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Die Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät mit einem elektrischen Verbraucher, einem Halbleiterschalter, insbesondere einem Triac sowie einer Steuereinrichtung. Der elektrische Verbraucher ist mit elektrischen Netzanschlüssen des Haushaltsgeräts gekoppelt. Der Halbleiterschalter ist in Reihe zum elektrischen Verbraucher geschaltet. Die Steuereinrichtung steuert den Halbleiterschalter an. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Schutz eines elektrischen Verbrauchers vor thermischer Überlast in einem Haushaltsgerät.
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Elektrische Verbraucher werden in Haushaltsgeräten in der Regel mithilfe von elektronischen Steuerelementen bzw. Halbleiterschaltern angesteuert, nämlich überwiegend mithilfe von Triacs. Es ist bekannt, dass – insbesondere bei einem Triac – Fehler des Halbleiterschalters auftreten können. Gemeint ist hier insbesondere ein Kurzschluss des Halbleiterschalters. Man spricht von einem „Durchbrechen” bzw. von einer „Durchlegierung” des Triacs. In einem Fehlerfall sperrt der Triac (wenn überhaupt) nur noch eine Halbwelle der elektrischen Netzspannung; die zweite Halbwelle wird durchgelassen. Dadurch wird der elektrische Verbraucher mit einem gleichgerichteten Strom beaufschlagt. Insbesondere bei induktiven elektrischen Verbrauchern – etwa bei Pumpen in einer Waschmaschine oder einem Wäschetrockner – kann ein solcher Kurzschluss des Halbleiterschalters zu einer thermischen Zerstörung des elektrischen Verbrauchers führen. Um dies zu verhindern, werden derartige Verbraucher üblicherweise mit speziellen Schutzeinrichtungen (Thermoschutzschaltern bzw. Protektoren) ausgerüstet. Eine besondere Herausforderung besteht darin, den elektrischen Verbraucher auch ohne Einsatz einer solchen speziellen Schutzeinrichtung vor thermischer Überlast schützen zu können.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg aufzuzeigen, wie bei einem Haushaltsgerät der eingangs genannten Gattung der elektrische Verbraucher vor thermischer Überlast bei einem Kurzschluss des Halbleiterschalters geschützt werden kann, ohne das spezielle Schutzeinrichtungen eingesetzt werden müssen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Haushaltsgerät mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst, wie auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
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Ein erfindungsgemäßes Haushaltsgerät umfasst einen elektrischen Verbraucher, der mit elektrischen Netzanschlüssen des Haushaltsgerätes – diese können mit einem elektrischen Versorgungsnetz elektrisch gekoppelt werden – gekoppelt ist. Das Haushaltsgerät beinhaltet auch einen in Reihe zum elektrischen Verbraucher geschalteten Halbleiterschalter, nämlich insbesondere einen Triac. Eine Steuereinrichtung steuert den Halbleiterschalter an. Es ist eine Wandlerschaltung bereitgestellt, welche eingangsseitig mit einem zwischen dem Halbleiterschalter und dem elektrischen Verbraucher liegenden Abgriffknoten und ausgangsseitig mit einem Messeingang der Steuereinheit gekoppelt ist. Die Wandlerschaltung greift an dem Abgriffknoten eine elektrische Spannung ab, wandelt die abgegriffene Spannung in ein Messsignal um und gibt das Messsignal an den Messeingang der Steuereinrichtung ab. Die Steuereinrichtung kann anhand des Messsignals auf einen Kurzschluss des Halbleiterschalters zurück schließen.
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Erfindungsgemäß wird also eine elektrische Spannung an einem zwischen dem elektrischen Verbraucher und dem Halbleiterschalter liegenden Knoten abgegriffen, und es wird anhand dieser elektrischen Spannung bzw. eines daraus gewonnenen Messsignals erkannt, ob der Halbleiterschalter einen Kurzschluss aufweist oder nicht. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Kurzschluss des Halbleiterschalters durch die Steuereinrichtung selbst erkannt werden kann, durch welche der Halbleiterschalter auch angesteuert wird. Wird ein Kurzschluss des Halbleiterschalters durch die Steuereinrichtung erkannt, so kann die Steuereinrichtung entsprechende Vorgänge bewirken, um den elektrischen Verbraucher vor thermischer Überlast zu schützen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung im Falle eines Kurzschlusses einen weiteren elektrischen Schalter öffnen, der den elektrischen Verbraucher von den Netzanschlüssen trennt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zum Schutz des elektrischen Verbrauchers vor thermischer Überlast keine speziellen Schutzeinrichtungen – etwa Thermoschutzschalter bzw. Protektoren – eingesetzt werden müssen, so dass das Haushaltsgerät ohne solche speziellen Schutzeinrichtungen auskommt. Also erübrigt sich der Einsatz von speziellen Schutzeinrichtungen mit den damit verbundenen Nachteilen hinsichtlich der Kosten und des Bauraums.
