DE102013225404A1

DE102013225404A1 - Haushaltsgerät mit Halbleiterlichtquelle

Info

Publication number: DE102013225404A1
Application number: DE102013225404.0A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Beifuss; Wolfgang Fuchs; Uwe Has; Andreas Mayr
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-06-11

Abstract

Das Haushaltsgerät (1) weist mindestens eine Halbleiterlichtquelle (7), insbesondere LED, mindestens einen Treiber (8) zum Versorgen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (7) mit einem Betriebsstrom (IF) und mindestens ein Temperaturbestimmungsmittel (10, 11; 10, 11, 16; 10, 17) zum Bestimmen einer Temperatur (T, T2) in dem Haushaltsgerät (1) auf, wobei der mindestens eine Treiber (8) zum Versorgen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (7) mit einem getakteten Betriebsstrom (IF) eingerichtet ist und ein Tastgrad des getakteten Betriebsstroms (IF) in Abhängigkeit von der Temperatur einstellbar ist. Ein Verfahren dient zum Betreiben mindestens einer mittels eines einstellbaren Betriebsstroms betreibbaren Halbleiterlichtquelle (7) eines Haushaltsgeräts (1), wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: Betreiben der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (7) mittels eines taktbaren Betriebsstroms (IF); Bestimmen einer Temperatur in dem Haushaltsgerät (1); und Einstellen eines Tastgrads des taktbaren Betriebsstroms (IF) in Abhängigkeit von der bestimmten Temperatur.

Description

Die Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät, aufweisend mindestens eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere LED, mindestens einen Treiber zum Versorgen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle mit einem Betriebsstrom und mindestens ein Temperaturbestimmungsmittel zum Bestimmen einer Temperatur in dem Haushaltsgerät. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben mindestens einer mittels eines einstellbaren Betriebsstroms betreibbaren Halbleiterlichtquelle eines Haushaltsgeräts. Das Haushaltsgerät ist insbesondere ein Gargerät.
Es sind Gargeräte in Form von Backöfen bekannt, deren durch eine Muffel begrenzter Garraum durch Leuchtdioden (LEDs) beleuchtbar ist. Die LEDs werden hierbei außerhalb der Muffel montiert, weil LEDs bei einer Montage an dem bisher für Glühbirnen üblichen Ort in der Muffel einer zu hohen Umgebungstemperatur ausgesetzt und dadurch zuverlässig zerstört würden. In einem durch LEDs beleuchteten Backofen wird das Licht der LED durch Lichtleiter in die Muffel geleitet. Trotzdem kann es passieren, dass eine LED im Umfeld der Muffel zu stark erwärmt und daher beschädigt wird.
US-A 5 618 460 offenbart ein Temperatur-Regelsystem für einen Ofen und ein Verfahren zum Herstellen und Betreiben desselben, wobei das System eine Schaltung zum Verbinden einer Stromquelle mit einer Last des Ofens in einer geregelten Art und Weise, um so eine ausgewählte Temperaturausgabe der Last für den Ofen bereitzustellen, wobei die Schaltung einen Mikrocomputer, externe Komponenten und einen Spannungsregler zum Bereitstellen einer geregelten Spannung von der Stromquelle zum Betrieb des Mikrocomputers aufweist, damit der Mikrocomputer die externen Komponenten betreiben kann, wobei die Schaltung eine Temperaturerfassungseinheit aufweist, um die Umgebungstemperatur an einen Teil der Schaltung zu erfassen und ein Warnsignal an den Mikrocomputer auszugeben, dass eine erste hohe Umgebungstemperatur erfasst worden ist, so dass der Mikrocomputer die externen Komponenten des Systems in einer kontrollierten Art und Weise abschalten kann, bevor eine zweite höhere Umgebungstemperatur durch die Temperatur-Sensoreinheit erfasst wird. Ebenfalls offenbart wird eine Temperaturerfassungseinrichtung, die einen konstanten Strom durch eine Diode erzeugt. Eine Silikondiode weist einen Spannungsabfall von ca. sechs Zehntel eines Volt auf, und die Spannung sinkt um 2,2 Millivolt pro Grad Celsius Temperaturerhöhung. Eine Schaltung wird verwendet, um den Temperaturanstieg in der Umgebung des Steuersystems zu erfassen.
DE 297 18 343 U1 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung für einen mit einem Gebläse für Kühl- oder Umluft und einer den Garraum wenigstens teilumgebenden Kühlluftkammer ausgerüsteten Herd, mit einem im Bereich eines Ausschnitts in der Garraumwand anzubringenden Leuchtengehäuse, welches eine Fassung für eine Lampe aufweist und wobei der vom Leuchtengehäuse gebildete Raum zum Garraum hin von einer lichtdurchlässigen Abdeckung verschlossen ist, wobei das Leuchtengehäuse mit einem Anschluss für eine Kühlluftleitung versehen ist, die wenigstens einen von dem Gebläse erzeugten TeilLuftstrom durch das Leuchtengehäuse, dabei die Lampe umspülend, hindurchführt.
