor, angedeutet durch den Widerstand Rw1. Jetzt kommt ein Stromfluß zustande, der vom Außenleiter L über den Gleichrichter 12, den Widerstand 13 und Rw1 den Kondensator 14 auflädt. Hat dieser Kondensator den Spannungswert des Spannungsschwellwertschalters 15, z. B. ein Diac, erreicht, dann entlädt er sich kräftig auf die Relaisspule 7 und das bistabile gepolte Relais schaltet durch die Kontakte 8 und 9 die Stromzufuhr ab. Reicht der Impuls zeitlich nicht aus, dann setzt sich infolge Weitervordringen des Wassers bis zur Mittelanzapfung der Heizspirale der Stromfluß fort (durch den Wasserwiderstand Rw2), so daß die weitere Aufladung und damit die Abschaltung gewährleistet ist. Da Rw2 aus geometrischen Gründen wesentlich kleiner ist als Rw1 und der Tauchvorgang ein dynamischer ist, kann kein störender Brückengleichgewichtszustand auftreten.

Wegen der beiden Gleichrichter 12 und 20 erfolgt die Abschaltung im Fehlerfalle auch bei Steckerumkehr. Weiter erfolgt auch dann eine Abschaltung, wenn infolge zu hoher Temperatur der Heißleiter 6 seinen Widerstand entsprechend verkleinert.

Wenn der Fehler beseitigt ist, lädt sich der Kondensator 14 über die strombegrenzenden Hochohmwiderstände 16 und 17 in entgegengesetzter Richtung auf und es erfolgt dann eine Entladung in der entgegengesetzten Polarität, so daß das Relais wieder einschaltet.

In Fig. 5 ist eine Schutzschaltung wiedergegeben, bei der im Falle eines Erdschlusses, d. h. wenn RNE auftritt, der Schutzschirm S durch die Kontakte c und e mit dem geerdeten Netzleiter PEN verbunden wird, bzw. die Verbindung bestehen bleibt, wenn sie vorher schon vorhanden war.

Die beiden Geräteleitungen a und b sind gleichsinnig durch einen Summenstromwandler SW geleitet. Der bekannte Summenstromwandler kann nicht unterscheiden, welcher der Betriebsstromleiter den erhöhten Strom führt, von dem ein auftretender Erdschlußstrom abzweigt. Diese Unterscheidung muß aber möglich sein, wenn wie hier das Gerät über eine Steckdose St in Betrieb genommen wird, bei der zwei Steckerstellungen möglich sind. Diese Eigenschaft wird dadurch erreicht, daß der Summenstromwandler SW für jeden Betriebsstromleiter a und b ein Fenster F1 und F2 hat und diese Fenster durch einen entsprechend dimensionierten Steg Sg getrennt sind. Dieser Steg muß bezüglich Länge und Querschnitt so dimensioniert sein, daß der magnetische Widerstand einen Wert annimmt, der im Vergleich zum magnetischen Widerstand einer Hälfte des Summenstromwandlers relativ klein ist. Je nachdem in welcher Leitung (a oder b) der Überstrom gegenüber dem anderen Leiter ist, wird an der zugehörigen Sekundärspule S1 bzw. S2 eine Spannung erzeugt, die gleichgerichtet (durch G3 bzw. G4) einer Spule 21 bzw. 22 des bistabilen gepolten Relais (21, 22, c, d, e) zugeführt wird. Die Relaisspulen 21 und 22 sind polgerecht so angeschlossen, daß z. B. der Kontakt c mit dem Kontakt e verbunden wird, wenn der Betriebsstromleiter a einen Überstrom gegenüber b führt, d. h. ein Erdschlußstrom auftritt, verursacht durch RNE. Diese Umschaltung erfolgt nur, wenn vorher die Kontakte c und d geschlossen waren. Die u. U. auftretenden Widerstände RL oder/und RN haben primär keinen wesentlichen Einfluß. Eine Gefahr wird durch ihr Auftreten nicht verursacht, da der Schutzschirm S der unmittelbaren Berührung entzogen ist.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schutzschaltung mit zuschaltbarem Schutzleiter ist die Tatsache, daß die Schaltkontakte (c, d, e) keinen hohen Betriebsstrom und keinen hohen Abschaltstrom bewältigen müssen und deshalb ein relatv kleines Relais verwendet werden kann.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 6 wird der Differenzstrom mit Hilfe von Teilwiderständen V1, V2, die den Anschlüssen des Verbraucherwiderstandes V vorgeschaltet sind, für die Zuschaltung des Schutzleiters, hier des geerdeten Netzleiters PEN, nutzbar gemacht. Die Zuschaltung erfolgt in derselben Weise wie bei der Schaltung gemäß Fig. 5. Die Vorwiderstände V1 und V2, zu denen die Relaisspulen R1 und R2 des bistabilen gepolten Relais (R1, R2, c, d, e) parallel geschaltet sind, können auch Teile des Verbraucherwiderstandes sein.

Die Schaltung gemäß Fig. 7 ist eine Erweiterung der Schaltung gemäß Fig. 6 und ist speziell für Geräte mit Heizwicklungen (Fön, Heizlüfter) geeignet. Da hier die Aufteilung der Heizwicklung He gemäß Schaltung in Fig. 2 angewandt wird, halbiert sich der bis zum Umschaltende auftretende Fehlerstrom.

