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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät mit einer ansteuerbaren
Schutzeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Geräte
mit einer gefährdenden Einrichtung sind zur Vermeidung
von unsachgemäßem Gebrauch mit einer Schutzeinrichtung
versehen, die bevorzugt elektrisch ansteuerbar ist. Bei einem Gerät mit
einer gefährdenden Einrichtung kann es sich beispielsweise
um ein Wäschebehandlungsgerät handeln. Beim Betrieb
von Wäschebehandlungsgeräten, insbesondere von
Waschmaschinen, muss sichergestellt werden, dass die Tür
zum Bestücken des Geräts nur dann geöffnet
werden kann, wenn dies ohne Schaden für den Benutzer möglich
ist. Eine Türöffnung muss beispielsweise verhindert
werden, wenn sich (heißes) Wasser in der Trommel befindet
oder wenn sich die Trommel mit mehr als etwa 60 U/min dreht.
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Ein
klassisches Element, das zur Verriegelung der Maschinentür
eingesetzt wird, ist zum Beispiel aus einem Bimetall gebildet, das über
eine PTC-Pille aufgeheizt wird, einen Verriegelungsnocken treibt
und gleichzeitig, wenn die Verriegelung erfolgreich ist, einen Kontakt
schließt. Über diesen Kontakt, d. h. erst mit
der sicheren Verriegelung der Tür, wird den Leistungselementen
der Maschine Energie zugeführt. Ein solches Türverriegelungselement
ist zum Beispiel in der
GB-A-2,128,283 anschaulich
beschrieben. Wird dieses Türverriegelungselement abgeschaltet,
gibt es die Tür durch die thermische Zeitkonstante des
Bimetalls und der PTC-Pille erst nach Ablauf einer gewissen Verzögerungszeit
frei.
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Weiter
ist zum Beispiel aus der
EP
0 702 103 A1 ein Wäschebehandlungsgerät
bekannt, bei dem das Türverriegelungselement und der Antriebsmotor über
einen gemeinsamen Schalter (z. B. einen Triac) angesteuert werden.
Durch eine solche Schaltungsanordnung liegt in jedem Fall Spannung
am Türverriegelungselement, wenn der Antriebsmotor gewollt oder
ungewollt eingeschaltet ist, d. h. die Türverriegelung
kann nicht aufgehoben werden, wenn der Motor angesteuert ist.
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Bei
einer weiteren Art von Türverriegelung verriegelt sich
die Tür beim Schließen entweder selbständig
mechanisch oder wird durch einen Ansteuerimpuls aktiv verriegelt.
Die Verriegelung kann mit einem Magneten des Türverriegelungselements
ohne Eigenverzögerung durch Ansteuerung mit kurzen Impulsen
deaktiviert oder aktiv geöffnet werden, um die Beladungstür
der Waschmaschine zu entriegeln. Solche Türverriegelungen
werden meistens alleine über Schalter von der Elektronik
gesteuert, weil dies eine größere Freiheit in
der Programmgestaltung der Wäschebehandlung ergibt. Bei
einem Kurzschluss des Ansteuerschalters wäre die Tür
jedoch dauernd entriegelt. Um Sicherheit gegen unerlaubtes Öffnen
der Tür zu erhalten, ist es z. B. Stand der Technik, zwei in
Serie liegende unabhängige Ansteuerkreise zu nutzen. Dies
ist jedoch aufwändig in Bezug auf den Platzverbrauch der
Ansteuerschaltung und nicht kostengünstig.
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Abhilfe
kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, bei nur einfacher Ansteuerung
die Türverriegelung so zu gestalten, dass mindestens zwei
Impulse zur Entriegelung notwendig sind. Ein derartiges Türverriegelungselement,
das mit einem Zahnrad und einer Klinke arbeitet, ist in der
DE 199 61 083 A1 offenbart.
Kritisch ist jedoch auch bei dieser Lösung ein Zustand,
in dem der steuernde Mikrocomputer aufgrund einer Fehlfunktion die
zum Öffnen benötigten zwei Steuerimpulse erzeugt.
Eine andere Ursache für die Erzeugung von zwei Steuerimpulsen
kann durch elektromagnetische Störungen gegeben sein.
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Eine
Lösung des letztgenannten Problems besteht darin, das Tachosignal,
welches der rotierende Motor abgibt, mit der Ansteuerschaltung des
Türverriegelungselements zu verknüpfen. Dies geschieht
derart, dass die Steuerimpulse zum Öffnen der Verriegelung
bei rotierender Trommel hardwaremäßig verhindert
werden.
