Möglichkeiten zur Erwärmung mit geringer Spannung

Hallo,

ich plane für ein Projekt einen speziellen Toaster zu entwickeln.

Hier soll die Spannung im Gerät nicht die Berührungsspannung überschreiten.
Ist das überhaupt möglich?

Meine Transformierte Spannung wäre gleichgerichtet und transformiert also auf maximal 60 VDC…

  1. Problem ist, dass ich online keine preiswerten Netzteile finde, diese fangen wohl bei 120 € an.

  2. Problem ist, dass man mir bisher davon abgeraten hat, weil die verfügbare Leistung wohl kaum ausreicht um schnell und effizient heizen zu können…

  3. Problem ist, wenn ich auf günstigere Netzteile zurückgreife, die bis auf 12 VDC runter gehen, bin ich schon bei einem Strom von über 80 A und hätte unnötig dicke Kabel…

Was sagt ihr dazu?
Danke im Voraus!

ich plane für ein Projekt einen speziellen Toaster zu entwickeln.

Für die Schule oder brauchst Du unser geistiges Eigentum für ein Patent?

Hier soll die Spannung im Gerät nicht die Berührungsspannung überschreiten. Ist das überhaupt möglich?

Mit einem irrsinnigen Aufwand ja.

Meine Transformierte Spannung wäre gleichgerichtet und transformiert also auf maximal 60 VDC…

60V sehe ich schon als bedenklich hoch an, wenn das Gerät irgendwie nass wird.

  1. Problem ist, dass ich online keine preiswerten Netzteile finde, diese fangen wohl bei 120 € an

Ein Netzteil mit ungefähr 1kW Leistung ist auch dann noch klobig, wenn es getaktet ist. Zudem muss es gekühlt werden. Siehe PC- Netzteil.

  1. Problem ist, dass man mir bisher davon abgeraten hat, weil die verfügbare Leistung wohl kaum ausreicht um schnell und effizient heizen zu können…
  1. Problem ist, wenn ich auf günstigere Netzteile zurückgreife, die bis auf 12 VDC runter gehen, bin ich schon bei einem Strom von über 80 A und hätte unnötig dicke Kabel…

bzw. 24V, 40A, das schaffst Du zur Not mit einen 4mm2 Leiter.
Leistung= Spannung x Strom
Du kannst es drehen und wenden wie Du willst Du kommst nicht an hohen Strömen vorbei.

Es gibt nur eine Lösung. Der ganze Toaster ist ein riesiger Transformator, die Primärspule steht unter 230V die Sekundärspule entspricht den Heizfäden. Irrsinnig klobig, teuer, schwer zu bauen, mieser Wirkungsgrad, niemand möchte so etwas haben.

Die einzige praxisgerechte Lösung: Eine Schutzklappe mit Schalter, die das Gerät erst dann einschaltet, wenn es geschlossen ist.

Hallo!

Natürlich geht es rein technisch irgendwie.

Nur man muss sich ja auch fragen warum macht es niemand so ?  Warum sind Schutzkleinspannungen auf unbedingt nötige kleine Leistungen begrenzt.
Wo man die Schutzkleinspannung aber aus der Nutzung in einer ungünstigen Umgebung heraus aus Sicherheitsgründen braucht. Einsatz in engen wassergetränkten Baugruben ,Schächten oder in Kesseln  z.B.

Es gibt doch keinen technischen Grund, ein Wärmegerät mit hoher Leistung ( 1 kW) aus einer Schutzkleinspannung zu betreiben.

Klar kann man das aus 12 oder 24 V beheizen, es dauert fast exakt so lange wie ein 230 V Gerät braucht. Wieso auch länger ? 1kW sind 1 kW und die werden fast zu 100% in Wärme umgesetzt. 

Nur die Schalter und Thermostate schalten doch nun einen exorbitanten Strom, den man mit „normalen“ Bauteilen gar nicht(oder schwer und umständlich) in den Griff bekommen kann.