DE 10 2009 027 912 A1 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung für einen Behandlungsraum eines Backofens mit mindestens einer außerhalb des Behandlungsraumes angeordneten jedoch lichtemittierend dem Behandlungsraum zugeordneten, thermisch hochbelasteten Leuchtquelle, wobei die Leuchtquelle und/oder deren Träger in unmittelbarer Verbindung steht mit einem wärmeabführenden Kühlmedium. Das Kühlmedium kann aus einem gut wärmeleitenden Kühlkörper bestehen. Als Kühlmedium kann eine die Ofenmuffel in einem Kühlluftkanal umströmende Kühlluftströmung dienen. Die Leuchtquelle kann in einem Leuchtengehäuse platziert sein oder ein Reflektorelement aufweisen, das zumindest teilweise in einen die Ofenmuffel umziehenden Kühlluftkanal ragt. Das Leuchtengehäuse und/oder das Verbindungselement können im Bereich des Kühlluftkanals mit Strömungsöffnungen versehen sein.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Möglichkeit bereitzustellen, mit welcher eine Überhitzung einer LED in einem Haushaltsgerät besonders einfach und zuverlässig vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Haushaltsgerät, aufweisend mindestens eine Halbleiterlichtquelle, mindestens einen Treiber zum Versorgen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle mit einem Betriebsstrom und mindestens einem Temperaturbestimmungsmittel zum Bestimmen einer Temperatur in dem Haushaltsgerät, wobei der mindestens eine Treiber zum Versorgen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle mit einem getakteten Betriebsstrom eingerichtet ist und ein Tastgrad des getakteten Betriebsstroms in Abhängigkeit von der Temperatur einstellbar ist.
Dieses Haushaltsgerät weist den Vorteil auf, dass eine von der Halbleiterlichtquelle erzeugte Abwärme mittels einer Verringerung des Tastgrads des Betriebsstroms verringerbar ist, wodurch ein Wärmeeintrag und folglich eine Temperatur an der Halbleiterlichtquelle verringerbar sind. Eine Überhitzung, und damit einhergehend z.B. eine Verkürzung der Lebensdauer, eine temperaturbedingte Veränderung der Lichtfarbe und eine Änderung der Abstrahlcharakteristik, können vermieden werden. Diese Lösung ist zudem mit einem nur geringen Aufwand umsetzbar und kann z.B. auf aufwändige Kühlvorrichtungen verzichten. Da eine Stromstärke beibehalten werden kann, wird eine Auswirkung einer stromstärkenabhängigen Farbänderung gering gehalten. Es wird somit lediglich eine über die Zeit integrale Helligkeit oder ein zeitlich integraler Lichtstrom entsprechend der Verringerung des Tastgrads verringert; die Halbleiterlichtquelle wird also nur etwas dunkler. Diese Helligkeitsänderung wird von einem Betrachter meist nicht bewusst wahrgenommen, insbesondere wenn sie nicht sprunghaft erfolgt, sondern über einen Zeitraum von beispielsweise 30 s.
Das Haushaltsgerät mag beispielsweise ein Gargerät sein, das eine Muffel aufweist, insbesondere ein Backofen oder ein Herd, ein Mikrowellengerät und/oder ein Dampfgargerät. Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mag z.B. zur Beleuchtung des Muffelinneren bzw. des Garraums eingerichtet und angeordnet sein. Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle ist insbesondere außerhalb des Garraums angeordnet. Sie kann ihr Licht direkt (z.B. durch ein Fenster in der Muffel) oder indirekt (z.B. über einen in die Muffel geführten Lichtleiter) in das Innere der Muffel bzw. in den Garraum strahlen.
Bevorzugterweise umfasst die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mindestens eine Leuchtdiode. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z.B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z.B. weiß) sein. Auch kann das von der mindestens einen Leuchtdiode abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere Leuchtdioden können ein Mischlicht erzeugen; z.B. ein weißes Mischlicht. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mindestens einen wellenlängenumwandelnden Leuchtstoff enthalten (Konversions-LED). Der Leuchtstoff kann alternativ oder zusätzlich entfernt von der Leuchtdiode angeordnet sein ("Remote Phosphor"). Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat ("Submount") montiert sein. Die mindestens eine Leuchtdiode kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, z.B. mindestens einer Fresnel-Linse, Kollimator, und so weiter. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z.B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen.
Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle kann genau eine Halbleiterlichtquelle umfassen. Sie mag auch mehrere Halbleiterlichtquellen umfassen, die insbesondere als Reihenschaltung oder „Kette“ vorliegen können. Mehrere Halbleiterlichtquellen, insbesondere auch Ketten, mögen elektrisch parallel verschaltet sein. Halbleiterlichtquellen, insbesondere auch Ketten, mögen mittels eines gemeinsamen Treibers betreibbar sein. Alternativ oder zusätzlich mögen mehrere Treiber zum Betrieb unterschiedlicher Halbleiterlichtquellen, insbesondere auch unterschiedlicher Ketten, vorhanden sein.
Mindestens eine Halbleiterlichtquelle mag für ihre Wärmeabfuhr mit mindestens einem dazu vorgesehenen Wärmeableitelement (z.B. einem Keramiksubstrat, einer Metallkernplatine und/oder einem Kühlkörper) thermisch verbunden sein. Der Kühlkörper mag z.B. aus Aluminium bestehen.
Der Treiber mag beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine Versorgungsspannung des Hausgeräts, z.B. eine Netzspannung, in ein zum Betreiben der mindestens einen Halbleiterlichtquelle geeignetes elektrisches Signal umzuwandeln. Der Treiber mag insbesondere eine Stromkonstanterschaltung oder Konstantstromquelle sein oder eine solche aufweisen, wodurch eine Stromstärke des Betriebsstroms durch die Halbleiterlichtquelle(n) konstant gehalten werden kann. Dadurch werden Farbänderungen bei einer Änderung des Tastgrads unterdrückt.
