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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Haushaltsgerät, insbesondere ein Wäschebehandlungsgerät, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen elektronischen Haushaltsgeräts.
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Elektronische Haushaltsgeräte weisen üblicherweise einen Elektromotor (elektrische Maschine) und mehrere weitere elektrische Verbraucher auf, die alle über einen Netzanschluss mit elektrischer Energie versorgt werden. Es ist dabei ein ständiges Bestreben, den Energieverbrauch der elektronischen Haushaltsgeräte so weit wie möglich zu reduzieren. Dem Verbraucher wird dies anhand entsprechender Energieeffizienzklassen angezeigt, mit denen die elektronischen Haushaltsgeräte im Handel gekennzeichnet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes elektronisches Haushaltsgerät und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Haushaltsgeräts zu schaffen, mit denen der Energieverbrauch des elektronischen Haushaltsgeräts reduziert werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektronisches Haushaltsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Haushaltsgeräts mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das elektronische Haushaltsgerät der Erfindung weist eine elektrische Maschine, welche auch generatorisch betreibbar ist, wenigstens einen (weiteren) elektrischen Verbraucher und einen Energiebus, der einerseits mit einem Netzanschluss verbunden ist und andererseits mit der elektrischen Maschine und dem wenigstens einen elektrischen Verbraucher verbunden ist. Das Haushaltsgerät der Erfindung ist ferner derart ausgestaltet, dass die elektrische Maschine eine im generatorischen Betrieb gewonnene elektrische Energie in den Energiebus einspeist.
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Es ist bekannt, dass elektrische Maschinen wie Elektromotoren auch generatorisch betrieben werden können. So kann die elektrische Maschine zum Beispiel während eines Bremsbetriebs aus der kinetischen Energie eines von der elektrischen Maschine angetriebenen Aggregats (z. B. Wäschetrommel) elektrische Energie(rück-)gewinnen. Diese generatorisch gewonnene Energie der elektrischen Maschine wird bei dem elektronischen Haushaltsgerät der Erfindung genutzt, um den Energieverbrauch des Haushaltsgeräts zu senken, indem sie in den Energiebus eingespeist wird, von dem aus die Energie wieder zur freien Verfügung steht.
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Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen (vgl. z. B.
DE 10 2010 027 158 B4 ), bei denen die generatorisch gewonnene Energie nur in Ausnahmesituationen wie beispielsweise Fehlfunktionen der Motorsteuerung oder einem Netzausfall genutzt wird, um die Energie direkt einem vorbestimmen Verbraucher wie beispielsweise einem steuerbaren Schwingungsdämpfer zur Verfügung zu stellen, wird bei dem elektronischen Haushaltsgerät der Erfindung (auch) während eines Normalbetriebs, in dem die elektrische Maschine zumindest zeitweise generatorisch arbeiten kann, elektrische Energie von der generatorisch arbeitenden elektrischen Maschine zurückgewonnen und dem gesamten System über den Energiebus wieder zur Verfügung gestellt. Durch die Bereitstellung eines (zentralen) Energiebusses ist es möglich, die generatorisch gewonnene Energie dem System optimal zur Verfügung zu stellen (optimales Energiemanagement) und so den Energieverbrauch auch im Normalbetrieb des elektronischen Haushaltsgerätes deutlich zu senken.
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Die Erfindung ist in vorteilhafter Weise bei Wäschebehandlungsgeräten wie Waschmaschinen, Wäschetrocknern und dergleichen anwendbar. In diesem Fall ist die elektrische Maschine bevorzugt als ein Elektromotor ausgestaltet, der eine Wäschetrommel antreibt, und die elektrische Energie wird generatorisch aus einer Drehbewegung der Wäschetrommel gewonnen.
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Vorzugsweise ist der Energiebus als ein Gleichspannungsbus mit Stützkapazität ausgestaltet. Der Kapazitätswert der Stützkapazität liegt bevorzugt im Bereich von etwa 1 bis 1.000 μF.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung versorgt der Energiebus mit der von der elektrischen Maschine im generatorischen Betrieb eingespeisten elektrischen Energie wenigstens einen des wenigstens einen elektrischen Verbrauchers mit Energie.
