DE102006036551A1

DE102006036551A1 - Magnetsensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102006036551A1
Application number: DE200610036551
Authority: DE
Inventors: Hartmut Baumann
Original assignee: ZF Electronics GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2008-02-07

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetsensorvorrichtung zur Erfassung des Schließzustands einer Tür eines Geräts aus dem Bereich Weiße-Ware, aufweisend eine Erfassungseinheit, die einen Magneten zur Erzeugung eines Magnetfelds und einen Hallsensor zur Erzeugung eines Ausgangsstroms in Abhängigkeit des vom Magneten erzeugten Magnetfelds aufweist, und eine Auswerteeinheit zur Bestimmung anhand des Ausgangsstroms, ob ein geschlossener Zustand der Tür, ein geöffneter Zustand der Tür, eine Unterbrechung im Schaltkreis der Magnetsensorvorrichtung oder ein Kurzschluss im Schaltkreis der Magnetsensorvorrichtung vorliegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetsensorvorrichtung zur Erfassung des Schließzustands einer Tür eines Geräts aus dem Bereich Weiße-Ware.
Bei Geräten aus dem Bereich Weiße-Ware, wie beispielsweise Geschirrspülern, wurden früher zur Erfassung des Schließzustands von Türen der Geräte Mikroschalter eingesetzt, welche direkt in den 230V Stromkreis der Geräte integriert wurden. Der Einbau eines Mikroschalters erfordert jedoch einen Durchbruch im Gehäuse des Geräts. Um die Notwendigkeit eines Durchbruchs zu umgehen und weitere Nachteile von Mikroschaltern, wie zum Beispiel eine Beeinträchtigung ihrer Funktionstüchtigkeit durch Verschmutzung, zu überwinden, wurden berührungslose Schalter entwickelt. Besonders zu nennen sind hierbei Reed-Schalter, welche durch einen im Gerät verbauten Magneten betätigt werden. Für den Einsatz von Reed-Schaltern in sicherheitsrelevanten Einsatzgebieten schreibt DIN EN 60335-1 jedoch vor, dass die Reed-Schalter doppelt ausgeführt sein müssen, um somit auch mögliche Fehlerzustände der Reed-Schalter erfassen zu können. Ein sicherheitsrelevantes Einsatzgebiet liegt beispielsweise bei der Erfassung des Schließzustands der Tür eines Geschirrspülers vor. Wenn die Tür des Geschirrspülers während des Betriebs von einer Person geöffnet wird, kann die Person durch austretendes, heißes Spülwasser geschädigt werden. Um einer möglichen Schädigung der Person vorzubeugen, muss der Schließzustand der Tür des Geschirrspülers einwandfrei feststellbar sein, so dass bei einer Öffnung der Tür des Geschirrspülers während des Betriebs die Spülwasserpumpe des Geschirrspülers rechtzeitig ausschaltbar ist. Neben der vorgeschriebenen doppelten Ausführung in sicherheitsrelevanten Einsatzgebieten besitzen Reed-Schalter weiterhin den Nachteil, dass sie unter bestimmten Umständen in einem Zustand verharren können und eine Änderung der zu erfassenden Größe nicht mehr detektieren.
Aufgrund des enormen Kostendrucks bei Geräten aus dem Bereich Weiße-Ware besteht bei deren Entwicklung und Herstellung die Notwendigkeit zur ständigen Kostenreduzierung, wobei jedoch die Gebrauchsfähigkeit und Funktionssicherheit erhalten bleiben oder sogar verbessert werden soll. Kosteneinsparungen bei Geräten aus dem Bereich Weiße-Ware sind unter anderem durch die Verwendung von Vorrichtungen, die mit weniger und/oder billigeren Bauteilen auskommen, zu erreichen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erfassung des Schließzustands einer Tür eines Geräts aus dem Bereich Weiße-Ware zur Verfügung zu stellen, die im Vergleich zu einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik zur Erfassung des Schließzustands einer Tür eines Geräts aus dem Bereich Weiße-Ware kostengünstiger und Bauraum sparender ist und gleichzeitig verbesserte Eigenschaften bezüglich der Zuverlässigkeit besitzt.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Magnetsensorvorrichtung gelöst.
