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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät mit einem elektromagnetischen Türverriegelungsmechanismus, der eine Spule mit einem beweglichen Kern umfasst, der zwischen einem Entriegelungszustand und einem Verriegelungszustand verschiebbar ist.
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Bei gegenwärtig eingesetzten magnetischen Verriegelungssystemen wird eine elektrische Verbindung zum Steuerungssystem hergestellt, um einen zusätzlichen elektrischen Kontakt auszuwerten. Ein Riegel ist mit einem elektrischen Schaltkontakt mechanisch gekoppelt. Der Schaltzustand des Kontaktes wird durch ein elektrisches oder elektronisches Steuerungssystem ermittelt. Der elektrische Kontakt und dessen Anschluss werden bei der Herstellung des Haushaltsgerätes aufwändig montiert. Die zusätzlichen elektrischen Bauteile erhöhen die Ausfallwahrscheinlichkeit des Verriegelungssystems.
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Insbesondere sollte kein Signalzustand des Kontaktes erkannt werden, der nicht der mechanischen Position eines Riegels entspricht. Dies ist bei einem Fehler, bei dem das Rückmeldesignal dauerhaft kurzgeschlossen ist, nur mittelbar über Plausibilitätstests möglich. Dazu muss das Verriegelungssystem angesteuert werden, um die Plausibilität des Rückmeldesignals zu testen. In bestimmten Betriebszuständen des Haushaltsgerätes darf jedoch ein Türverriegelungsmechanismus nicht entriegelt werden, weil das Öffnen der Tür zu einer Gefährdung führen kann. Die Verriegelung einer Tür von Waschmaschinen sollte Teil eines Sicherheitssystems zum Schutz gegen Gefährdungen sein, so dass ein Einfassen in eine rotierende Trommel verhindert wird.
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Die Druckschrift
WO 2010/ 065 828 A1 beschreibt beispielsweise einen Türverschluss mit polarisiertem bistabilem elektromagnetischem Antrieb.
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Die Offenlegungsschrift
JP 2005 -
155 175 A zeigt einen Verschlussmechanismus für eine Waschmaschine.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2007 031 886 A1 zeigt ein Haushaltsgerät mit selbstdiagnosefähiger Türschlossstellungs-Erfassungseinrichtung.
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Die Offenlegungsschrift
DE 197 04 062 A1 zeigt ein elektromagnetisch betätigtes Schloss.
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Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein Haushaltsgerät anzugeben, bei dem der Verriegelungszustand eines Türverriegelungsmechanismus auf einfache Weise erfasst werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Figuren, der Beschreibung und der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Haushaltsgerät mit einem elektromagnetischen Türverriegelungsmechanismus gelöst, der eine Spule mit einem beweglichen Kern umfasst, der zwischen einem Entriegelungszustand und einem Verriegelungszustand verschiebbar ist, bei dem die Spule in dem Entriegelungszustand eine erste Induktivität aufweist und die Spule in dem Verriegelungszustand eine zweite Induktivität aufweist und das Haushaltgerät eine Einrichtung zum Bestimmen der Induktivität der Spule umfasst, um den Entriegelungszustand oder den Verriegelungszustand des Kerns zu erfassen. Die erste Induktivität ist unterschiedlich zu der zweiten Induktivität. Dadurch wird beispielsweis der technische Vorteil erreicht, dass über die Bestimmung der Induktivität der Spule der Verriegelungszustand des Türverriegelungsmechanismus erfasst werden kann. Eine Position des Kerns als Riegel kann direkt kontaktlos erfasst werden.