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Bei den elektrischen Verbrauchern, die mit der generatorisch gewonnenen Energie versorgt werden können, handelt es sich bevorzugt um elektromagnetische Verbraucher, Motorsteuerungen, Motoren, Ventile, Pumpen, elektromagnetische Stellglieder, steuerbare Schwingungsdämpfer, Bedien- und/oder Anzeigevorrichtungen, Kommunikationsvorrichtungen, Hilfssteuerungen und dergleichen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Haushaltsgerät gehen der Energieverbrauch und damit die externe Leistungsaufnahme über den Netzanschluss zumindest in den Betriebsphasen, in denen über die elektrische Maschine elektrische Energie generatorisch gewonnen werden kann, zurück. Ist die generatorisch gewonnene und in den Energiebus eingespeiste Leistung größer als der aktuelle Energieverbrauch der angeschlossenen elektrischen Verbraucher, so kann der Energieverbrauch des Haushaltsgeräts in diesen Phasen bis auf Null oder quasi Null zurückgehen.
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Im Fall einer Waschmaschine als elektronischem Haushaltsgerät wird zum Beispiel eine auslaufende Wäschetrommel generatorisch gebremst, sodass die aus dem Trommelantrieb gewonnene generatorische Energie genutzt werden kann, die elektromagnetischen Ventile für den nächsten Füllvorgang anzusteuern. Dies ist insbesondere deshalb auf einfache Weise möglich, da der Trommelantrieb und die elektromagnetischen Ventile mit einem gemeinsamen Energiebus verbunden sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung speist der Energiebus die von der elektrischen Maschine im generatorischen Betrieb eingespeiste elektrische Energie in den Netzanschluss zurück.
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Diese Ausgestaltung ist besonders bevorzugt mit der vorgenannten Ausgestaltung kombinierbar. In diesem Fall kann der Leistungsverbrauch des elektronischen Haushaltsgeräts aus dem Versorgungsnetz zumindest zeitweise sogar negativ werden, wenn die überschüssige Energie, die von den anderen elektrischen Verbrauchern des Haushaltsgeräts nicht benötigt wird, über den Netzanschluss in das Versorgungsnetz zurückgespeist wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Energiebus zudem mit einem Energiespeicher zum Zwischenspeichern der von der elektrischen Maschine im generatorischen Betrieb eingespeisten elektrischen Energie verbunden.
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Auch diese Ausgestaltung ist besonders bevorzugt mit einer oder beiden vorgenannten Ausgestaltungen kombinierbar. So kann die überschüssige generatorisch gewonnene elektrische Energie, die von den anderen elektrischen Verbrauchern des Haushaltsgeräts nicht benötigt wird, über den Energiebus in dem Energiespeicher zwischengespeichert werden. Falls der Energiespeicher voll geladen ist, kann die überschüssige generatorisch gewonnene Energie über den Netzanschluss in das Versorgungsnetz zurückgespeist werden.
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Bei dem Energiespeicher handelt es sich zum Beispiel um eine wiederaufladbare Batterie (Akkumulator), einen Speicherkondensator, einen Supercap-Speicher oder dergleichen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Energiebus mit einer zentralen Steuereinrichtung des elektronischen Haushaltsgeräts verbunden oder kombiniert. Vorzugsweise bildet der Energiebus einen Bestandteil der zentralen Steuereinrichtung des elektronischen Haushaltsgeräts.
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Gegenstand der Erfindung ist auch eine Steuereinrichtung für ein elektronisches Haushaltsgerät, aufweisend einen Energiebus, der einerseits mit einem Netzanschluss verbindbar ist und andererseits mit einer elektrischen Maschine, welche zumindest zweitweise generatorisch betreibbar ist, und wenigstens einem elektrischen Verbraucher verbindbar ist, wobei der Energiebus ausgestaltet ist, um eine von der elektrischen Maschine im generatorischen Betrieb gewonnene elektrische Energie aufzunehmen. Besonders bevorzugt ist diese Steuereinrichtung für ein oben beschriebenes elektronisches Haushaltsgerät der Erfindung ausgestaltet.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Betreiben eines elektronischen Haushaltsgeräts, bei welchem eine elektrische Maschine zumindest zeitweise generatorisch betrieben wird und die von der elektrischen Maschine im generatorischen Betrieb gewonnene elektrische Energie in einen Energiebus eingespeist wird, welcher einerseits mit einem Netzanschluss verbunden ist und andererseits mit wenigstens einem elektrischen Verbraucher zur Energieversorgung desselben verbunden ist.