Eine erfindungsgemäße Magnetsensorvorrichtung zur Erfassung des Schließzustands einer Tür eines Geräts aus dem Bereich Weiße-Ware weist eine Erfassungseinheit, die einen Magneten zur Erzeugung eines Magnetfelds und einen Hallsensor zur Erzeugung eines Ausgangsstroms in Abhängigkeit des vom Magneten erzeugten Magnetfelds aufweist, und eine Auswerteeinheit zur Bestimmung anhand des Ausgangsstroms ob ein geschlossener Zustand der Tür, ein geöffneter Zustand der Tür, eine Unterbrechung im Schaltkreis der Magnetsensorvorrichtung oder ein Kurzschluss im Schaltkreis der Magnetsensorvorrichtung vorliegt, auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung sind der Magnet und der Hallsensor relativ zueinander mittels einer Bewegung der Tür des Geräts bewegbar angeordnet.
Vorzugsweise sind in dieser Ausführungsform der Hallsensor an der Tür des Geräts und der Magnet in einer Anlagefläche der Tür am Gehäuse des Geräts angeordnet. Eine umgekehrte Anordnung von Magnet und Hallsensor ist ebenfalls möglich. Im geschlossenen Zustand der Tür des Geräts sind der Magnet und der Hallsensor nebeneinander positioniert, so dass der Hallsensor das vom Magneten erzeugte Magnetfeld erfasst und einen ersten Ausgangsstrom erzeugt. Durch ein Öffnen der Tür des Geräts entfernen sich Magnet und Hallsensor voneinander, so dass der Hallsensor das vom Magneten erzeugte Magnetfeld nicht mehr erfasst und einen zweiten Ausgangsstrom erzeugt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung weist die Erfassungseinheit ferner ein Stellglied zur Abdeckung des vom Magneten erzeugten Magnetfelds durch Einführen des Stellglieds in einen Raum zwischen dem Magneten und dem Hallsensor auf, wobei das Stellglied einerseits und der Magnet sowie der Hallsensor andererseits relativ zueinander mittels einer Bewegung der Tür des Geräts bewegbar angeordnet sind.
Vorzugsweise sind in der weiteren bevorzugten Ausführungsform der Hallsensor und der Magnet unbewegbar, nebeneinander am Gehäuse des Geräts angeordnet. Zwischen dem Magneten und dem Hallsensor besteht ein Raum, in den das Stellglied einführbar ist.
Das Stellglied, das bevorzugterweise eine schmale, zungenförmige Gestalt aufweist und aus einem magnetisierbaren Material besteht, ist vorzugsweise bewegbar mit der Tür des Geräts verbunden.
Alternativ können der Magnet und der Hallsensor nebeneinander an der Tür des Geräts angeordnet sein, wobei das Stellglied dann unbewegbar an dem Gehäuse des Geräts angebracht ist.
In beiden Alternativen ist das Stellglied im geschlossenen Zustand der Tür des Geräts in den Raum zwischen dem Magneten und dem Hallsensor eingeführt. Beim Öffnen der Tür des Geräts wird das Stellglied aus dem Raum zwischen dem Magneten und dem Hallsensor herausgeführt.
Wenn das Stellglied in den Raum zwischen dem Magneten und dem Hallsensor eingeführt ist, deckt es den Magneten ab, so dass der Hallsensor das vom Magneten erzeugte Magnetfeld nicht erfasst und den zweiten Ausgangsstrom erzeugt. Ist das Stellglied nicht in den Raum zwischen dem Magneten und dem Hallsensor eingeführt, wird der Magnet von dem Stellglied nicht abgedeckt und der Hallsensor erfasst das vom Magneten erzeugte Magnetfeld und erzeugt den ersten Ausgangsstrom.
Je nach Ausführungsform des Hallsensors kann der Wert des ersten Ausgangsstroms größer oder kleiner als der Wert des zweiten Ausgangsstroms sein. Der Wert des ersten Ausgangsstroms und der Wert des zweiten Ausgangsstroms unterscheiden sich durch einen ausreichend großen Werteabstand, so dass sie eindeutig unterscheidbar sind.
Liegt eine Unterbrechung im Schaltkreis einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung vor, ist der Wert des Ausgangsstroms des Hallsensors null oder kleiner als der Wert des ersten Ausgangsstroms und kleiner als der Wert des zweiten Ausgangsstroms.
Bei einem Kurzschluss im Schaltkreis einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung ist der Wert des Ausgangsstroms des Hallsensors größer als der Wert des ersten Ausgangsstroms und größer als der Wert des zweiten Ausgangsstroms.