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Prinzipiell kann das Haushaltsgerät ein beliebiges Haushaltsgerät sein, welches zur Haushaltsführung eingesetzt wird. Es kann ein Haushaltsgroßgerät sein, wie beispielsweise eine Waschmaschine, ein Wäschetrockner, eine Geschirrspülmaschine, ein Gargerät, eine Dunstabzugshaube, ein Kältegerät, eine Kühl-Gefrier-Kombination oder ein Klimagerät. Das kann aber auch ein Haushaltskleingerät sein, wie beispielsweise ein Kaffeevollautomat oder eine Küchenmaschine. Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Haushaltsgerät ein solches ist, welches eine Pumpe als elektrischen Verbraucher aufweist. Pumpen sind nämlich induktive Verbraucher, welche bei einem Kurzschluss des Halbleiterschalters thermisch zerstört werden können. Gerade bei Pumpen erweist sich somit die erfindungsgemäße Vorgehensweise als besonders vorteilhaft. Es ist üblicherweise ein Haushaltsgerät zur Pflege von Wäschestücken – etwa eine Waschmaschine –, welches eine Pumpe aufweist.
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Also ist der elektrische Verbraucher in einer Ausführungsform eine Pumpe. Gerade dann kommen die Vorteile der Erfindung vollständig zum Tragen. Der elektrische Verbraucher kann aber auch ein elektrischer Antriebsmotor sein, nämlich insbesondere zum Antreiben einer Wäschetrommel.
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Die Wandlerschaltung greift am Abgriffknoten eine elektrische Spannung ab und wandelt diese Spannung in ein Messsignal für die Steuereinrichtung um. Dies kann beispielsweise so aussehen, dass die Wandlerschaltung die abgegriffene Spannung (Wechselspannung) in eine Gleichspannung umwandelt. Dann ist das Messsignal eine elektrische Gleichspannung. Dies hat den Vorteil, dass die Steuereinrichtung – etwa ein Mikrocontroller – die Amplitude einer Gleichspannung ohne viel Aufwand messen kann. In Abhängigkeit von der Amplitude dieser Gleichspannung kann dann die Steuereinrichtung feststellen, ob der Triac kurzschließt oder nicht. Die Wandlerschaltung kann beispielsweise ein Netzteil und/oder einen Spannungsteiler und/oder auch eine zusätzliche Gleichspannungsquelle umfassen. Die Wandlerschaltung kann auch zumindest eine Spannungsbegrenzungsdiode aufweisen, welche die Amplitude der Gleichspannung begrenzt.
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Wie bereits ausgeführt kann die Steuereinrichtung nach Erkennen des Kurzschlusses des Halbleiterschalters vorbestimmte Vorgänge im Haushaltsgerät bewirken. Es kann beispielsweise ein weiteres Schaltelement in Reihe zum elektrischen Verbraucher geschaltet sein. Dann kann die Steuereinrichtung nach Erkennen des Kurzschlusses das Schaltelement in seinen elektrisch sperrenden Schaltzustand schalten, so dass der elektrische Verbraucher von einem der Netzanschlüsse elektrisch getrennt wird. Bei dem Schaltelement handelt es sich bevorzugt um ein elektrisches Schaltelement eines Türverschlusses, welcher zum Verschließen einer Tür des Haushaltsgeräts dient. Wird das Schaltelement in seinen elektrisch leitenden Schaltzustand geschaltet, so ist die Tür des Haushaltsgerätes bevorzugt verriegelt. Wird das Schaltelement geöffnet, so wird die Tür bevorzugt entriegelt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der elektrische Verbraucher nur bei einer verriegelten Tür in Betrieb genommen werden kann; es wird somit ein sicherer Betrieb des Haushaltsgeräts ermöglicht. Des Weiteren kann die Steuereinrichtung nach Erkennen des Kurzschlusses des Halbleiterschalters das Schaltelement öffnen, so dass der elektrische Verbraucher vor thermischer Überlast geschützt wird.