Der Tastgrad (z.B. gemäß DIN IEC 60469-1) mag auch als Aussteuergrad (engl.: ‚duty factor‘ oder ‚duty cycle‘) bezeichnet werden und gibt für eine periodische Folge von Impulsen (hier: des Betriebsstroms) das Verhältnis der Impulsdauer zu der Impulsperiodendauer an. Der Tastgrad wird als dimensionslose Verhältniszahl mit einem Wert von 0 bis 1 oder 0 bis 100 % angegeben.
Dass der Tastgrad des getakteten Betriebsstroms in Abhängigkeit von der Temperatur einstellbar ist, mag insbesondere umfassen, dass der Tastgrad verringerbar ist (z.B. bei sich erhöhender Temperatur) oder erhöhbar ist (z.B. bei sich wieder verringernder Temperatur).
Dass der Tastgrad des getakteten Betriebsstroms „in Abhängigkeit von der Temperatur“ einstellbar ist, mag sowohl den Fall umfassen, dass der Tastgrad in Abhängigkeit mindestens eines absoluten Temperaturwerts (z.B. in °C, F oder K) einstellbar ist, als auch den Fall, dass der Tastgrad in Abhängigkeit mindestens eines aus einer Temperatur abgeleiteten Werts einstellbar ist, insbesondere in Abhängigkeit eines Temperaturgradienten. Die Einstellung des Tastgrad in Abhängigkeit von einem Temperaturgradienten weist beispielsweise den Vorteil auf, dass schon frühzeitig, also z.B. bereits vor Erreichen eines kritischen Temperaturwerts, ein Wärmeeintrag auf die mindestens eine Halbleiterlichtquelle reduzierbar ist. Wenn im Folgenden von einer „Abhängigkeit von der Temperatur“ o.ä. die Rede ist, mag damit allgemein eine Abhängigkeit von einem absoluten Temperaturwert und/oder einem abgeleiteten Wert, insbesondere einem Temperaturgradienten, gemeint sein.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Tastgrad in Abhängigkeit von einer Temperatur der mindestens einen Halbleiterlichtquelle einstellbar ist. Unter einer „Temperatur mindestens einer Halbleiterlichtquelle“ mag insbesondere eine Temperatur bzw. ein Wert einer Temperatur direkt an einer Halbleiterlichtquelle verstanden werden (z.B. eine Sperrschichttemperatur oder eine Oberflächentemperatur) und/oder es mag darunter eine für eine Temperatur an der Halbleiterlichtquelle repräsentative Temperatur in der Nähe mindestens einer Halbleiterlichtquelle verstanden werden, z.B. auf einem die Halbleiterquelle tragenden Substrat oder an einem Kühlkörper zum Kühlen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle.
Die Temperatur der mindestens einen Halbleiterlichtquelle mag eine Temperatur bzw. ein Wert einer Temperatur einer Halbleiterlichtquelle oder mehrerer Halbleiterlichtquellen sein. Die Temperatur mehrerer Halbleiterlichtquellen mag für alle diese Halbleiterlichtquelle bestimmt werden, z.B. durch Mittelung, oder es mag eine Temperatur einer oder mehrerer Halbleiterlichtquellen stellvertretend oder repräsentativ für noch andere, insbesondere alle, Halbleiterlichtquellen bestimmt werden.
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die Temperatur der mindestens einen Halbleiterlichtquelle durch Ermitteln einer Durchlassspannung der mindestens einen Halbleiterlichtquelle bestimmbar ist. Die Durchlassspannung von Dioden hängt allgemein von deren Temperatur ab, speziell von der Temperatur ihrer Sperrschicht. Folglich kann mit Hilfe einer Messung der Durchlassspannung auf die Temperatur der Dioden geschlossen werden. Bei Vorliegen einer Kette aus mehreren in Reihe verschalteten Leuchtdioden mag die Durchlassspannung einer zugehörigen Leuchtdiode z.B. durch Division mit der Zahl der in der Kette vorhandenen Leuchtdioden ermittelt werden. Insbesondere mag eine Kathodenseite der mindestens einen Leuchtdiode geerdet sein.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass der getaktete Betriebsstrom eine Schaltfrequenz zwischen 60 Hz und 120 Hz, insbesondere zwischen 70 Hz und 100 Hz, aufweist. Sie kann aber grundsätzlich auch niedriger oder höher sein. Dabei macht man sich die Trägheit des menschlichen Auges zu Nutze, welches optische Eindrücke, die mit einer Frequenz von mehr als ca. 24 Hz ankommen, integriert und nicht mehr auseinander hält. Eine Schaltfrequenz von 60 Hz oder höher verhindert zuverlässig auch ein ggf. aus den Augenwinkeln wahrnehmbares Flimmern und ein Flimmern aufgrund einer Überlagerung von Licht unterschiedlich langer Lichtpfade.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Änderung oder Anpassung des Tastgrads und die damit korrespondierende Änderung der Helligkeit oder der Lichtstärke so langsam erfolgt (z.B. über einen Zeitraum zwischen 30 s und 2 min), dass keine wahrnehmbaren Sprünge auftreten. Das menschliche Auge kann sich sehr gut an Variationen der Beleuchtung anpassen und bemerkt daher gleitende Variationen der Helligkeit nicht.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das Haushaltsgerät eine Steuereinrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, ein von der Temperatur (z.B. der absoluten Temperatur und/oder einem abgeleiteten Wert, z.B. einem Temperaturgradienten) abhängiges Steuersignal an den Treiber auszugeben, mittels welchem durch den Treiber ein zugehöriger Tastgrad einstellbar ist. Die Steuereinrichtung kann eine eigenständige Komponente oder Baugruppe sein, z.B. ein Mikrocontroller. Die Steuereinrichtung mag alternativ andere Komponenten des Haushaltsgeräts ansteuern und mag dann beispielsweise in eine zentrale Steuereinrichtung des Haushaltsgeräts (z.B. zum Steuern von Heizkörpern und Lüftern) oder in den Treiber (zum Steuern der Halbleiterlichtquelle(n)) integriert sein, insbesondere funktional integriert sein. Die Steuereinrichtung mag mit dem Treiber in einer Komponente oder einer Baugruppe integriert sein.