Die Auswerteeinheit bestimmt anhand des Werts des Ausgangsstroms des Hallsensors, ob ein geschlossener Zustand der Tür, ein geöffneter Zustand der Tür, eine Unterbrechung im Schaltkreis einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung oder ein Kurzschluss im Schaltkreis einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung vorliegt. Bevorzugterweise ist die Auswerteeinheit in eine Steuer- und/oder Kontrolleinheit des Geräts, die die Informationen der Auswerteeinheit zur Steuerung des Geräts nutzt, integriert. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise als logische Schaltung oder programmgesteuerter Mikroprozessor ausgeführt sein.
Vorzugsweise ist der Hallsensor ein unipolarer Zwei-Draht-Hallsensor, wie beispielsweise ein Hallsensor der Serien A114x des Herstellers Allegro MicroSystems Inc.
Der Magnet ist vorzugsweise ein Permanentmagnet, wobei der Magnet und der Hallsensor aufeinander abgestimmt sind, so dass eine Beeinflussung des Hallsensors durch fremde Magnetfelder nahezu vollständig ausschließbar ist.
Die Magnetsensorvorrichtung weist vorzugsweise einen Kondensator auf. Der Kondensator bewirkt unter anderem eine präzisere Ausprägung der Schaltflanke des Hallsensors und verringert externes sowie durch Choppern der Hallplättchen entstandenes Rauschen. Weiterhin dient der Kondensator zur Energieversorgung bei Programmiervorgängen und dazu, den Hallsensor vor Störimpulsen zu schützen.
Eine erfindungsgemäße Magnetsensorvorrichtung kann beispielsweise zur Erfassung des Schließzustands einer Tür eines Geschirrspülers verwendet werden.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung im Folgenden eingehend erläutert.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung der Anordnung eines Magneten (3) und eines Hallsensors (4) einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung an einem Gerät,
2 einen elektrischen Schaltkreis einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung,
3 einen elektrischen Schaltkreis einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik mit zwei Reed-Schaltern (8),
4 eine Veranschaulichung der von der Auswerteeinheit (6) der bevorzugten Ausführungsform gemäß 2 einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung anhand des Werts des Ausgangsstroms des Hallsensors (4) bestimmten Zustände.
Aus der Darstellung gemäß 1 ist eine schematische Darstellung der Anordnung eines Magneten (3) und eines Hallsensors (4) einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung an einem Gerät, wie beispielsweise einem Geschirrspüler, ersichtlich. Die Darstellung gemäß 1 zeigt in der rechten Abbildung das Gerät mit einem Gehäuse (1), das nur teilweise dargestellt ist, und einer Tür (2), die sich in einem geschlossenen Zustand befindet. In einem unteren Bereich des Geräts ist an dem Gehäuse (1) der Magnet (3) angeordnet. Rechts neben dem Magneten (3) ist an der Tür (2) der Hallsensor (4) angeordnet, so dass der Hallsensor (4) im geschlossenen Zustand der Tür (2) das von dem Magneten (3) erzeugte Magnetfeld erfasst und einen ersten Ausgangsstrom erzeugt. Die linke Abbildung der Darstellung gemäß 1 zeigt das Gerät mit teilweise geöffneter Tür (2). Bei geöffnetem Zustand der Tür (2) ist der Hallsensor (4) nicht neben dem Magneten (3) positioniert, so dass der Hallsensor (4) das vom Magneten (3) erzeugte Magnetfeld nicht erfasst und einen zweiten Ausgangsstrom erzeugt.
Aus der Darstellung gemäß 2 ist ein elektrischer Schaltkreis einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung ersichtlich. Links zeigt die Abbildung gemäß 2 eine Spannungsquelle (U) zur Versorgung des Schaltkreises der erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung mit Energie. Parallel zu der Spannungsquelle (U) sind ein Zwei-Draht-Hallsensor (4) und ein Kondensator (5) geschaltet. Der Kondensator (5) bewirkt unter anderem eine präzisere Ausprägung der Schaltflanke des Zwei-Draht-Hallsensors (4) und verringert externes sowie durch Choppern der Hallplättchen entstandenes Rauschen. Weiterhin dient der Kondensator (5) zur Energieversorgung bei Programmiervorgängen und dazu, den Zwei-Draht-Hallsensor (4) vor Störimpulsen zu schützen. Rechts zeigt die Darstellung gemäß 2 eine Auswerteeinheit (6), die in der Abbildung gemäß 2 durch einen Kasten, dargestellt ist. Die Auswerteeinheit (6) kann beispielsweise eine logische Schaltung oder ein programmgesteuerter Mikroprozessor sein. Eingabedaten der Auswerteeinheit (6) sind die Werte des Ausgangsstroms des Zwei-Draht-Hallsensors (4). Anstelle von Stromstärkewerten können auch Stromspannungswerte als Eingabedaten für die Auswerteeinheit (6) dienen. Dazu wird am Widerstand (7) eine zum Ausgangsstrom des Zwei-Draht-Hallsensors (4) proportionale Spannung abgegriffen. Anhand des Werts des Ausgangsstroms des Zwei-Draht-Hallsensors (4) oder der entsprechenden Spannung bestimmt die Auswerteeinheit (6), ob ein erster Ausgangsstrom des Zwei-Draht-Hallsensors (4), ein zweiter Ausgangsstrom des Zwei-Draht-Hallsensors (4), eine Unterbrechung im Schaltkreis der erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung oder ein Kurzschluss im Schaltkreis der erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung vorliegt. In der Abbildung gemäß 2 ist die Auswerteeinheit (6) ohne Datenausgänge dargestellt. Dies soll andeuten, dass die Auswerteeinheit (6) bevorzugterweise in eine Steuer- und/oder Kontrolleinheit, die den Datenausgang der Auswerteeinheit (6) zur Steuerung eines Geräts nutzt, integriert ist.