Nur was ist an einem solchen Gerät so gefährlich, das man es aus Kleinspannung versorgen muss. Die Probleme rund um die Hitze sind identisch und brauchen normgerechten Schutz.  Es geht um Berührungsschutz, Schutz gegen elektrischen Schlag ?

Aus der 1. Anfrage habe ich entnommen, es geht um die Schutzvorschriften und sonstigen Europäischen Gerätenormen, die man meint so umgehen zu können.
ich hatte es ja angerissen, Schutz gegen elektrischen Schlag könnte man mit Kleinspannung umgehen, aber doch nicht die sonstigen Vorschriften zum Geräteschutz(Wärme, Verbrennung von Händen an Gehäuseteilen, Eingriff usw.

MfG
duck313

Moin, moin,

WAS soll DAS??  Wenn schon Kleinspannung, warum dann DC?

Für Sonderwünsche / Sonderspannungen gibts halt auch Sonderpreise.

Die verfügbare Leistung hängt ja wohl von der Trafo-Leistung (oder auch DC-Leistung) ab.
Soll der Toaster eine Leistung von 1000W (oder 2000W) haben benötigt auch der „Wandler“ eine entsprechende Leistung.
Schnelligkeit und Effizienz des „Heizens“ sind ausschließlich von der (nutzbaren) Leistung, NICHT von der Betriebsspannung abhängig. Selbstverständlich müssen die Heizspiralen und alle weiteren Toasterteile entsprechend dimensioniert sein, aber das ist bei einer „Neukonstruktion“ ja klar.
Aber egal ob 1000 oder 2000W / VA, es wird ein „Klopper“ und niemals „billig“. Selbst bei 12 V sind die sehr kostenintensiv.

mfg  tugu

Hallo Fragewurm,

Hier soll die Spannung im Gerät nicht die Berührungsspannung
überschreiten.
Ist das überhaupt möglich?

Wäre auch mit einem Trenntrafo machbar.

Meine Transformierte Spannung wäre gleichgerichtet und
transformiert also auf maximal 60 VDC.

Wieso DC?

Rein physikalisch mach es keinen Unterschied ob du mit DC oder irgendeiner anderen Signalform speist, solange der Effektivwert der selbe ist.
Natürlich macht es einen Unterschied bei der EMV.

  1. Problem ist, dass man mir bisher davon abgeraten hat, weil
    die verfügbare Leistung wohl kaum ausreicht um schnell und
    effizient heizen zu können…

1kW ist 1kW, die Spannung ist dabei im Prinzip egal, aber das Netzteil muss die Leistung bringen.

  1. Problem ist, wenn ich auf günstigere Netzteile
    zurückgreife, die bis auf 12 VDC runter gehen, bin ich schon
    bei einem Strom von über 80 A und hätte unnötig dicke
    Kabel…

P = U*I, da führt kein Weg vorbei!

Was ist eigentlich das grundlegende Problem, welches du lösen willst?

Wenn es nur um den Berührungsschutz geht, könnte man z.B. auch Halogenstäbe nehmen, welche man mit etwas Unterspannung betreibt. So werden z.B. die Fixiereinheiten bei Laserdruckern beheizt.

MfG Peter(TOO)

Hallo!

ich plane für ein Projekt einen speziellen Toaster zu
entwickeln.
Hier soll die Spannung im Gerät nicht die Berührungsspannung
überschreiten.
Ist das überhaupt möglich?

Ja, ist möglich. Aber dann kommt deine Nebenbedingung: Es soll billig sein.

Für sinnvolle Vorschläge sind weitere Informationen erforderlich, insbesondere eine Begründung, warum der Betrieb mit 230 V ausscheidet. Die übliche Netzspannung hat ja nicht nur den Vorzug, dass man bei einer Heizleistung von etwa 1 kW mit noch leicht beherrschbarem Strom arbeitet, sondern man kann Heizelemente und Thermostate in hunderterlei Ausführungen fix und fertig preisgünstig kaufen.