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Besonders bevorzugt ist dieses Verfahren zum Betreiben eines oben beschriebenen elektronischen Haushaltsgeräts der Erfindung ausgestaltet.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die von der elektrischen Maschine im generatorischen Betrieb gewonnene und in den Energiebus eingespeiste elektrische Energie zur Energieversorgung wenigstens eines mit dem Energiebus verbundenen elektrischen Verbrauchers verwendet, in den Netzanschluss zurückgespeist oder in einem mit dem Energiebus verbundenen Energiespeicher zwischengespeichert.
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Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen:
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1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Wäschebehandlungsgeräts gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung einer ersten Variante der Erfindung für die zentrale Steuereinrichtung des Wäschebehandlungsgeräts von 1;
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3 eine schematische Darstellung einer zweiten Variante der Erfindung für die zentrale Steuereinrichtung des Wäschebehandlungsgeräts von 1; und
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4 einen zeitlichen Verlauf verschiedener Betriebsparameter (Drehzahl der Wäschetrommel, Leistungsaufnahme aus dem Netz, Schaltzustände des Zulaufventils und der Wasserpumpe) des Wäschebehandlungsgeräts von 1.
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In 1 ist eine Waschmaschine 10 als Beispiel eines elektronischen Haushaltsgeräts der Erfindung dargestellt.
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Die Waschmaschine 10 weist einen Laugenbehälter 12 und eine in dem Laugenbehälter 12 drehbar gelagerte Wäschetrommel 14 zum Aufnehmen der zu behandelnden Wäsche auf. Die Drehachse der Wäschetrommel 14 ist zum Beispiel im Wesentliche horizontal orientiert (Frontlader) oder im Wesentlichen vertikal orientiert (Toplader). Die Wäschetrommel 14 wird von einem Elektromotor 16 (elektrische Maschine) direkt oder indirekt über eine Antriebsverbindung 18 (z. B. Keilriemen) angetrieben.
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Der Elektromotor 16 wird von einer zentralen Steuereinrichtung 20 der Waschmaschine 10 angesteuert, welche zu diesem Zweck vorzugsweise eine Motorsteuerung oder einen Motorsteuerabschnitt enthält. Die zentrale Steuereinrichtung 20 und damit auch die gesamte Waschmaschine 10 werden zur Energieversorgung über einen Netzanschluss 22 mit einem Versorgungsnetz verbunden.
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Die zentrale Steuereinrichtung 20 der erfindungsgemäßen Waschmaschine 10 weist einen Energiebus 24 auf. Dieser Energiebus 24 ist bevorzugt als ein Gleichspannungsbus mit Stützkapazität C ausgestaltet. Die Stützkapazität C hat beispielsweise eine Kapazität im Bereich von etwa 1 bis 1.000 μF.
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Der Energiebus 24 der zentralen Steuereinrichtung 20 ist einerseits mit dem Netzanschluss 22 verbunden, um Energie aus dem Versorgungsnetz zu beziehen (Pfeil P1). Andererseits ist der Energiebus 24 mit dem Elektromotor 16 verbunden, um diesen mit elektrischer Energie zu versorgen und von diesem generatorisch gewonnene Energie zu beziehen (Doppelpfeil P2).