In Fig. 8 wird mit Hilfe eines zweispuligen Relais ein Fehlerstrom-Schutzschalter realisiert. Beide Spulenwicklungen wirken auf denselben Magnetkreis, sind gleichsinnig gewickelt und zueinander elektrisch isoliert. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein monostabiles gepoltes Relais (R3, R4, 23, 24) verwendet. Die Gleichrichter G5 und G6 sorgen für die gepolte Ansteuerung der Relaisspulen R3 und R4. Ev. notwendige Glättungsglieder sind nicht eingezeichnet. Fließt kein Erdschlußstrom zur Erde, dann heben sich die entgegengesetzt gerichteten Erregerströme auf und es erfolgt keine Abschaltung.

Die Schaltung gemäß Fig. 9 ist eine Erweiterung der Schaltung gemäß Fig. 8 und ist speziell für Geräte mit Heizwicklungen (Fön, Heizlüfter) geeignet. Da hier die Aufteilung der Heizwicklung He gemäß Schaltung in Fig. 2 angewandt wird, halbiert sich der bis zum Umschaltende auftretende Fehlerstrom. Die Teilwiderstände H1 und H2 können Teile der Heizwicklung sein. Als Schaltorgan wird hier ein normales monostabiles Wechselstromrelais (R3, R4, 23, 24) verwendet.


Anspruch[de]
  1. 1. Schutzschaltung für schutzisolierte Geräte, bei der die Betriebsstromleiter (a, b) im Gerät mit einem leitenden, potentialsenkenden und der Berührung entzogenen Schutzschirm (S) umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzschirm (S) keine feste Verbindung mit einem geerdeten Leiter (PEN) besitzt.
  2. 2. Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät durch einen allpoligen und wasserdichten Handschalter (H) abschaltbar ist, der gegebenenfalls über ein Halterelais nur dann eine Verbindung mit den Netzleitern (L, PEN) herstellt, wenn die volle Netzspannung anliegt und in der Zuleitung keine Unterbrechungsstelle vorhanden ist.
  3. 3. Schutzschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzschirm (S) mit der Mitte (Mi) des Verbraucherwiderstandes (V) verbunden ist.
  4. 4. Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Heizgeräten die Heizwicklung (He) so gestaltet ist, daß die Heizwicklungsmitte (4, 5) an den nach außen gerichteten Lufteinlaß- bzw. Luftauslaßstellen (Ei, A) liegt.
  5. 5. Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erdschluß des Schutzschirmes (S) eine allpolige Abschaltung erfolgt.
  6. 6. Schutzschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Verschwinden des Erdschlusses eine automatische Wiedereinschaltung erfolgt.
  7. 7. Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzschirm (S) im Falle eines Erdschlusses durch den zwangsläufig damit verbundenen Differenzstrom mit Hilfe eines Relais eine Verbindung mit dem geerdeten Netzleiter (PEN) erhält bzw. bleibt diese Verbindung unverändert bestehen, wenn sie vorher schon existiert hat.
  8. 8. Schutzschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzstrom mit Hilfe eines Summenstromwandlers (SW) oder mit Hilfe von Teilwiderständen, die den Anschlüssen des Verbraucherwiderstandes (V) vorgeschaltet sind (V1, V2), für die Zuschaltung des geerdeten Netzleiters (PEN) nutzbar gemacht wird.
  9. 9. Schutzschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Summenstromwandler (SW) für jeden Betriebsstromleiter (L, PEN) ein eigenes Fenster (F1, F2) mit eigener Sekundärwicklung (S1, S2) besitzt und daß der Steg (Sg) zwischen den Fenstern so gestaltet ist, daß ein auftretender Differenzstrom in den Sekundärwicklungen (S1, S2) entsprechend unterschiedliche Spannungen erzeugt.
  10. 10. Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuschaltung des geerdeten Netzleiters ein bistabiles gepoltes Relais verwendet wird.
  11. 11. Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzschirm (S) des Geräte-Isoliergehäuses als dünne Metallschicht ausgebildet ist, die bei einem zu hohen Erdschlußstrom örtlich ausbrennt und auf diese Weise selbstreinigend wirkt.
  12. 12. Schutzschaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Elektrogeräten mit Metallgehäuse das Metallgehäuse als Schutzschirm (S) verwendet wird und daß das Metallgehäuse außen mit einer isolierenden, widerstandsfähigen und dauerhaften Schutzschicht versehen ist und daß bei einem Standgerät die Metallfüße mit dem Schutzschirm verbunden sind, aber keine isolierende Schicht besitzen.
  13. 13. Schutzschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß als Abschaltorgan ein solches mit mindestens zwei voneinander elektrisch isolierten Erregerwicklungen (R1, R2) verwendet wird, die jeweils in jeder Verbraucherzuleitung liegen und die gleichsinnig geschaltet sind.
  14. 14. Schutzschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklungen (R3, R4) parallel zu Verbraucher-Teilwiderständen (H1, H2) liegen.
  15. 15. Schutzschaltung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Abschaltorgan ein monostabiles oder ein bistabiles gepoltes Relais verwendet wird, wobei die gepolte Ansteuerung der Relaisspulen (R1, R2) durch Gleichrichter (G5, G6) realisiert wird, die entweder in Reihe zu den Relaisspulen oder parallel dazu geschaltet sind.






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