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die Steuereinrichtung zumindest ein Element des Temperaturbestimmungsmittels darstellt. So kann eine besonders einfach umsetzbare und leistungsfähige Temperaturbestimmung durchgeführt werden. Die Steuereinrichtung mag beispielsweise zur Datenverarbeitung von Messsignalen und/oder zur Berechnung der Temperatur verwendet werden, z.B. auf der Grundlage vorbestimmter Algorithmen, Kennlinien usw.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung (insbesondere falls die Temperatur der mindestens einen Halbleiterlichtquelle durch Ermitteln einer Durchlassspannung der mindestens einen Halbleiterlichtquelle bestimmbar ist), dass das Temperaturbestimmungsmittel einen A/D-Wandler aufweist. Der A/D-Wandler mag insbesondere mit seinem digitalen Ausgang mit einem Signaleingang der Steuereinrichtung verbunden und mit seinem analogen Eingang mit einer Anodenseite mindestens einer Halbleiterlichtquelle verbunden sein. Der A/D-Wandler dient dann als Spannungsmesser zum Messen einer Durchlassspannung einer oder mehrerer in Reihe verschalteter Leuchtdioden. Durch den A/D-Wandler kann also die Durchlassspannung mindestens einer Leuchtdiode analog abgegriffen und in einen digitalen Wert umgewandelt werden. Dieser digitale Wert kann von der Steuereinrichtung dazu verwendet werden, den Treiber zu steuern. Dazu mag der digitale Wert direkt verwendet werden, alternativ mag der digitale Wert als eine Eingangsgröße zur Bestimmung eines weiteren Werts verwendet werden und dieser weitere Wert von der Steuereinrichtung dazu verwendet werden, den Treiber zu steuern, z.B. als Eingangsgröße für einen Steuerungsalgorithmus oder durch einen Vergleich mit mindestens einem Schwellwert.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das Temperaturbestimmungsmittel mindestens einen Temperatursensor aufweist, welcher mit einem Signaleingang der Steuereinrichtung verbunden ist. Dies weist den Vorteil auf, dass sich so eine Temperatur direkt bestimmen lässt, und zwar auch in einem Abstand von einer Leuchtdiode. Der Temperatursensor mag über einen A/D-Wandler mit der Steuereinrichtung verbunden sein, was eine Verwendung einer einfach aufgebauten Steuereinrichtung erleichtert. Alternativ mag der Temperatursensor direkt mit der Steuereinrichtung verbunden sein, was einen eigenständigen A/D-Wandler einspart. Die Steuereinrichtung mag dann eine Möglichkeit zur Analog-Digital-Wandlung analoger Sensorsignal des Temperatursensors aufweisen. Der Temperatursensor mag z.B. ein NTC-Widerstand sein.
Zusätzlich zur Verringerung des Tastgrads mag das Haushaltsgerät zur Temperatursenkung an mindestens einer Halbleiterlichtquelle mindestens einen Lüfter („Lichtquellenlüfter“) zum Erzeugen eines mindestens eine Halbleiterlichtquelle kühlenden Luftstroms (im Folgenden auch als „Kühlluftstrom“ bezeichnet) aufweisen, wobei ein Betrieb des Lichtquellenlüfters in Abhängigkeit von der Temperatur (z.B. von mindestens einem absoluten Temperaturwert und/oder von mindestens einem aus einer Temperatur abgeleiteten Wert) einstellbar ist, insbesondere von der Temperatur mindestens einer Halbleiterlichtquelle. Der Kühlluftstrom mag die mindestens eine Halbleiterlichtquelle direkt überstreichen und/oder mag ein mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle thermisch gekoppeltes Wärmeableitelement (z.B. ein Keramiksubstrat, eine Metallkernplatine und/oder einen Kühlkörper) überstreichen.
Alternativ oder zusätzlich mag das Haushaltsgerät einen anderen, nicht nur oder hauptsächlich zur Belüftung der mindestens einen Halbleiterlichtquelle vorgesehenen Lüfter („Allgemeinlüfter“) aufweisen, wobei ein Betrieb des Allgemeinlüfters auch in Abhängigkeit von der Temperatur einstellbar ist. Der von dem Allgemeinlüfter erzeugte Luftstrom mag also teilweise zur Kühlung der mindestens einen Halbleiterlichtquelle herangezogen werden. Dieser zumindest teilweise Kühlluftstrom mag die mindestens eine Halbleiterlichtquelle direkt überstreichen und/oder mag ein mit der mindestens einen Halbleiterlichtquelle thermisch gekoppeltes Wärmeableitelement überstreichen. Beispielsweise mag ein solcher Allgemeinlüfter ein Lüfter zur Kühlung einer Elektronikbaugruppe oder ein Wrasenabzugslüfter sein.