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Es
ist außerdem eine Ansteuerschaltung für ein Wäschebehandlungsgerät
bekannt, die wie in 4 dargestellt aufgebaut ist.
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Diese
herkömmliche Ansteuerschaltung eines Wäschebehandlungsgeräts
steuert eine Motorsteuerung 10 einer Waschmaschinentrommel
als ein Beispiel einer elektrisch ansteuerbaren, gefährdenden
Einrichtung. Die Versorgungsspannung V1 der Motorsteuerung 10 kann
mittels eines Relais 12 als einem ersten Steuerelement
durch einen Mikrocontroller 14 zu- und abgeschaltet werden.
Bei Abschaltung der Versorgungsspannung V1 ist der gefährdende
Zustand sofort oder nach einer gewissen Zeit nicht mehr vorhanden.
Das Relais 12 wird üblicherweise über
einen Transistor oder dergleichen Schaltelement 16 angesteuert.
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Um
den Benutzer der Waschmaschine vor einer Gefährdung zum
Beispiel durch eine rotierende Wäschetrommel zu schützen,
ist ein Türverriegelungselement (z. B. der magnetische
Verschluss der Waschmaschinentür) 18 als eine
elektrisch steuerbare und elektrisch deaktivierbare Schutzeinrichtung vorgesehen.
Zur Ansteuerung des Türverriegelungselements 18 durch
den Mikrocontroller 14 dient ein zweites Steuerelement 20,
das zum Beispiel als Triac ausgebildet ist, der über einen
Transistor Triggerimpulse erhält.
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Beide
Steuerelemente 12, 20 der Motorsteuerung 10 und
des Türverriegelungselements 18 besitzen eine
unabhängige Versorgungsspannung. Aus diesem Grund kann
der Benutzer der Waschmaschine einer Gefährdung ausgesetzt
sein, wenn durch einen Fehler im zweiten Steuerelement 20,
einen Softwarefehler des Mikrocontrollers 14, eine elektromagnetische
Störung oder durch ein anderes Ereignis das Türverriegelungselement 18 außer
Kraft gesetzt ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät
mit einer gefährdenden Einrichtung derart weiterzuentwickeln,
dass die Funktionssicherheit der Schutzeinrichtung weiter erhöht
ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Gerät mit den Merkmalen
des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das
Gerät mit einer gefährdenden Einrichtung enthält
eine erste Steuerung, die über ein erstes Steuerelement
angesteuert wird, welches wiederum über ein erstes Schaltelement
von einer Steuerung angesteuert wird, und eine elektrisch ansteuerbare Schutzeinrichtung,
die über ein zweites Steuerelement angesteuert wird, wobei
die elektrisch ansteuerbare Schutzeinrichtung deaktivierbar ist.
Weiter ist zwischen dem ersten und dem zweiten Steuerelement ein
Speicherkondensator vorgesehen, der das zweite Steuerelement mit
Energie für einen Steuerimpuls versorgt und der bei abgeschalteter
erster Steuerung über das erste Steuerelement geladen und
bei eingeschalteter erster Steuerung über das erste Schaltelement
entladen wird.