Aus der Darstellung gemäß 3 ist ein elektrischer Schaltkreis einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik zur Erfassung des Schließzustands einer Tür eines Geräts aus dem Bereich Weiße-Ware für den Gebrauch in sicherheitsrelevanten Einsatzgebieten ersichtlich. Ein Vergleich mit der Darstellung gemäß 2 zeigt, dass die Vorrichtung nach dem Stand der Technik an Stelle des Zwei-Draht-Hallsensors (4) und des Kondensators (5) der bevorzugten Ausführungsform gemäß 2 einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung zwei Reed-Schalter (8) und drei Widerstände (7) benötigt. Die Vorrichtung nach dem Stand der Technik erfordert somit mehr Bauteile, deren elektrische Verbindung zudem aufwendiger ist.
Die Darstellung gemäß 4 veranschaulicht die von der Auswerteeinheit (6) der bevorzugten Ausführungsform gemäß 2 einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung anhand des Werts des Ausgangsstroms des Zwei-Draht-Hallsensors (4) bestimmten Zustände. Für die drei in der Abbildung gemäß 4 unterschiedenen Fälle ist jeweils links der Schaltkreis der bevorzugten Ausführungsform gemäß 2 einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung und rechts der zugehörige Wert des Ausgangsstroms des Zwei-Draht-Hallsensors (4) dargestellt. Dabei sind in der rechten Darstellung des Werts des Ausgangsstroms des Zwei-Draht-Hallsensors (4) immer alle vier möglichen Werte durch horizontale Linien wiedergegeben, wobei der zur jeweiligen linken Darstellung des Schaltkreises gehörige Wert durch eine durchgezogene Linie und die restlichen Werte durch eine gestrichelte Linie dargestellt sind. Lediglich im ersten Fall, wiedergegeben in den beiden obersten Teilabbildungen, sind zwei Werte des Ausgangsstroms des Zwei-Draht-Hallsensors (4) mittels durchgezogener Linien der linken Darstellung des Schaltkreises zugeordnet. Der erste Fall stellt einen fehlerfreien Betriebszustand der erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung dar und die beiden alternativ auftretenden Werte des Ausgangsstroms des Zwei-Draht-Hallsensors (4) entsprechen einem ersten Ausgangsstrom (I₁), wenn der Zwei-Draht-Hallsensors (4) ein von einem Magneten erzeugtes Magnetfeld erfasst, und einem zweiten Ausgangsstrom (I₂), wenn der Zwei-Draht-Hallsensors (4) das von dem Magneten erzeugte Magnetfeld nicht erfasst. In der Darstellung gemäß 4 ist der Wert des ersten Ausgangsstroms (I₁) kleiner als der Wert des zweiten Ausgangsstroms (I₂). Dies ist abhängig von der jeweiligen Ausführungsform des Zwei-Draht-Hallsensors (4), so dass der Wert des ersten Ausgangsstroms (I₁) auch größer als der Wert des zweiten Ausgangsstroms (I₂) sein kann. In der Darstellung gemäß 4 wären dann die beiden Werte I₁ und I₂ vertauscht. Der zweite Fall, wiedergegeben in den beiden mittleren Teilabbildungen, stellt den Zustand dar, wenn ein Kurzschluss (K) im Schaltkreis der erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung vorliegt. In diesem Fall entspricht der Wert des Ausgangsstroms des Zwei-Draht-Hallsensors (4) einem maximalen Wert (I_max), der größer als beide Werte I₁ und I₂ ist. Der dritte Fall, wiedergegeben in den beiden untersten Teilabbildungen, stellt den Zustand dar, wenn eine Unterbrechung (UB) im Schaltkreis der erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung vorliegt. Der Wert des Ausgangsstroms des Zwei-Draht-Hallsensors (4) entspricht in diesem Fall dem Wert Null (I₀). Für die Auswerteeinheit (6) ist der Wert I₀ gleichbedeutend mit einem Kurzschluss (K) unmittelbar am Widerstand (7).