Es ist noch eine Weiterbildung, dass auch ein Betrieb eines Allgemeinlüfters, der keinen Luftstrom zur Kühlung der mindestens einen Halbleiterlichtquelle ausbläst, sondern nur zur Kühlung mindestens einer anderen funktionalen Komponente des Haushaltsgeräts vorgesehen ist, in Abhängigkeit von der Temperatur mindestens einer Halbleiterlichtquelle einstellbar ist. Dabei wird ausgenutzt, dass die Kühlung der mindestens einen anderen funktionalen Komponente indirekt auch eine Erwärmung mindestens einer Halbleiterlichtquelle verringert, weil so ein Wärmeübertrag von der mindestens einen anderen funktionalen Komponente auf die Halbleiterlichtquelle verringert wird. Beispielsweise mag ein solcher Allgemeinlüfter ein Lüfter zur Kühlung einer Muffel oder einer Ofentür sein. Es ist folglich auch eine Ausgestaltung, dass das Haushaltsgerät einen (durch eine Muffel begrenzten) Garraum und einen Lüfter zum Erzeugen eines die Muffel außenseitig kühlenden Luftstroms aufweist, wobei ein Betrieb dieses Lüfters in Abhängigkeit von der Temperatur mindestens einer Halbleiterlichtquelle einstellbar ist.
Der Lüfter (d.h., der Lichtquellenlüfter und/oder der Allgemeinlüfter) kann auf verschiedene Arten betrieben werden: In einer ersten Variante mag der Lüfter bei Bedarf (d.h. in Abhängigkeit von der Temperatur, z.B. der mindestens einen Halbleiterlichtquelle) eingeschaltet oder ausgeschaltet werden. In einer zweiten Variante mag eine Drehzahl des Lüfters eingestellt werden. Dies kann in Stufen oder, z.B. bei Nutzung eines bürstenlosen Gleichstrommotors, kontinuierlich geschehen.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass das Haushaltsgerät einen Garraum aufweist und der Tastgrad des getakteten Betriebsstroms und/oder ein Betrieb mindestens eines Lüfters zur Kühlung der Halbleiterlichtquelle in Abhängigkeit von einer Temperatur des Garraums einstellbar sind. Dies hat den Vorteil, dass anstehende Erwärmungen am Ort der Halbleiterlichtquelle, z.B. aufgrund eines Anschaltens oder einer Temperaturerhöhung in einem Backofen, besonders früh erkennbar sind. Die Temperatur des Garraums mag z.B. mittels eines Temperaturfühlers vom Typ Pt1000 abfühlbar sein.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass ein Tastgrad des getakteten Betriebsstroms verringerbar ist und/oder eine Kühlleistung mindestens eines Lüfters erhöhbar ist, falls mindestens ein Temperaturwert und/oder ein Temperaturgradient mindestens einer Halbleiterlichtquelle einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet. Allgemein kann die Einstellung des Tastgrads und/oder die Ansteuerung eines Lüfters anhand eines Erreichens oder Über- bzw. Unterschreitens definierter Schwell- oder Grenzwerte erfolgen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. So ist es zusätzlich oder alternativ möglich, zur Ermittlung eines gewünschten Tastgrads des Betriebsstroms und/oder einer gewünschten Drehzahl eines Lüfters Algorithmen zu nutzen, welche Temperatur/Zeit-Profile und speziell auch den Gradienten des Temperatursignals nutzen.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben mindestens einer mittels eines einstellbaren Betriebsstroms betreibbaren Halbleiterlichtquelle eines Haushaltsgeräts, wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: Betreiben der mindestens einen Halbleiterlichtquelle mittels eines taktbaren Betriebsstroms; Bestimmen einer Temperatur in dem Haushaltsgerät, insbesondere mindestens einer Halbleiterlichtquelle; und Einstellen eines Tastgrads des taktbaren Betriebsstroms in Abhängigkeit von dieser Temperatur (d.h., von mindestens einem absoluten Temperaturwert oder mindestens einem daraus abgeleiteten Wert). Das Verfahren kann analog zu dem Haushaltsgerät ausgestaltet werden und weist die gleichen Vorteile auf.
So mag der Betriebsstrom mit einer Schaltfrequenz zwischen 60 Hz und 120 Hz, insbesondere zwischen 70 Hz und 100 Hz, getaktet werden und/oder zum Bestimmen der Temperatur mindestens einer Halbleiterlichtquelle eine Durchlassspannung an mindestens einer Halbleiterlichtquelle abgefühlt werden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
1 zeigt in einer Ansicht von schräg vorne eine Skizze eines erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts; und
2 bis 5 zeigen Prinzipschaltbilder von verschiedenen Aufbauvarianten des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts.
1 zeigt ein Haushaltsgerät in Form eines Backofens 1. Der Backofen 1 weist eine Ofenmuffel 2 auf, welche eine vorderseitige Beschickungsöffnung 3 aufweist, die mittels einer Backofentür 4 verschließbar ist. Die Ofenmuffel 2 begrenzt zusammen mit der geschlossenen Backofentür 4 einen Garraum in Form eines Ofenraums 5, in welchem Lebensmittel gebacken werden können. Zur Beleuchtung des Ofenraums 5 führen durch zwei Lichtleiter 6, z.B. aus Glas, von außen in die Ofenmuffel 2. Ein Zahl, eine Position und eine Form der Lichtleiter 6 sind grundsätzlich nicht beschränkt. So mag der Backofen 1 z.B. einen Lichtleiter 6 oder mehr als zwei Lichtleiter 6 umfassen.