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Im
Gegensatz zu der in 4 dargestellten Ansteuerschaltung
besitzen das erste und das zweite Steuerelement für die
erste Steuerung bzw. die elektrisch ansteuerbare Schutzeinrichtung
keine unabhängigen Spannungsversorgungen, sondern die zur Deaktivierung
der elektrisch ansteuerbaren Schutzeinrichtung erforderliche Energie
wird aus einem Speicherkondensator zugeführt, der zwischen
das erste und das zweite Steuerelement geschaltet ist. Da dieser
Speicherkondensator bei abgeschalteter erster Steuerung über
das erste Schaltelement geladen und bei eingeschalteter erster Steuerung über das
erste Steuerelement entladen wird, steht im Speicherkondensator
nur dann Energie zum Deaktivieren der elektrisch ansteuerbaren Schutzeinrichtung
zur Verfügung, wenn die erste Steuerung abgeschaltet ist
und somit keine Gefährdung mehr für den Benutzer
vorliegt. Wenn dagegen die erste Steuerung in Betrieb ist, kann
die elektrisch ansteuerbare Schutzeinrichtung nicht mehr deaktiviert
werden, weil der Speicherkondensator entladen ist. Jede Unterbrechung
einer Verbindungsleitung oder eines Bauteils führt dazu,
dass entweder die erste Steuerung nicht mehr mit Energie versorgt
oder die elektrisch ansteuerbare Schutzeinrichtung nicht mehr deaktiviert
werden kann. Das erfindungsgemäße Gerät
mit einer gefährdenden Einrichtung besitzt somit eine eigensichere
Ansteuerschaltung für die erste Steuerung und die elektrisch
ansteuerbare Schutzeinrichtung.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den Speicherkondensator
und das erste Schaltelement ein Ladewiderstand geschaltet, sodass
der Speicherkondensator mit einer bestimmten Zeitverzögerung
aufgeladen wird. Diese Zeitverzögerung durch den Ladewiderstand
ist vorzugsweise so bemessen, dass der Gefährdungszustand
durch die erste Steuerung sicher beendet ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den Speicherkondensator
und das erste Steuerelement eine Reihenschaltung aus einem Entladewiderstand
und einer Diode geschaltet, sodass der Speicherkondensator bei eingeschalteter erster
Steuerung schnell über den Entladewiderstand entladen werden
kann.
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In
einem Ausführungsbeispiel ist das zweite Steuerelement
ein Triac, der über ein zweites Schaltelement von der Steuerung
mit der Energie des Speicherkondensators getriggert wird. In einem
alternativen Ausführungsbeispiel ist das zweite Steuerelement
ein Relais, das über ein zweites Schaltelement von der
Steuerung mit der Energie des Speicherkondensators erregt wird.
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In
einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind das erste Steuerelement
und das erste Schaltelement in einem separaten Modul integriert.
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In
einer bevorzugten Alternative ist das Gerät ein Wäschebehandlungsgerät,
insbesondere eine Waschmaschine. Zweckmäßiger
Weise ist die gefährdende Einrichtung eine antreibbare
Wäschetrommel. Vorteilhafter Weise ist die erste Steuerung
eine Motorsteuerung. In einer besonders vorteilhaften Weise ist
die elektrisch ansteuerbare Schutzeinrichtung ein Türverriegelungselement.
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In
einer bevorzugten Alternative ist die elektrisch ansteuerbare Schutzeinrichtung über
mindestens zwei Steuerimpulse deaktivierbar. Hierdurch wird gewährleistet,
dass die elektrisch ansteuerbare Schutzeinrichtung nicht mehr deaktiviert
werden kann, weil zur Deaktivierung mindestens zwei Steuerimpulse
erforderlich sind, der Speicherkondensator aber nur Energie für
einen solchen Steuerimpuls zur Verfügung stellen kann,
wenn er nicht wieder aufgeladen wird.
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Obige
sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der
nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender
Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Ansteuerschaltung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel eines Wäschebehandlungsgeräts
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung einer Ansteuerschaltung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel eines Wäschebehandlungsgeräts
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
detailliertere Darstellung der Ansteuerschaltung von 2;
und
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4 eine
schematische Darstellung einer herkömmlichen Ansteuerschaltung
eines Wäschebehandlungsgeräts.
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Anhand
von 1 wird nun der Grundaufbau der Ansteuerschaltung
einer Waschmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben. Dabei sind gleiche und ähnliche Komponenten wie
bei der in 4 dargestellten herkömmlichen
Ansteuerschaltung mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Die
Versorgungsspannung V1 für die Motorsteuerung (z. B. Frequenzumrichter) 10 der
Waschmaschine wird über ein erstes Steuerelement 12 in Form
eines Relais zugeführt bzw. unterbrochen. Die Ansteuerung
des ersten Steuerelements 12 erfolgt ihrerseits von einer
Steuerung (z. B. Mikrocontroller) 14 über ein
erstes Schaltelement 16 in Form eines Transistors, Treibers
oder dergleichen Schaltelement. Wird die Versorgung der Motorsteuerung 10 mit
der Versorgungsspannung V1 durch das erste Steuerelement 12 unterbrochen,
so ist ein gefährdender Zustand für den Benutzer
durch die Motorsteuerung 10 nach einer gewissen Zeit T
nicht mehr vorhanden, beispielsweise ist die Drehzahl der Wäschetrommel
unter einen vorbestimmten Grenzwert abgesunken.