Eine erfindungsgemäße Magnetsensorvorrichtung erfordert im Vergleich zu einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik zur Erfassung des Schließzustands einer Tür eines Geräts aus dem Bereich Weiße-Ware weniger Bauteile. Während zum Beispiel eine Reed-Schalter-Vorrichtung, wie in der Darstellung gemäß 3 gezeigt, für den Gebrauch in sicherheitsrelevanten Einsatzgebieten zwei Reed-Schalter und drei Widerstände benötigt, sind für eine erfindungsgemäße Magnetsensorvorrichtung lediglich ein Zwei-Draht-Hallsensor und ein Kondensator notwendig. Weiterhin ist ein Hallsensor zuverlässiger als ein Reed-Schalter, da ein Hallsensor ein aktives Bauteil ist und somit nicht in einem Zustand verharren kann.
Durch die erfindungsgemäße Erfassung eines Kurzschlusses im Schaltkreis einer erfindungsgemäßen Magnetsensorvorrichtung ist es möglich, einen einzigen Hallsensor zur Erfassung des Schließzustands einer Tür in einem sicherheitsrelevanten Einsatzgebiet einzusetzen.
Eine erfindungsgemäße Magnetsensorvorrichtung ist somit im Vergleich zu einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik kostengünstiger sowie Bauraum sparender und besitzt gleichzeitig verbesserte Eigenschaften bezüglich der Zuverlässigkeit.

1: Gehäuse des Geräts
2: Tür des Geräts
3: Magnet
4: Hallsensor
5: Kondensator
6: Auswerteeinheit
7: Widerstand
8: Reed-Schalter
I: Stromstärke
I₀: Stromstärke I = 0
I₁: Stromstärke I entspricht dem Wert des ersten Ausgangsstroms des Hallsensors
I₂: Stromstärke I entspricht dem Wert des zweiten Ausgangsstroms des Hallsensors
I_max: Stromstärke I entspricht dem maximalen Wert
K: Kurzschluss im Schaltkreis
U: Spannungsquelle
UB: Unterbrechung im Schaltkreis

Claims

Magnetsensorvorrichtung zur Erfassung des Schließzustands einer Tür (2) eines Geräts aus dem Bereich Weiße-Ware, aufweisend eine Erfassungseinheit, die einen Magneten (3) zur Erzeugung eines Magnetfelds und einen Hallsensor (4) zur Erzeugung eines Ausgangsstroms in Abhängigkeit des vom Magneten (3) erzeugten Magnetfelds aufweist, und eine Auswerteeinheit (6) zur Bestimmung anhand des Ausgangsstroms ob ein geschlossener Zustand der Tür (2), ein geöffneter Zustand der Tür (2), eine Unterbrechung im Schaltkreis der Magnetsensorvorrichtung oder ein Kurzschluss im Schaltkreis der Magnetsensorvorrichtung vorliegt.
Magnetsensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Magnet (3) und der Hallsensor (4) relativ zueinander mittels einer Bewegung der Tür (2) des Geräts bewegbar angeordnet sind.
Magnetsensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinheit ferner ein Stellglied zur Abdeckung des vom Magneten (3) erzeugten Magnetfelds durch Einführen des Stellglieds in einen Raum zwischen dem Magneten (3) und dem Hallsensor (4) aufweist und wobei das Stellglied einerseits und der Magnet (3) sowie der Hallsensor (4) andererseits relativ zueinander mittels einer Bewegung der Tür (2) des Geräts bewegbar angeordnet sind.
Magnetsensorvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hallsensor (4) ein unipolarer Zwei-Draht-Hallsensor ist.
Magnetsensorvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetsensorvorrichtung einen Kondensator (5) aufweist.
Magnetsensorvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (6) in eine Steuereinheit des Geräts integriert ist.
Verwendung einer Magnetsensorvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Erfassung des Schließzustands einer Tür (2) eines Geschirrspülers.