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Ferner ist der Energiebus 24 der zentralen Steuereinrichtung 20 mit weiteren elektrischen Verbrauchern 31–38 der Waschmaschine 10 verbunden, um diese mit elektrischer Energie zu versorgen. Zu diesen elektrischen Verbrauchern zählen in diesem Ausführungsbeispiel eine Wasserweiche 31 mit einem Magnetventilblock, ein elektromagnetisches Zulaufventil 32 mit „Aquastop”-Funktion, eine Ablaufpumpe 33, ein Heizstab 34, ein Temperaturfühler 35, ein Druckschalter 36 und eine Bedien- und Anzeigevorrichtung 38 in der Bedienblende.
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Außerdem wird auch die Steuereinrichtung 20 selbst über den Energiebus 24 mit elektrischer Energie versorgt.
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Der Energieverbrauch dieser Waschmaschine 10 kann im Vergleich zu herkömmlichen Waschmaschinen deutlich gesenkt werden. So kann zum Beispiel nach einem Zwischenschleudern die Wäschetrommel 14 durch den Elektromotor 16 abgebremst und die dabei generatorisch gewonnene Energie in den Energiebus 24 der zentralen Steuereinrichtung 20 eingespeist werden. Während des Bremsvorgangs kann die Waschmaschine 10 ohne Leistungsaufnahme P1 von dem Netzanschluss 22 autark betrieben werden und zum Beispiel bereits die elektromagnetischen Ventile der Wasserweiche 31 für die Befüllung des nächsten Spülvorgangs ansteuern. In gleicher Weise könnte auch die Ansteuerung der Ablaufpumpe 33 zum Beispiel für ein Intervallschleudern aus generatorisch gewonnener und in den Energiebus 24 eingespeister Energie erfolgen.
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2 zeigt eine Variante der zentralen Steuereinrichtung 20. In der Ausführungsvariante von 2 ist der Energiebus 24 der Steuereinrichtung 20 zudem mit einem Energiespeicher 26 (z. B. Batterie, Kondensator, Supercap, etc.) verbunden. Die vom Elektromotor 16 zum Beispiel im Bremsbetrieb der Wäschetrommel 14 generatorisch gewonnene und in den Energiebus 24 eingespeiste Energie kann so in dem Energiespeicher 26 zwischengespeichert werden. Das Zwischenspeichern der elektrischen Energie in den Zwischenspeicher 26 erfolgt insbesondere dann, wenn die elektrischen Verbraucher 31–38 der Waschmaschine 10 die generatorisch gewonnene Energie nicht vollständig benötigen und somit ein Überschuss an elektrischer Energie vorhanden ist.
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3 zeigt eine weitere Variante der zentralen Steuereinrichtung 20. In der Ausführungsvariante von 3 ist auch der Energiefluss P1 zwischen dem Netzanschluss 22 und dem Energiebus 24 der Steuereinrichtung 20 bidirektional ausgestaltet. Die vom Elektromotor 16 zum Beispiel im Bremsbetrieb der Wäschetrommel 14 generatorisch gewonnene und in den Energiebus 24 eingespeiste Energie kann so über den Netzanschluss 22 in das Versorgungsnetz zurückgespeist werden. Dieses Rückspeisen der elektrischen Energie in das Versorgungsnetz erfolgt beispielsweise dann, wenn die elektrischen Verbraucher 31–38 der Waschmaschine 10 die generatorisch gewonnene Energie nicht vollständig benötigen und somit ein Überschuss an elektrischer Energie vorhanden ist. Durch die Rückspeisung der überschüssigen elektrischen Energie in das Versorgungsnetz kann für die Waschmaschine 10 zeitweise ein negativer Energieverbrauch vorliegen.
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Die beiden Ausführungsvarianten der zentralen Steuereinrichtung 20 von 2 und 3 können wahlweise auch miteinander kombiniert werden. In diesem Fall kann die vom Elektromotor 16 zum Beispiel im Bremsbetrieb der Wäschetrommel 14 generatorisch gewonnene und in den Energiebus 24 eingespeiste Energie, welche von den elektrischen Verbrauchern 31–38 nicht vollständig benötigt wird, zum Beispiel zunächst im Energiespeicher 26 zwischengespeichert werden und dann, wenn der Energiespeicher 26 vollständig geladen ist, über den Netzanschluss 22 in das Versorgungsnetz zurückgespeist werden.