Der Backofen 1 weist für jeden der beiden Lichtleiter 6 eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen in Form von LEDs 7 auf, wobei hier jeweils nur eine LED 7 gezeigt und beschrieben ist. Jedoch mag z.B. einem Lichtleiter 6 auch eine Kette aus mehreren LEDs 7 zugeordnet sein. Das von den LEDs 7 abgestrahlte Licht wird in den zugehörigen Lichtleiter 6 eingekoppelt, von diesem durch die Ofenmuffel 2 in den Ofenraum 5 geleitet und in dem Ofenraum 5 wieder ausgekoppelt. Die LEDs 7 strahlen vorzugsweise weißes Licht aus.
Die LED(s) 7 eines Lichtleiters 6 sind von einem jeweiligen Treiber 8 betreibbar dargestellt, wobei unterschiedlichen Lichtleitern 6 zugeordnete LED(s) 7 alternativ auch durch einen gemeinsamen Treiber betreibbar sein könnten. Die Treiber 8 sind an eine Netzversorgung 9 angeschlossen und erzeugen aus dem elektrischen Signal der Netzversorgung 9 ein zum Betreiben der LEDs 7 geeignetes elektrisches Signal, insbesondere Betriebsstrom. Das ausgegebene elektrische Signal ist variierbar, wozu die Treiber 8 entsprechende Steuersignale von einer Steuereinrichtung 10 erhalten.
2 zeigt ein Schaltbild einer ersten Aufbauvariante zur Beleuchtung des Ofenraums 5 des Backofens 1. Der Treiber 8 ist hier als eine Stromkonstanterschaltung ausgebildet, an dessen Ausgang ein Gleichstrom mit einer konstanten Stromstärke (Amplitude) als einen Betriebsstrom IF an die LED 7 ausgegeben wird. Der Treiber 8 ist in der Lage, den Betriebsstrom IF getaktet mit einem bestimmten Tastgrad auszugeben. Eine Schaltfrequenz des Betriebsstroms IF liegt hier zwischen 70 Hz und 100 Hz.
Der Ausgang des Treibers 8 ist mit einer Anode der LED 7 verbunden. Die Kathode der LED 7 ist mit Masse GND verbunden. Aufgrund des aufgeprägten Betriebsstrom IF fällt an der LED 7 eine gewisse elektrische Spannung ab, welche einer Durchlassspannung UF der LED 7 entspricht. Zwischen dem Ausgang des Treibers 8 und der Anode der LED 7 zweigt eine elektrische Leitung zu einem Analogeingang eines Analog/Digital-Wandlers 11 ab, so dass an dem Analogeingang die über die LED 7 abfallende Durchlassspannung UF anliegt. Die Höhe dieser Durchlassspannung UF hängt von der verwendeten LED 7 ab. Da die Höhe der Durchlassspannung UF von der Temperatur T an der Sperrschicht der LED 7 abhängt, kann bei Kenntnis der Durchlassspannung UF auf die Sperrschichttemperatur geschlossen werden und daraus z.B. auch eine Temperatur T an der Oberfläche der LED 7 und/oder deren Umgebungstemperatur abgeschätzt werden. Die Ermittlung der Temperatur T der LED 7 erfolgt z.B. durch eine Auswertung eines Kennfeldes mit der Durchlassspannung UF und ggf. dem Betriebsstrom lF als Eingangsgröße(n).
Der A/D-Wandler 11 mag somit als ein Temperaturbestimmungsmittel oder eine Komponente eines Temperaturbestimmungsmittels zum Bestimmen einer Temperatur T der LED(s) 7 dienen. Im Falle mehrerer seriell verschalteter LEDs 7 mag die Durchlassspannung UF einer LED 7 beispielsweise durch Teilen des Werts der an dem Analogeingang des A/D-Wandlers 11 anliegenden Spannung durch die Zahl der LEDs 7 abgeschätzt werden.
Ein Digitalausgang des A/D-Wandlers 11 ist mit einem Eingang der Steuereinrichtung 10 verbunden. Die Steuereinrichtung 10 ist hier eine zentrale Steuereinrichtung des Backofens 1 und steuert z.B. auch einen Lichtquellenlüfter 12 zum Kühlen der LEDs 7, einen Backofenlüfter 13 zum Kühlen z.B. der Steuereinrichtung 10 und des Treibers 8 und einen Muffellüfter 14 zum Kühlen einer Außenseite der Ofenmuffel 2. Der Lichtquellenlüfter 12 mag beispielsweise einen Kühlluftstrom auf die LEDs 7 und/oder damit verbundene Wärmeableitelemente wie z.B. einen Kühlkörper (o. Abb.) blasen. Die Steuereinrichtung 10 mag insbesondere eine Lüftungsleistung des Lichtquellenlüfters 12 einstellen, z.B. durch Anpassung einer Drehzahl. Der Lichtquellenlüfter 12 mag dazu insbesondere einen bürstenlosen Gleichstrommotor als Antrieb aufweisen.
Die Steuereinrichtung 10 ist auch dazu eingerichtet, über entsprechende Signalleitungen 15 Steuersignale zum Steuern der Treiber 8 (von denen hier nur einer dargestellt ist), insbesondere zur Anpassung oder Einstellung ihres Tastgrads, auszugeben. Die Steuereinrichtung 10 verarbeitet insbesondere die von dem A/D-Wandler 11 eingehenden Signale und wertet sie zur Anpassung des Tastgrads aus. Die Steuereinrichtung 10 mag eine weitere Komponente des Temperaturbestimmungsmittels darstellen.