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Zum
Schutz des Benutzers der Waschmaschine ist ferner ein Türverriegelungselement 18 vorgesehen,
das die Tür zur Beladung der Wäschetrommel vorzugsweise
automatisch verriegelt und nur bei sicher verriegelter Tür
eine Ansteuerung der Motorsteuerung 10 erlaubt. Dieses
Türverriegelungselement 18 wird von der Steuerung 14 über
ein zweites Steuerelement 20 angesteuert, d. h. bei Bedarf
deaktiviert, um die Tür zu entriegeln und damit ein Öffnen der
Tür zu ermöglichen. Hierbei sind zur Deaktivierung
des Türverriegelungselements 18 mindestens zwei
Steuerimpulse des zweiten Steuerelements 20 erforderlich.
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Die
Energieversorgung dieses zweiten Steuerelements 20 zum
Erzeugen der Steuerimpulse zur Deaktivierung des Türverriegelungselements 18 erfolgt über
einen Speicherkondensator 22, der zwischen dem ersten und
dem zweiten Steuerelement 12, 20 vorgesehen ist.
Der Speicherkondensator 22 ist dabei über einen
Ladewiderstand 24 mit dem ersten Steuerelement 12 verbunden.
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Wenn
die Motorsteuerung 10 abgeschaltet ist, d. h. das erste
Steuerelement 12 die Versorgungsspannung V1 zur Motorsteuerung 10 unterbricht,
wird der Speicherkondensator 22 über den Ladewiderstand 24 mit
der Versorgungsspannung V0 des ersten Steuerelements 12 aufgeladen.
Die zum Aufladen des Speicherkondensators 22 benötigte Zeit
T1 ist dabei vorzugsweise länger als die obige Zeit T bis
zum Erreichen des sicheren Zustandes nach dem Abschalten der Motorsteuerung 10.
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Der
so aufgeladene Speicherkondensator 22 stellt die zum Erzeugen
der Steuerimpulse durch das zweite Steuerelement 20, d.
h. zum Deaktivieren des Türverriegelungselements 18 erforderliche
Energie zur Verfügung. Die Energie des aufgeladenen Speicherkondensators 22 reicht
dabei zum Erzeugen eines Steuerimpulses.
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Das
zweite Steuerelement 20 ist beispielsweise ein Triac, der über
ein zweites Schaltelement (z. B. Transistor) 30 (siehe 3)
von der Steuerung 14 mit der Energie des Speicherkondensators 22 getriggert
wird. Alternativ ist das zweite Steuerelement 20 ein Relais
ist, das über ein zweites Schaltelement 30 von
der Steuerung 14 mit der Energie des Speicherkondensators 22 erregt
wird.
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Wird
die Motorsteuerung 10 durch das erste Steuerelement 12 mit
Energie versorgt, wird das erste Schaltelement 16 durchgesteuert.
In diesem Zustand entlädt sich der Speicherkondensator 22 über den
Ladewiderstand 24 in einer bestimmten Zeit. Nach Ablauf
einer kurzen Zeitdauer kann das Türverriegelungselement 18 bereits
nicht mehr deaktiviert werden, weil der Speicherkondensator 22 nicht
genügend Energie zum Erzeugen eines Steuerimpulses durch
das zweite Steuerelement 20 bereitstellt.
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Ferner
führt jede Unterbrechung einer Verbindungsleitung oder
eines Bauteils dazu, dass entweder die Motorsteuerung 10 nicht
mehr mit Energie versorgt werden kann oder dass das Türverriegelungselement 18 nicht
mehr deaktiviert werden kann, weil hierfür keine Energie
zur Verfügung steht. Gleiches gilt auch für den
Fall eines Kurzschlusses des Transistors 16 oder des zweiten
Steuerelements 20, weil der Speicherkondensator 22 nur
die Energie für einen Steuerimpuls des zweiten Schaltelements 20 liefert,
für eine Deaktivierung des Türverriegelungselements 18 aber
zwei solcher Steuerimpulse erforderlich sind. Auch eine fehlerhafte
Ansteuerung des Türverriegelungselements 18 durch
die Steuerung oder EMV-Störungen, die eine fälschliche
Deaktivierung des Türverriegelungselements 18 bewirken, können
vermieden werden. Dies ist auch dann möglich, wenn keine
Tachoimpulse des Motors zur Auswertung zur Verfügung stehen.