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Unter einem Haushaltsgerät wird ein Gerät verstanden, das zur Haushaltsführung eingesetzt wird. Das kann ein Haushaltsgroßgerät sein, wie beispielsweise eine Waschmaschine, ein Wäschetrockner, eine Geschirrspülmaschine, ein Gargerät, eine Dunstabzugshaube oder ein Kältegerät, wie z.B. ein Kühlschrank, ein Gefrierschrank oder eine Kühlgefrierkombination. Das kann aber auch ein Haushaltskleingerät sein, wie beispielsweise ein Warmwasserbereiter, ein Kaffeevollautomat, eine Küchenmaschine oder ein Staubsauger. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Haushaltsgerät eine Waschmaschine, deren Tür mit dem elektromagnetischen Türverriegelungsmechanismus gesichert ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Haushaltsgerätes weist der Kern in einem Entriegelungszustand eine erste Endlage mit einer ersten Induktivität und in dem Verriegelungszustand eine zweite Endlage mit einer zweiten Induktivität auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich durch die asymmetrische Anordnung der Endlagen auf einfache Weise unterschiedliche Induktivitäten erzeugen lassen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Haushaltsgerätes umfasst der Kern eine inhomogene Verteilung eines ferromagnetischen Werkstoffs. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die Asymmetrie des Kerns eine symmetrische Anordnung der Endlagen ermöglicht wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Haushaltsgerätes wird die inhomogene Verteilung durch Absätze, Nuten oder Bohrungen erreicht, die einseitig eine Eisendichte des Kerns verringern. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich die inhomogene Verteilung auf einfache Weise erzeugen lässt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Haushaltsgerätes umfasst der Kern einen Kunststoff, der eine inhomogene Verteilung aus ferromagnetischen Partikeln umfasst. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich beliebige inhomogene Verteilungen erzeugen lassen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Haushaltsgerätes weist die Spule eine asymmetrische Konstruktion entlang einer Bewegungsrichtung des Kerns auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein symmetrischer Kern verwendet werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Haushaltsgerätes ist die asymmetrische Konstruktion durch eine Kegelform der Spule gebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich die Asymmetrie auf einfache Weise erzeugen lässt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Haushaltsgerätes ist die asymmetrische Konstruktion durch einen Absatz in einer Wickelnut oder eine Vertiefung in einer Wickelnut gebildet. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass sich die Asymmetrie auf einfache Weise erzeugen lässt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Haushaltsgerätes umfasst der Kern eine partielle Beschichtung mit einer elektrisch leitfähigen Schicht. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich Wirbelströme gezielt verändern lassen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Haushaltsgerätes umfasst der Kern Schlitze zum Unterdrücken von Wirbelströmen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Kraftwirkung auf die Spule unverändert bleibt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Haushaltsgerätes erstrecken sich die Schlitze bis zur Mitte des Kerns. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass Wirbelströme über einen großen Bereich des Kerns unterdrückt werden können.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Haushaltsgerätes weist der Kern eine Zylinderform auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Kern rotationssymmetrisch ist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Haushaltsgerätes ist die Einrichtung zum Bestimmen der Induktivität ausgebildet, eine Wechselspannung auf die Spule aufzuschalten. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Induktivität der Spule genau bestimmt werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Haushaltsgerätes ist die Einrichtung zum Bestimmen der Induktivität ausgebildet, eine Amplitude und Phasenlage der Wechselspannung zu bestimmen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich die Induktivität noch genauer bestimmen lässt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Haushaltsgerätes ist die Einrichtung zum Bestimmen der Induktivität ausgebildet, eine Frequenz der Wechselspannung zu verändern. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein Frequenzgang der Induktivität bestimmt werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines Haushaltsgerätes;
- 2 eine schematische Ansicht eines elektromagnetischen Türverriegelungsmechanismus;
- 3 eine schematische Ansicht eines weiteren elektromagnetischen Türverriegelungsmechanismus;
- 4 eine schematische Ansicht eines weiteren elektromagnetischen Türverriegelungsmechanismus;
- 5 eine schematische Ansicht eines weiteren elektromagnetischen Türverriegelungsmechanismus; und
- 6 eine schematische Ansicht eines weiteren elektromagnetischen Türverriegelungsmechanismus.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Haushaltsgerätes 100. Das Haushaltsgerät 100 ist beispielsweise eine Frontladerwaschmaschine mit einer Tür 111, die mit einem Türverriegelungsmechanismus 101 gesichert ist. Die Tür 111 ist während eines Waschzyklus verschlossen. Ein Öffnen der Tür 111 wird durch den Türverriegelungsmechanismus 101 verhindert. Ein Zustand des Türverriegelungsmechanismus 101 sollte zuverlässig erfassbar sein, damit das Steuerungssystem der Frontladerwaschmaschine den Waschprozess nur dann ausführt, wenn der Verriegelungszustand gegeben ist.
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2 zeigt eine schematische Ansicht eines elektromagnetischen Türverriegelungsmechanismus 101. Bei diesem Türverriegelungsmechanismus 101 wird ein symmetrischer Aufbau verwendet. Der ferromagnetische Kern 105, auch in Verbindung mit weiteren mechanischen Bauteilen, ist der mechanische Riegel des Türverriegelungsmechanismus 101.
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Der Kern 105 ist durch die Spule 103 zwischen einem Entriegelungszustand 107-1 und einem Verriegelungszustand 107-2 je nach Stromrichtung in beide Richtungen bewegbar. Die Endlagen des Kerns 105 in dem Entriegelungszustand 107-1 und dem Verriegelungszustand 107-2 sind durch die beiden Anschläge 119 begrenzt. Die Bewegbarkeit des Kerns 105 kann durch eine permanentmagnetische Polarisation im magnetischen Kreis erzielt werden. Die Induktivität der Spule 103 im Entriegelungszustand 107-1 und im Verriegelungszustand 107-2 ist in beiden Fällen gleich.