Bei einem Betrieb der LEDs 7 wird also mittels des A/D-Wandlers 11 der Steuereinrichtung 10 ein Signal bereitgestellt, das einem Wert der Temperatur T an der LED 7 entspricht. Wenn die Steuereinrichtung 10 bemerkt, dass die absolute Temperatur T der LED 7 zu hohe Temperaturwerte erreicht und/oder ein Gradient der Temperatur T bzw. des Temperaturverlaufs (z.B. innerhalb der nächsten Sekunden oder Minuten) zu hohe Temperaturwerte erwarten lässt, steuert sie den zugehörigen Treiber 8 so an, das der Tastgrad des Betriebsstroms IF verringert wird. Dadurch werden eine Verlustleistung und folglich ein Wärmeeintrag an der LED 7 verringert. Auch kann die Steuereinrichtung 10 daraufhin die Lüftungsleistung des Lichtquellenlüfters 12 erhöhen, z.B. indem sie ihn anschaltet oder seine Drehzahl im laufenden Betrieb erhöht. Ist die Temperatur T an der LED 7 ausreichend gesunken, mag der Tastgrad wieder erhöht werden und/oder mag die Lüftungsleistung des Lichtquellenlüfters 12 wieder verringert werden.
Die Anpassung des Tastgrads und ggf. der Lüftungsleistung des Lichtquellenlüfters 12 kann beispielsweise dadurch ausgelöst werden, dass der absolute Wert der Temperatur T an der LED 7 und/oder der Gradient der Temperatur T einen bestimmten (Temperatur-)Schwellwert erreicht oder überschreitet. Dies kann in mehreren Stufen entsprechend mehrerer (Temperatur-)Schwellwerte geschehen. So mag mit Erreichen oder Überschreiten eines ersten Schwellwerts der Tastgrad erniedrigt werden und ggf. die Drehzahl des Lichtquellenlüfters 12 erhöht werden, mit Erreichen oder Überschreiten eines zweíten, höheren Schwellwerts der Tastgrad noch weiter erniedrigt werden und ggf. die Drehzahl des Lichtquellenlüfters 12 noch weiter erhöht werden usw. Umgekehrt mag mit Erreichen oder Unterschreiten des zweiten Schwellwerts der Tastgrad wieder erhöht werden und ggf. die Drehzahl des Lichtquellenlüfters 12 wieder erniedrigt werden usw.
In Abhängigkeit von der Temperatur T der LED 7 ist auch eine Kühlleistung des Muffellüfters 14 anpassbar, um z.B. durch verstärktes Kühlen der Außenseite der Ofenmuffel 2 einen Wärmeübertrag von der Ofenmuffel 2 auf die LED 7 oder die Umgebung der LED 7 zu verringern.
Jedoch ist die Einstellung des Tastgrads und ggf. der Lüftungsleistung des Lichtquellenlüfters 12 nicht auf ein Erreichen, Überschreiten oder Unterschreiten von Schwellwerten beschränkt. So mögen zur Bestimmung des einzustellenden Tastgrads und ggf. der Lüftungsleistung Algorithmen genutzt werden, welche z.B. Temperatur/Zeit-Profile auswerten.
Durch geeignete Algorithmen können auch Toleranzen oder Alterungseffekte der LEDs 7 im berücksichtigt werden, etwa durch beständiges Messen der Durchlassspannung UF bei kalter LED 7, wodurch immer ein neuer Bezugspunkt gewonnen wird.
3 zeigt ein Schaltbild einer zweiten Aufbauvariante zur Beleuchtung des Ofenraums 5 des Backofens 1. Zusätzlich zu der in 2 gezeigten ersten Aufbauvariante ist die Steuereinrichtung 10 mit einem Temperaturfühler 16 zum Abfühlen einer Ofentemperatur T2 in dem Ofenraum 5 verbunden, z.B. mit einem Pt100-Element. Der Temperaturfühler 16 kann anstehende Erwärmungen häufig besonders frühzeitig erfassen. Dabei wird angenommen, dass eine Änderung der Ofentemperatur T2 zu einer entsprechend gerichteten Änderung der Temperatur T an mindestens einer der LEDs 7 führt. Der Tastgrad des Betriebsstroms IF und ggf. die Lüftungsleistung des Lichtquellenlüfters 12 mag zusätzlich oder alternativ zu der Temperatur der LED 7 in Abhängigkeit von der Ofentemperatur T2 eingestellt werden.
4 zeigt ein Schaltbild einer dritten Aufbauvariante zur Beleuchtung des Ofenraums 5 des Backofens 1. Im Gegensatz zu der in 2 gezeigten ersten Aufbauvariante weist der Betriebsstrom IF nun keine konstante Höhe oder Stärke mehr auf. Zur Bestimmung der Temperatur T der LED 7 wird folglich von der Steuereinrichtung 10 auch die Stärke oder Höhe des Betriebsstroms IF erfasst, hier über den A/D-Wandler 11 (wie durch den gestrichenen Pfeil angedeutet). Dazu mag in der elektrischen Leitung der LED 7 eine Strommessvorrichtung einkoppelt sein (o. Abb.), z.B. ein Shunt. Die Ermittlung der Temperatur T der LED 7 erfolgt z.B. durch eine Auswertung eines Kennfeldes mit dem gemessenen Betriebsstrom IF und der gemessenen Durchlassspannung UF als Eingangsgrößen.