Handelsübliche Toaster der Schutzklasse I sind - so simpel sie auch erscheinen mögen - gut durchdachte, sichere Geräte. Mit keramischen Heizstäben kann man sogar mit metallischen Bestecken im Röstraum herumfuhrwerken, ohne einen elektrischen Schlag zu bekommen. Bei unsachgemäßem Gebrauch bleibt die Gefährdung durch Wärme, aber dagegen würde auch Kleinspannung nicht helfen.

Gruß
Wolfgang

Hallo,
uebliche Toaster haben eine Leistung von 900 Watt. (mit Unterschieden)
Zum Toasten brauchst Du also 900 Watt bei jeder Spannung. Wirkungsgrad vom Trafo lasse ich mal weg.
900 Watt sind 9 Ampere bei 100 Volt oder 90A bei 10V oder Kleinspannung 40V eben 22 Ampere, an der Sekundärseite des Trafos und in der Heizwicklung.
Du kannst noch mehrere Sekundärwicklungen und mehrere Heizdrähte kombinieren, die genannte Summe bleibt.
Solche Trafos sind sicherlich herstellbar, Trafofirmen wickeln jede Kombination fuer Sonderpreise.
Gruss Helmut

Hier soll die Spannung im Gerät nicht die Berührungsspannung überschreiten.

Wäre auch mit einem Trenntrafo machbar.

Den Ansatz hätte ich auch gewählt.

Aber da es sich um „einen speziellen Toaster“ ohne weitere Angaben handelt, kann man keine seriösen Antworten geben. Ist mit „speziell“ vielleicht ein Toaster für eine Puppenküche gemeint? Dafür reicht vielleicht eine Heizleistung von 50 W.

Was ist so schlimm am Berührungsschutz? Die Heizelemente müssen doch sowieso wegen der Hitze gegen direktes Berühren geschützt werden. Oder sollen die kalt bleiben und Brot (oder sonstwas „spezielles“) trotzdem toasten?

Bernhard

Hallo zusammen, 

ich bedanke mich erst einmal für die zahlreichen Antworten.

Dieses Projekt ist meine Bachelorarbeit im Studiengang Maschinenbau - Konstruktion.
Ich bearbeite die Bachelorarbeit direkt an der Hochschule und werde von einem Professor betreut.

Bisher hatte er mir die folgenden Festforderungen gestellt:

• Stückzahl: 100
• Zum heizen soll keine Netzspannung verwendet werden, diese soll runter transformiert werden, um einerseits wohl Energie zu sparen (wobei ich meine, dass bei jeder Spannungssenkung eine Senkung des Gesamtwirkungsgrades folgt), andererseits möchte der Professor Kosten an Prüfungen (VDE, TÜV, etc.) sparen
• Er hätte außerdem gerne keine üblichen Widerstandsheizungen, sondern etwas effizienteres
• Der Gesamtentwurf soll aufgrund der geringen Stückzahl so kostengünstig wie möglich sein
• Das Gewicht des Toasters soll auf ein minimum reduziert werden

Dieser spezielle Toaster hat bereits einen Vorgänger, der von meinem Professor patentiert ist.
Er hat allerdings einige Nachteile, die behoben werden sollen.
Der Vorgänger hat zwei Widerstandsheizungen, die spiralförmig in einem Stahlgehäuse montiert sind. Diese sind werden direkt mit der Netzspannung versorgt. Dieses hätte ich auch beibehalten, wenn der Professor das zulassen würde. Die zu toastenden Lebensmittel werden an einer Halterung befestigt und über einen Motor um ihre eigene Achse gedreht. Ein zweiter Motor fährt die Halterung in die Heizer rein und wieder raus.
Gesteuert wird das ganze über einen Mikrocontroller.