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3 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren elektromagnetischen Türverriegelungsmechanismus 101. Die asymmetrischen Endlagen des symmetrischen Kerns 105 im Entriegelungszustand 107-1 und im Verriegelungszustand 107-2 verursachen jeweils eine unterschiedliche Induktivität der symmetrischen Spule 103. Die Asymmetrie der beiden Endlagen führt zu einer Asymmetrie der Induktivität. Eine Einrichtung zum Bestimmen der Induktivität der Spule 103 erfasst die Induktivität der Spule 103. Je nach erfasster Induktivität befindet sich der Kern 105 im Entriegelungszustand 107-1 oder im Verriegelungszustand 107-2. Der Kern 105 braucht daher nicht mechanisch mit einem elektrischen Kontakt gekoppelt sein, von dessen Schaltzustand mittelbar auf die Position des Kerns 105 und den Entriegelungszustand 107-1 oder Verriegelungszustand 107- 2 geschlossen wird.
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4 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren elektromagnetischen Türverriegelungsmechanismus 101. Die Endlagen des Kerns 105 im Entriegelungszustand 107-1 oder im Verriegelungszustand 107-2 liegen symmetrisch zu Spule 103. Allerdings weist der Kern 105 eine Asymmetrie in seiner Eisendichte auf. Ein einseitiger verringerter Eisengehalt führt zu einer unterschiedlichen Induktivität der Spule 103 in den beiden symmetrischen Endlagen des Kerns 105. Diese Asymmetrie kann beispielsweise durch eine zentrale Bohrung 113 realisiert werden. Aus der daraus resultierenden Asymmetrie der Induktivität lässt sich auch bei symmetrischen Endlagen auf die Position des Kerns 105 durch Messung der Induktivität der Spule 103 schließen.
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Im Allgemeinen lässt sich eine Asymmetrie durch eine Asymmetrie in der Verteilung des ferromagnetischen Werkstoffs des Kerns 105 erzeugen, beispielsweise durch Absätze, Nuten, oder Bohrungen, die einseitig die Eisendichte des Kerns 105 verringern. Bei Kernen 105 aus Ferriten oder aus mit ferromagnetischen Partikeln gefüllten Kunststoffen lassen sich ferromagnetische Dichteänderungen direkt einbringen.
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5 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren elektromagnetischen Türverriegelungsmechanismus 101. Eine Asymmetrie in der Bewicklung lässt über Messung der Induktivität einen Rückschluss auf die Endlage des symmetrischen Kerns 105 zu. Die Asymmetrie in der Bewicklung kann beispielsweise über den durchschnittlichen Abstand zwischen Kern 105 und einer Wicklung der Spule 103 oder eine unterschiedliche Wicklungsdichte realisiert werden. Die Asymmetrie der Bewicklung wird durch einen Absatz 117 in einer Wickelnut der Spule 103 erreicht. Die Asymmetrie in der Bewicklung führt zu einer Asymmetrie in der Induktivität, aus der sich der Entriegelungszustand 107-1 oder Verriegelungszustand 107-2 des Kerns 105 ermitteln lässt.
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Eine Konstruktion der Spule 103 erzeugt bei symmetrischem Kern 105 eine Asymmetrie in der Induktivität im Entriegelungszustand 107-1 und im Verriegelungszustand 107-2, Beispielsweise kann eine Kegelform des Körpers der Spule 103 oder eine Vertiefung in einer Wickelnut oder geeignete Kombinationen aus den genannten Merkmalen verwendet werden.
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6 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren elektromagnetischen Türverriegelungsmechanismus 101. Eine Asymmetrie im Eisengehalt oder der Magnetwirkung des Kerns 105 geht mit einer Asymmetrie der Kräfte einher.
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Ein Wechselstrom durch die Spule 103 weist gegenüber der Spannung an den Anschlüssen der Spule 103 eine Phasenverschiebung auf. Die Phasenverschiebung beträgt bei idealer Spule 103 einen Winkel von 90°, d.h. eine Spannung eilt dem Strom voraus. Die Phasenverschiebung weicht durch reale Eigenschaften der Spule 103, speziell bei Verlusten durch Wirbelströme, von einem Winkel von 90° ab. Der Wirbelstromanteil lässt sich reduzieren, indem der Kern 105 wenigstens lokal in voneinander elektrisch isolierte Segmente unterteilt wird. Die Segmente werden durch ein Einbringen einer Reihe von parallelen, sehr feinen Schlitzen 115 in einer Hälfte des Kerns 105 erzeugt. Die Segmente werden beispielsweise mit einem Laser im Wesentlichen ohne Materialverlust hergestellt.