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Die
in 1 dargestellte Schaltungsanordnung stellt somit
eine eigensichere Ansteuerschaltung dar, da in jedem Fall ein Gefährdungszustand für
einen Benutzer verhindert ist.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel einer Ansteuerschaltung einer
Waschmaschine wird nun Bezug nehmend auf 2 und 3 näher
erläutert. Dabei sind gleichen oder ähnlichen
Komponenten die gleichen Bezugsziffern zugeordnet und auf eine nochmalige
Beschreibung derselben wird verzichtet.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der obigen
ersten Ansteuerschaltung dadurch, dass parallel zu dem Ladewiderstand 24 eine Reihenschaltung
aus einem Entladewiderstand 26 und einer Diode 28 geschaltet
ist. Dieser Schaltungsaufbau ermöglicht unterschiedliche
Zeiten für den Ladevorgang und den Entladevorgang des Speicherkondensators.
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Beim
Zuschalten der Versorgungsspannung V1 auf die Motorsteuerung 10 durch
das erste Schaltelement 12 wird der Speicherkondensator 22 in
diesem Fall über den Entladewiderstand 26 und
die Diode 28 mit einer Zeitkonstante T2 entladen, die kürzer
als die Zeitkonstante T1 für den Ladevorgang des Speicherkondensators 22 über
den Ladewiderstand 24 ist. Auf diese Weise ist eine Deaktivierung
des Türverriegelungselements 18 bereits sehr kurze
Zeit nach dem Einschalten der Motorsteuerung 10 nicht mehr
möglich. Nach dem Abschalten der Motorsteuerung 10 kann
die Tür der Wäschetrommel erst nach einer Zeit
T1 (> T) deaktiviert
werden.
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Die
weiteren Merkmale und Vorteile dieser zweiten Ansteuerschaltung
sind gleich jenen des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels.
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Eine
detailliertere Darstellung einer Ansteuerschaltung des oben beschriebenen
zweiten Ausführungsbeispiels ist in 3 gezeigt.
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Das
Türverriegelungselement 18 verriegelt sich beim
Schließen der Tür 19 der Wäschetrommel automatisch
und betätigt mit einem Verriegelungsnocken einen Schalter 18a.
Der Netzanschluss L wird dann über diesen Schalter 18a als
L' an die Leistungselemente der Waschmaschine gelegt. Die Motorsteuerung 10 wird
von der Steuerung 14 über den Schalter 12a des
Relais 12 eingeschaltet. In diesem Zustand, d. h. wenn
der Motor und damit die Wäschetrommel dreht, liegt am Kollektor
des Transistors 16 eine Spannung von 0 V und der Speicherkondensator 22 wird über
den Entladewiderstand 26 und die Diode 28 entladen.
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Das
Türverriegelungselement 18 weist ferner einen
Magneten 18b zum magnetischen Auslösen des Schalters 18a auf.
Der Triac 20, der diesen Magneten 18b betätigt,
kann mit einem Signal von der Steuerung über den Transistor
(zweites Schaltelement der Erfindung) 30 mit der Energie
aus dem Speicherkondensator 22 getriggert werden.
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Sobald
die Steuerung 14 den Transistor 16 sperrt, fällt
das Relais 12 ab und sein Schalter 12a öffnet
den Anschluss zur Motorsteuerung 10. Am Kollektor des Transistors 16 liegt
dann vom Netzteil 32 die Spannung U, geführt über
die Relaiswicklung des Relais 12. Der Speicherkondensator 22 lädt
sich jetzt über den Ladewiderstand 24 mit der
entsprechenden Zeitkonstante T1 auf. Nun, d. h. im stromlosen Zustand
der Motorsteuerung 10, kann die Tür 1 durch die
Steuerung 14 über Transistor 30, Triac 20 und Türverriegelungselement 18 entriegelt
werden, wobei der Transistor 30 die zum Triggern des Triacs 20 notwendige
Energie dem Speicherkondensator 22 entnimmt.
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Sobald
die Motorsteuerung 10 von der Steuerung 14 wieder über
den Transistor 16 und das Relais 12 mit dem Schalter 12a an
die Versorgungsspannung gelegt wird, entlädt der Transistor 16 den Speicherkondensator 22 schnell über
den Entladewiderstand 26 und die Diode 28. Eine
Entriegelung der Tür 19 ist dann nicht mehr möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - GB 2128283
A [0003]
- - EP 0702103 A1 [0004]
- - DE 19961083 A1 [0006]