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Die zentrale Steuereinrichtung 20 ist ausgestaltet, um mit Hilfe des zentralen Energiebusses 24 ein optimales Energiemanagement für die Waschmaschine 10 auszuführen. Der Energieverbrauch der Waschmaschine 10 kann auf diese Weise deutlich reduziert werden. Je mehr elektrische Verbraucher der Waschmaschine 10 mit dem Energiebus 24 der zentralen Steuereinrichtung 20 verbunden sind, umso mehr Steuerungsmöglichkeiten zur Optimierung des Energiemanagements stehen der zentralen Steuereinrichtung 20 zur Verfügung.
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In 4 ist beispielhaft ein zeitlicher Verlauf verschiedener Betriebsparameter der Waschmaschine 10 von 1 veranschaulicht. Dabei zeigen Teilfigur 4a) einen zeitlichen Verlauf der Drehzahl Ndrum der Wäschetrommel 14, Teilfigur 4b) einen zeitlichen Verlauf der Leistungsaufnahme P1 des Energiebusses 24 über den Netzanschluss 22 aus dem Versorgungsnetz, Teilfigur 4c) einen zeitlichen Verlauf des Schaltzustandes (on/off) des Zulaufventils 32, und Teilfigur 4d) einen zeitlichen Verlauf des Schaltzustandes (on/off) der Ablaufpumpe 33.
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Nach dem Ende des Zwischenschleuderns zum Zeitpunkt tV1 gewinnt der Elektromotor 16 aus der kinetischen Energie der nachlaufenden Wäschetrommel 16 elektrische Energie und speist diese in den Energiebus 24 der zentralen Steuereinrichtung 20 ein. Obwohl von der Steuereinrichtung 20 bereits die Ventile 31, 32 für den Spülzyklus angesteuert werden (vgl. Teilfigur 4c), geht die vom Energiebus 24 aus dem Versorgungsnetz entnommene Leistung P1 im Zeitintervall tV1 bis tV2 auf Null zurück (vgl. Teilfigur 4b).
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In einer weiter energieoptimierten Ausführungsvariante könnten der Trommelauslauf und der Bremsvorgang genau auf den Energieverbrauch und den zeitlichen Verlauf der Leistungsaufnahme der Ventile 31, 32 abgestimmt werden. Auf diese Weise könnte die gesamte generatorisch gewonnene elektrische Energie weitgehend für das Öffnen der Ventile eingesetzt werden.
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Beim späteren End- und Intervallschleudern geht die aus dem Versorgungsnetz entnommene Leistung P1 ebenfalls teilweise auf Null zurück (vgl. Zeitintervall tP1 bis tP2), obwohl die Ablaufpumpe 33 angesteuert wird (vgl. Teilfigur 4d).
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Bei der Ausführungsvariante von 3 kann in den Zeitintervallen tV1 bis tV2 und tP1 bis tP2 ggf. zusätzlich sogar ein Überschuss an generatorisch gewonnener Energie in das Versorgungsnetz zurückgespeist werden (vgl. gestrichelte Linie in Teilfigur 4b). Bei der Ausführungsvariante von 2 könnte in diesen Zeitintervallen ggf. ein Überschuss an generatorisch gewonnener Energie in den Energiespeicher 26 geladen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wäschebehandlungsgerät
- 12
- Laugenbehälter
- 14
- Wäschetrommel
- 16
- elektrische Maschine, Elektromotor
- 18
- Antriebsverbindung
- 20
- zentrale Steuereinrichtung
- 22
- Netzanschluss
- 24
- Energiebus
- 26
- Energiespeicher, Batterie
- 31
- Wasserweiche mit Magnetventilblock
- 32
- Zulaufventil mit „Aquastop”
- 33
- Ablaufpumpe
- 34
- Heizstab
- 35
- Temperaturfühler
- 36
- Druckschalter
- 38
- Bedien- und Anzeigevorrichtung
- C
- Stützkapazität des Energiebusses
- P1
- Verbindung zwischen Energiebus und Netzanschluss
- P2
- Verbindung zwischen Energiebus und elektrischer Maschine
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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