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Der in der Spule 103 befindliche rechte Teil des Kerns 105 umfasst daher einige elektrisch lokal voneinander getrennte Sektionen. Diese sind durch die Schlitze 115 getrennt. Im Bereich der Schlitze 115 wird eine Wirbelstrombildung für den Kern 105 im Verriegelungszustand 107-2 in der linken Endlage unterdrückt. Im Entriegelungszustand 107-1 in der rechten Endlage, besteht der in der Spule 103 befindliche linke Teil des Kerns 105 aus Vollmaterial. In diesem findet eine starke Wirbelstrombildung im Kern 105 statt. Eine Asymmetrie durch die Wirbelstrombildung im Kern 105 lässt sich über die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung detektieren. Die Magnetkräfte sind in beiden Endlagen annähernd gleich, da der Eisenverlust minimal ist.
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Eine Kraftwirkung zwischen Spule 103 und Kern 105 wird durch die Schlitze 115 des Kerns 105 nur unwesentlich beeinflusst, während die Wirbelstrombildung in der geschlitzten Hälfte des Kerns 105 weitgehend unterbunden ist. Zu diesem Zweck kann ein einziger Schlitz 115 bereits ausreichen.
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Eine partielle Beschichtung des Kerns 105 mit einer elektrisch leitfähigen Schicht lässt ebenfalls Wirbelströme zu, während der Rest des Kerns 105 Wirbelströme unterdrückt. Weitere Möglichkeiten zur Beeinflussung der Wirbelströme sind eine Anzahl radialer Schlitze oder eine Anzahl von Querbohrungen. Diese Maßnahmen sind besonders für elektrisch schlecht leitfähige Kerne 105 geeignet, beispielsweise Kerne 105 aus Ferriten, aus ferromagnetisch gefüllten Kunststoffen oder aus Schichten bestehende Kerne 105. Im Allgemeinen lassen sich alle Methoden zur gezielten Einbringung von Asymmetrien miteinander kombinieren.
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Die Induktivität der Spule 103 kann mittels elektrischer Messverfahren ermittelt und unmittelbar als Information über die Position des Kerns 105 verwendet werden. Das System kann so dimensioniert werden, dass die absoluten Werte der Induktivität bekannt sind und in ausreichend engen Toleranzgrenzen liegen. Dadurch ist es möglich, den Sicherheitsanforderungen an die Türverriegelung von Haushaltsgeräten zu genügen.
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Im Allgemeinen wird das System der Spule 103 und des Kerns 105 derart gestaltet, dass eine elektrisch messbare Induktivität der Spule 103 in Abhängigkeit von der Position des Kerns 105 an den beiden Endlagen durch konstruierte Asymmetrie eine deutliche Differenz aufweisen. Die elektromagnetischen Eigenschaften des Kerns 105 als Aktor im Türverriegelungsmechanismus 101 lassen sich als Impedanz oder komplexer Widerstand frequenzabhängig direkt über die Anschlüsse der Spule 103 erfassen. Der Zustand des Türverriegelungsmechanismus 101 kann ohne zusätzlichen Kontakt mit nur zwei elektrischen Anschlüssen der Spule 103 durch die unterschiedlichen Induktivitäten ermittelt werden. Durch das Haushaltsgerät 100 umfasst daher ein System zur zuverlässigen Detektion der zwei möglichen, durch mechanische Begrenzung definierten Endlagen des beweglichen Kerns 105 in der elektromagnetischen Spule 103.
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Durch Abstimmen mechanischer oder elektromagnetischer Merkmale lässt sich die Baugruppe so trimmen, dass sich die Impedanz der Spule 103 zumindest für die beiden Endlagen des Kerns 105 zumindest für eine geeignete Frequenz messbar voneinander unterscheidet. Dadurch wird eine Detektion der aktuellen Endlage des Kerns 105 im Entriegelungszustand 107-1 und im Verriegelungszustand 107-2 ermöglicht. Zur Variation der Impedanz lassen sich die Amplitude, beispielsweise durch den Eisengehalt und/oder die Phase anpassen, beispielsweise durch Wirbelstromverluste. Die konkrete Auswahl hängt dabei im Wesentlichen von technischen Anforderungen ab.
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Der Zustand des Türverriegelungsmechanismus 101 kann ohne zusätzlichen Kontakt mit nur zwei elektrischen Anschlüssen der Spule 103 durch die unterschiedlichen Induktivitäten ermittelt werden. Eine Position des Kerns 105 als Riegel kann direkt kontaktlos erfasst werden.
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Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Haushaltsgerät
- 101
- Türverriegelungsmechanismus
- 103
- Spule
- 105
- Kern
- 107-1
- Entriegelungszustand
- 107-2
- Verriegelungszustand
- 109
- Schlitze
- 111
- Tür
- 113
- Bohrung
- 115
- Schlitze
- 117
- Absatz
- 119
- Anschlag