Im Endeffekt wird das Gehäuse nach einer Stunde Dauerbetrieb so warm, dass man ein Spiegelei darauf braten könnte. Der Toaster wiegt 10 kg und ist noch zu teuer.

Das Gleichrichten würde ich direkt am Netzteil vorsehen, da alle Komponenten, bis auf die Heizer darauf angewiesen sind. Transformieren muss ich die Spannung wegen dem Mikrocontroller und der Motoren auch.

Bisher haben mir alle Experten davon abgeraten die Spannung vor Eintritt ins Gehäuse zu transformieren, aber mein Professor war nicht sehr überzeugt.

Gruß 
Sergs

neue Aufgabe
Hallo,
das ist ja deutlich mehr Hintergrund.
Zuerst lerne ich, auf welchem Wissensstad Du bist, das ohmsche Gesetz sollte folglich klar sein.
Das Wort Toaster hat eine andere Bedeutung bekommen, es geht nicht um Toastbrote. Bei denen gibt es auch keinen Dauerbetrieb.
.
Wenn das Muster derzeit zu heiss wird, kann man -generell- die Heizung naeher an das Grillgut bringen, die Zeit verkuerzen oder die Waermeisolierung aendern.
Zeit - kein Dauerbetrieb
naeher - kenne die Bauform nicht
vielleicht auch gerichtet
Waermeisolierung - innen immer heiss, mehrere Schichten von Gehaeuse
.
Mit der Frage eingangs nach Spannung hat das alles nichts zu tun. Genaugenommen muesste man nicht die Spannung aendern, sondern die Leistung.
.
Der Trafo koennte aussen bleiben, jedenfalls ausserhalb des funktionierenden Geraetes, vielleicht aussen angeschraubt.
Die Heizung braucht keinen Gleichstrom.
Die Heizung braucht keine kleine Spannung, der ganze Trafoteil dafuer kann gewichtssparend entfallen.
Ein kleines Netzgeraet fuer den Microcontroller sollte reichen.
Wie beschrieben, aussen angeflanscht oder grad so im Gehaeuse innen an der Aussenwand. Netzgeraet kann man fertig kaufen.
Gruss Helmut

Hi, vielleicht kennt der Prof. keinen (geerdeten) Plattengrill,
da kann man mit der Gabel oder Messer nicht drin herumstochern.
Ja und man kann auch Kochplatten, Griller etc.mit unter 60V DC bauen.
Wo sollte das Problem sein 20-30A zu schalten?,

mit entsprechenden Anschlußkabeln und Steckverbindern sicher einfachst zu lösen.
Ja und damit das Gehäuse nicht zu warm wird; das sollte doch Unterstufe Physik vermittelt haben.
Nicht einmal für Solar Inselbetrieb macht so etwas Sinn, da jeder vernünftige Wechselrichter weniger Verlustleistung hat, als eine Anschlussleitung (in vernünftiger Dimension)
OL

MOin moin,

• Stückzahl: 100
• Zum heizen soll keine Netzspannung verwendet werden, diese
soll runter transformiert werden, um einerseits wohl Energie
zu sparen (wobei ich meine, dass bei jeder Spannungssenkung
eine Senkung des Gesamtwirkungsgrades folgt), andererseits
möchte der Professor Kosten an Prüfungen (VDE, TÜV, etc.)
sparen

und warum suchst du dann Netzteile?
bau die ganze Geschichte doch auf 48VDC Basis mit einer Gerätesteckvorrichtung für 32A…dann kannst du schon mal deine Heizung bis ca.1500Watt puschen

guckst du
http://www.mercateo.com/p/527-422127/Bals_Elektrotec…

• Er hätte außerdem gerne keine üblichen Widerstandsheizungen,
sondern etwas effizienteres

also Halogen-Heizstäbe?
…keine Ahnung ob es sowas in 48V Ausführung gibt

• Der Gesamtentwurf soll aufgrund der geringen Stückzahl so
kostengünstig wie möglich sein