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Ergänzend oder alternativ kann die Steuereinrichtung nach Erkennen des Kurzschlusses auch eine Information über den Auftritt des Kurzschlusses in einem nicht-flüchtigen Speicher abspeichern. Auf diesem Wege gelingt es, eine erneute Inbetriebnahme des elektrischen Verbrauchers bzw. ein erneutes Starten eines Betriebsprogramms auch nach einem Aus- und Wiedereinschalten des Haushaltsgerätes zu verhindern; denn in der Steuereinrichtung liegt die Information über den defekten Triac auch nach einer Zurücksetzung der Steuereinrichtung vor.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Schutz eines elektrischen Verbrauchers vor thermischer Überlast in einem Haushaltsgerät. Der elektrische Verbraucher ist mit elektrischen Netzanschlüssen des Haushaltsgerätes gekoppelt. Ein zum elektrischen Verbraucher in Reihe geschalteter Halbleiterschalter, insbesondere ein Triac, wird durch eine Steuereinrichtung angesteuert. Eine Wandlerschaltung ist eingangsseitig mit einem zwischen dem Halbleiterschalter und dem elektrischen Verbraucher liegenden Abgriffknoten und ausgangsseitig mit einem Messeingang der Steuereinrichtung gekoppelt. Die Wandlerschaltung greift am Abgriffknoten eine elektrische Spannung ab, wandelt diese Spannung in ein Messsignal um und gibt das Messsignal an den Messeingang der Steuereinrichtung ab. Die Steuereinrichtung kann anhand des Messsignals auf einen Kurzschluss des Halbleiterschalters zurück schließen.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Haushaltsgerat vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Die einzige Figur veranschaulicht dabei in schematischer Darstellung ein Haushaltsgerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Ein Haushaltsgerät 1, wie es in der Figur schematisch dargestellt ist, kann beispielsweise eine Waschmaschine sein. Es umfasst eine Pumpe 2 als elektrischen Verbraucher. Die Pumpe 2 ist einerseits mit einem ersten Netzanschluss L (Phasenleiter) und andererseits über einen Triac 3 mit einem zweiten Netzanschluss N (Neutralleiter) gekoppelt. Zwischen den Netzanschlüssen L, N liegt eine Netzspannung UN an, welche eine Wechselspannung ist. Der Triac 3 ist ein Halbleiterschalter. Ein Steueranschluss 4 des Triacs 3 ist mit einem Steuerausgang 5 einer Steuereinrichtung 6 verbunden. Die Steuereinrichtung 6 ist beispielsweise ein Mikrocontroller und steuert den Triac 3 an, nämlich unter Ausgabe entsprechender Steuersignale über den Steuerausgang 5.
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Durch Ansteuerung des Triacs 3 kann die Steuereinrichtung 6 eine Inbetriebnahme der Pumpe 2 veranlassen. Bekanntlich kann die Steuereinrichtung 6 einen Zündwinkel des Triacs 3 steuern.
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In Reihe zur Pumpe 2 – nämlich zwischen der Pumpe 2 und dem ersten Netzanschluss L – ist ein Schaltelement 7 geschaltet. Das Schaltelement 7 ist ein elektrischer Schalter, welcher zwischen einem elektrisch sperrenden Schaltzustand und einem elektrisch leitenden Schaltzustand geschaltet werden kann. Das Schaltelement 7 ist dabei ein Teil eines Türverschlusses 8, welcher im Haushaltsgerät 1 zum Verriegeln einer in der Figur nicht dargestellten Tür des Haushaltsgeräts 1 dient. Wird das Schaltelement 7 in den elektrisch leitenden Schaltzustand geschaltet, so wird die Tür verriegelt und die Pumpe 2 mit dem ersten Netzanschluss L elektrisch verbunden. Ist das Schaltelement 7 offen, so ist die Tür entriegelt.
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Das Schaltelement 7 wird auch mithilfe der Steuereinrichtung 6 angesteuert. Dazu ist eine Reihenschaltung aus einem Steuerelement 9 – etwa einer Spule – und einem weiteren Triac 10 an die Netzanschlüsse L, N angeschlossen. Die Reihenschaltung aus dem Steuerelement 9 und dem weiteren Triac 10 ist also elektrisch parallel zur Reihenschaltung aus dem Triac 3 und der Pumpe 2 geschaltet. Auch der Triac 10 wird mithilfe der Steuereinrichtung 6 angesteuert. Die Steuereinrichtung 6 kann nämlich an ihrem weiteren Steuerausgang 11 Steuersignale an einen Steueranschluss 12 des weiteren Triacs 10 abgeben. Wird der Triac 10 geschaltet, so fließt durch das Steuerelement 9 elektrischer Strom, und das Schaltelement 7 wird geschlossen bzw. geöffnet und die Tür verriegelt bzw. entriegelt.