5 zeigt ein Schaltbild einer vierten Aufbauvariante zur Beleuchtung des Ofenraums 5 des Backofens 1. Im Gegensatz zu der in 2 gezeigten ersten Aufbauvariante wird die Temperatur T an oder in der Nähe der LED 7 nun nicht über die Durchlassspannung UF bestimmt, sondern mittels eines Temperatursensors 17, der an oder in der Nähe der LED 7 angeordnet ist. Der Temperatursensor 17 ist bevorzugt ein NTC-Widerstand, welcher über den A/D-Wandler 11 mit der Steuereinrichtung 10 verbunden ist. Die Steuereinrichtung 10 mag den Tastgrad und ggf. eine Lüftungsleistung mittels der durch den Temperatursensor 17 abgefühlten Temperatur T anpassen.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste

1: Backofen
2: Ofenmuffel
3: Beschickungsöffnung
4: Backofentür
5: Ofenraum
6: Lichtleiter
7: LED
8: Treiber
9: Netzversorgung
10: Steuereinrichtung
11: A/D-Wandler
12: Lichtquellenlüfter
13: Backofenlüfter
14: Muffellüfter
15: Signalleitung
16: Temperaturfühler
17: Temperatursensor
IF: Betriebsstrom
T: Temperatur der LED
T2: Ofentemperatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5618460 [0003]
DE 29718343 U1 [0004]
DE 102009027912 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN IEC 60469-1 [0015]

Claims

Haushaltsgerät (1), aufweisend – mindestens eine Halbleiterlichtquelle (7), insbesondere LED, – mindestens einen Treiber (8) zum Versorgen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (7) mit einem Betriebsstrom (IF) und – mindestens ein Temperaturbestimmungsmittel (10, 11; 10, 11, 16; 10, 17) zum Bestimmen einer Temperatur (T, T2) in dem Haushaltsgerät (1), dadurch gekennzeichnet, dass – der mindestens eine Treiber (8) zum Versorgen der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (7) mit einem getakteten Betriebsstrom (IF) eingerichtet ist und – ein Tastgrad des getakteten Betriebsstroms (IF) in Abhängigkeit von der Temperatur (T, T2) einstellbar ist.
Haushaltsgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastgrad in Abhängigkeit von einer Temperatur (T) der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (7) einstellbar ist.
Haushaltsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (7) durch Ermitteln einer Durchlassspannung (UF) der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (7) bestimmbar ist.
Haushaltsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der getaktete Betriebsstrom (IF) eine Schaltfrequenz zwischen 60 Hz und 120 Hz, insbesondere zwischen 70 Hz und 100 Hz, aufweist
Haushaltsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (1) eine Steuereinrichtung (10) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, ein von der Temperatur (T, T2) abhängiges Steuersignal an den Treiber (8) auszugeben, mittels welchem durch den Treiber (8) ein zugehöriger Tastgrad einstellbar ist.
Haushaltsgerät (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) zumindest ein Element des Temperaturbestimmungsmittels (10, 11; 10, 11, 16; 10, 17) darstellt.
Haushaltsgerät (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6 in Kombination mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturbestimmungsmittel (10, 11) ferner einen A/D-Wandler (11) aufweist, welcher A/D-Wandler mit seinem digitalen Ausgang mit der Steuereinrichtung (10) verbunden ist und mit seinem analogen Eingang mit einer Anodenseite mindestens einer Halbleiterlichtquelle (7) verbunden ist.
Haushaltsgerät (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturbestimmungsmittel (10, 17) mindestens einen Temperatursensor (17), insbesondere NTC-Widerstand, aufweist, welcher über einen A/D-Wandler (11) mit einem Signaleingang der Steuereinrichtung (10) verbunden ist.
Haushaltsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (1) mindestens einen Lüfter (12) zum Erzeugen eines mindestens eine Halbleiterlichtquelle (7) kühlenden Luftstroms aufweist, wobei ein Betrieb des Lüfters (12) in Abhängigkeit von der Temperatur (T, T2) einstellbar ist.
Haushaltsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (1) einen Garraum (5) aufweist und der Tastgrad des getakteten Betriebsstroms (IF) in Abhängigkeit von einer Temperatur (T2) des Garraums (5) einstellbar ist.
Haushaltsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tastgrad des getakteten Betriebsstroms (IF) verringerbar ist, falls mindestens ein Wert der Temperatur (T) und/oder ein Temperaturgradient einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet.
Haushaltsgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät (1) einen durch eine Muffel (2) begrenzten Garraum und einen Lüfter (14) zum Erzeugen eines die Muffel (2) außenseitig kühlenden Luftstroms aufweist, wobei ein Betrieb dieses Lüfters (14) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) einstellbar ist.
Verfahren zum Betreiben mindestens einer mittels eines einstellbaren Betriebsstroms betreibbaren Halbleiterlichtquelle (7) eines Haushaltsgeräts (1), wobei das Verfahren mindestens die folgenden Schritte aufweist: – Betreiben der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (7) mittels eines taktbaren Betriebsstroms (IF); – Bestimmen einer Temperatur (T, T2) in dem Haushaltsgerät (1); und – Einstellen eines Tastgrads des taktbaren Betriebsstroms (IF) in Abhängigkeit von der bestimmten Temperatur (T, T2).