schwierig

• Das Gewicht des Toasters soll auf ein minimum reduziert
werden

mit Asbestfaser als Isoliermaterial…

Dieser spezielle Toaster hat bereits einen Vorgänger, der von
meinem Professor patentiert ist.
Er hat allerdings einige Nachteile, die behoben werden sollen.
Der Vorgänger hat zwei Widerstandsheizungen, die spiralförmig
in einem Stahlgehäuse montiert sind. Diese sind werden direkt
mit der Netzspannung versorgt. Dieses hätte ich auch
beibehalten, wenn der Professor das zulassen würde. Die zu
toastenden Lebensmittel werden an einer Halterung befestigt
und über einen Motor um ihre eigene Achse gedreht. Ein zweiter
Motor fährt die Halterung in die Heizer rein und wieder raus.
Gesteuert wird das ganze über einen Mikrocontroller.

ahh…also ein Drehgrill…ungefähr so etwas hier:

http://www.ebay.de/itm/DDR-acosta-AKA-ELECTRIC-Tisch…

Im Endeffekt wird das Gehäuse nach einer Stunde Dauerbetrieb
so warm, dass man ein Spiegelei darauf braten könnte. Der

Toaster wiegt 10 kg und ist noch zu teuer.

nunja…irgendwo muss die Abwärme ja hin

Das Gleichrichten würde ich direkt am Netzteil vorsehen, da
alle Komponenten,

langsam…ich denke er soll nicht mit Netzspannung betrieben werden?..also warum machst du dir Gedanken über ein Netzteil? Du brauchst doch nur einen DC/DC-Wandler um die Spannung für die Elektronik zu erzeugen

http://www.voelkner.de/products/51395/DC-DC-Wandler-…

bis auf die Heizer darauf angewiesen sind.
Transformieren muss ich die Spannung wegen dem Mikrocontroller
und der Motoren auch.

eben

Bisher haben mir alle Experten davon abgeraten die Spannung
vor Eintritt ins Gehäuse zu transformieren, aber mein
Professor war nicht sehr überzeugt.

wenn er denn doch kein 230V Gerät haben will…dann führ die Spannung extern zu…
Die Bereitstellung der externen Spannung ist ja, denke ich, ja nicht deine Aufgabe…

Gruß Angus

Dann soll er doch ein Schweißtrafo kaufen der hat zirca 30-60Volt Niederspannung am Ausgang und von 60 -150 Ampere

*lol*

Dann soll er doch ein Schweißtrafo kaufen der hat zirca
30-60Volt Niederspannung am Ausgang und von 60 -150 Ampere

Aber bitte einer mit Rollen.
Damit man dieses praktische Gerät auch zum Niedervolt- Bügeleisen, zum Niedervolt- Herd und zur Niedervolt- Waschmaschine ziehen kann.
Parken kann man ja das Gerät beim Niedervolt- Boiler.

*lol*+
Man könnte den Schweißtrafo auch zentral im Haus installieren und ein Niedervolt- Netz aufbauen. Dann baucht man keine Steckdosen mehr. Die Anschlusskabel werden einfach mit Schraubzwingen an der Stromschiene befestigt.

Ich verstehe die Aufgabe nicht…
…es klingt für mich so wie: Versuchen Sie die Tropfenform aerodynamisch zu verbessern.

Der konventionelle Toaster ist das Optimum an Gewicht, Wirkungsgrad und Produktionskosten. Was soll man da noch verbessern?

Man könnte den Schweißtrafo auch zentral im Haus installieren
und ein Niedervolt- Netz aufbauen. Dann baucht man keine
Steckdosen mehr. Die Anschlusskabel werden einfach mit
Schraubzwingen an der Stromschiene befestigt.

Dann brauchst Du aber " +" und " -"-Schraubzwingen!

Stückzahl: 100

99 mehr als notwendig. Das Gerät will keiner.