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Zwischen der Pumpe 2 und dem Triac 3 liegt ein Abgriffknoten 13. An diesem Abgriffknoten 13 greift eine Wandlerschaltung 14 ein elektrisches Potential bzw. eine elektrische Spannung U1 ab und wandelt sie in ein Messsignal US um. Das Messsignal US wird an einen Messeingang 15 der Steuereinrichtung 6 abgegeben. Das Messsignal US ist eine Gleichspannung. Die Steuereinrichtung 6 empfängt das Messsignal US und stellt in Abhängigkeit von einer Amplitude des Messsignals US fest, ob der Triac 3 einen Fehler aufweist oder nicht. Und zwar kann die Steuereinrichtung 6 anhand der Amplitude des Messsignals US erkennen, ob der Triac 3 kurzschließt oder nicht. Sobald der Triac 3 betriebsbedingt durch die Steuereinrichtung 6 gesperrt wird, wird im Normalfall am Abgriffknoten 13 die volle Netzspannung – nämlich beide Halbwellen – detektiert. Wird nur eine Halbwelle oder keine Halbwelle detektiert, so liegt ein Kurzschluss des Triacs 3 vor, und die Steuereinrichtung 6 kann dies anhand der Amplitude des Messsignals US feststellen.
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Also wandelt die Wandlerschaltung 14 die abgegriffene Wechselspannung U1 in eine Gleichspannung um, nämlich in das Messsignal US. Zu diesem Zwecke kann die Wandlerschaltung 14 ein Netzteil und/oder einen Spannungsteiler und/oder einen Gleichrichter und/oder eine zusätzliche Gleichspannungsquelle aufweisen.
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Nach dem Start eines Betriebsprogramms des Haushaltsgeräts 1 schließt die Steuereinrichtung 6 das Schaltelement 7 und verriegelt somit die Tür des Haushaltsgeräts 1. Die Pumpe 2 ist nun mit dem Netzanschluss L elektrisch verbunden und kann in Betrieb genommen werden. Bevor der Triac 3 angesteuert wird, überprüft die Steuereinrichtung 6, ob dieser einen Kurzschluss aufweist oder nicht. Wie bereits ausgeführt, kann im Normalfall – ohne einen Kurzschluss – am Abgriffknoten 13 die volle Netzspannung UN detektiert werden, nämlich beide Halbwellen der Netzspannung UN. Dies wird durch die Steuereinrichtung 6 anhand der Amplitude des Messsignals US erkannt. Liegt kein Kurzschluss des Triacs 3 vor, so kann die Steuereinrichtung 6 die Pumpe 2 einschalten, nämlich unter Ausgabe entsprechender Steuersignale an den Steueranschluss 4 des Triacs 3. Wird hingegen durch die Steuereinrichtung 6 anhand des Messsignals US ein Kurzschluss des Triacs 3 festgestellt, so wird das Betriebsprogramm abgebrochen, und die Steuereinrichtung 6 öffnet das Schaltelement 7. In diesem Falle wird die Pumpe 2 vom Netzanschluss L elektrisch getrennt. Nach Auftritt des Kurzschlusses wird darüber hinaus in der Steuereinrichtung 6 eine Information darüber abgespeichert, dass ein Kurzschluss des Triacs 3 aufgetreten ist. Diese Information wird in einem nicht-flüchtigen Speicher 16 der Steuereinrichtung 6 abgespeichert. Mit anderen Worten setzt die Steuereinrichtung 6 im Speicher 16 einen Merker (Flag). Nach einem Aus- und Wiedereinschalten des Haushaltsgeräts 1 kann somit ein erneutes Starten des Betriebsprogramms bzw. ein Schließen des Schaltelements 7 verhindert werden. Die Steuereinrichtung 6 ist nämlich derart ausgelegt, dass bei Vorliegen der Information im Speicher 16 das Schaltelement 7 nicht geschlossen werden kann. Die Information kann aus dem Speicher 16 lediglich durch einen Kundendienst gelöscht werden, nämlich nach einem erfolgreichen Austausch des Triacs 3. Erst dann wird das Schließen des Schaltelements 7 nicht mehr verhindert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Haushaltsgerät
- 2
- Pumpe
- 3
- Triac
- 4
- Steueranschluss
- 5
- Steuerausgang
- 6
- Steuereinrichtung
- 7
- Schaltelement
- 8
- Türverschluss
- 9
- Steuerelement
- 10
- Triac
- 11
- Steuerausgang
- 12
- Steueranschluss
- 13
- Abgriffknoten
- 14
- Wandlerschaltung
- 15
- Messeingang
- 16
- Speicher
- L, N
- Netzanschlüsse
- US
- Messsignal
- UN
- Netzspannung
- U1
- Spannung