Zum heizen soll keine Netzspannung verwendet werden, diese soll runter transformiert werden, um einerseits wohl Energie zu sparen

Energie sparen, wie bitte?

(wobei ich meine, dass bei jeder Spannungssenkung eine Senkung des Gesamtwirkungsgrades folgt),

Wie bitte? Bisher dachte ich ein Heizungsdraht hat einen Wirkungsgrad von 99%

andererseits möchte der Professor Kosten an Prüfungen (VDE, TÜV, etc.) sparen

Kosten sparen um jeden Preis :stuck_out_tongue:

Er hätte außerdem gerne keine üblichen Widerstandsheizungen, sondern etwas effizienteres

Das gäbe es nur mehr noch die Wärmeübertragung per Strahlung. Die Masse der Heizdrähte ist im Vergleich zum Toast aber verschwindend gering, so dass der Aufwand in keinem Verhältnis zum Nutzen steht…

Der Gesamtentwurf soll aufgrund der geringen Stückzahl so kostengünstig wie möglich sein

Die Betonung liegt auf „wie möglich“

Das Gewicht des Toasters soll auf ein minimum reduziert werden

Auf das Minimum des Möglichen, bei dieser Konstruktion.

Dieser spezielle Toaster hat bereits einen Vorgänger, der von meinem Professor patentiert ist.

Auch erfolgreich vermarktet?

Er hat allerdings einige Nachteile, die behoben werden sollen. Der Vorgänger hat zwei Widerstandsheizungen, die spiralförmig in einem Stahlgehäuse montiert sind. Diese sind werden direkt mit der Netzspannung versorgt.

Ein klassischer Toaster halt.

Dieses hätte ich auch beibehalten, wenn der Professor das zulassen würde.

Wer das unmögliche verlangt, der muss es selber tun.

Die zu toastenden Lebensmittel werden an einer Halterung befestigt und über einen Motor um ihre eigene Achse gedreht. Ein zweiter Motor fährt die Halterung in die Heizer rein und wieder raus. Gesteuert wird das ganze über einen Mikrocontroller.

Nette Spielerei ohne praktischen Nutzen.

Im Endeffekt wird das Gehäuse nach einer Stunde Dauerbetrieb so warm, dass man ein Spiegelei darauf braten könnte.

Stimmt wohl noch nicht ganz der Wirkungsgrad :stuck_out_tongue:

Der Toaster wiegt 10 kg und ist noch zu teuer.

Mit Titan könnte man ihn bestimmt um 50% leichter bauen.

Das Gleichrichten würde ich direkt am Netzteil vorsehen, da alle Komponenten, bis auf die Heizer darauf angewiesen sind. Transformieren muss ich die Spannung wegen dem Mikrocontroller und der Motoren auch.

Halt die Aggregate, die ein normaler Toaster nicht braucht.

Bisher haben mir alle Experten davon abgeraten die Spannung vor Eintritt ins Gehäuse zu transformieren, aber mein Professor war nicht sehr überzeugt.

Der Transformator hat dann auch noch einmal 10% Leistungsverlust. Im heißen Gehäuse wird wohl der Lack der Trafowicklungen schmelzen.

Entschuldigung…
…das ganze ist für mich so weltfremd wie ein Perpetuum Mobile.
Dein Professor hat sich in seiner Genialität ordentlich verrannt.
Es gibt nun mal Dinge, die man nicht mehr optimieren kann.

Würde Dir raten, ein anderes Projekt in Angriff zu nehmen.

Hallo Groldi,

um mal Klartext zu schreiben:

Es handelt sich um einen Marshmellow-Toaster, die Drehung der Marshmellows erfolgt, um ein Abtropfen von Fetten zu vermeiden.
Der zweite Motor zum Rein- und Rausfahren ist allerdings eine Spielerei, das sehe ich auch so.

Vermarktet wurde das aktuelle Modell, soweit ich weiß, schon, allerdings wurden davon erst
zwei Prototypen hergestellt.