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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Türöffnungsvorrichtung eines Haushaltsgeräts sowie eine Türöffnungsvorrichtung in einem Haushaltsgerät gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. Überdies betrifft die Erfindung ein Haushaltsgerät mit einer derartigen Türöffnungsvorrichtung.
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Haushaltsgeräte zur Pflege von Wäschestücken, welche über einen mittels einer Tür verschließbaren Innenraum verfügen, beispielsweise eine Waschmaschine, ein Wäschetrockner oder eine Wasch-Trockner-Kombination, verfügen üblicherweise über eine Schließeinrichtung, welche die Tür durch einen Kraftschluss in einer geschlossenen Position hält. Moderne Haushaltsgeräte können mit einer elektromechanischen Türöffnungseinrichtung zum Ausüben einer Aufdrückkraft auf die Innenseite der Haushaltsgerätetür ausgestattet sein, um den von der Schließeinrichtung ausgeübten Kraftschluss zu überwinden. Ein Haushaltsgerät mit einer solchen Türöffnungseinrichtung ist aus der
DE 10 2013 223 431 B3 sowie aus der
DE 10 2014 201 924 A1 bekannt.
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Ein solcher selbsttätiger Öffnungsvorgang muss jedoch vorgegebenen Anforderungen an die Sicherheit und den Komfort des Öffnungsvorgangs genügen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, eine Türöffnungsvorrichtung sowie ein Haushaltsgerät bereitzustellen, welche eine höhere Sicherheit und einen verbesserten Komfort beim Öffnungsvorgang der Tür bereitstellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und durch eine Türöffnungsvorrichtung sowie durch ein Haushaltsgerät gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ansteuerung einer einen elektromechanischen Aktor umfassenden Türöffnungsvorrichtung eines eine Tür umfassenden Haushaltsgeräts während eines Öffnungsvorgangs, wobei der Aktor zwei Aktoranschlüsse zur elektrischen Ansteuerung umfasst. Das Verfahren umfasst Bereitstellen einer elektrischen Versorgungsspannung zwischen einem elektrischen Versorgungsanschluss und einem elektrischen Bezugsanschluss der Türöffnungsvorrichtung, welche eine in einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Haushaltsgeräts vorgegebene Spannungsform aufweist, Bereitstellen einer elektrischen Koppelvorrichtung zum bedarfsweise Koppeln eines ersten der zwei Aktoranschlüsse an den Versorgungsanschluss und/oder eines zweiten der zwei Aktoranschlüsse an den Bezugsanschluss. Weiterhin umfasst das Verfahren Koppeln der Versorgungsspannung und der zwei Aktoranschlüsse mittels der Koppelvorrichtung in Abhängigkeit von einem pulsförmigen Koppelsignal zur elektrischen Ansteuerung des Aktors und Erzeugen einer Aufdrückkraft zur Einwirkung auf die Tür in Abhängigkeit von der elektrischen Ansteuerung des Aktors. Bei dem elektromechanischen Aktor kann es sich um einen Aktor mit einer zwischen die zwei Aktoranschlüsse geschalteten Magnetspule, vorzugsweise mit einer Zylinderspule, handeln, welche derart ansteuerbar ist, dass eine magnetische Kraft auf ein bewegliches Aktorelement ausgeübt werden kann. Vorzugsweise handelt es sich bei dem beweglichen Aktorelement um ein magnetisierbares Material, insbesondere ein ferromagnetisches Material. Das bewegliche Aktorelement kann so angeordnet sein, dass es in einer Ruhestellung zumindest teilweise außerhalb eines Innenbereichs der Magnetspule gelagert ist und bei einer elektrischen Ansteuerung des Aktors in Richtung der Magnetspule gezogen wird.
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Bei der Verwendung eines magnetisierbaren Materials als bewegliches Aktorelement beruht die Anziehung auf der Reluktanzkraft, welche auf der Änderung des magnetischen Widerstands beruht. Die resultierende Kraft ist hierbei proportional zum Quadrat des Stroms, welcher durch die Magnetspule fließt und das Magnetfeld erzeugt. Die Kraftwirkung auf das bewegliche Aktorelement ist somit unabhängig vom Vorzeichen des Stroms durch die Magnetspule, was eine derartige Ausführung des elektromechanischen Aktors auch für eine direkte Ansteuerung mit einem Wechselsignal (AC) verwendbar macht. Alternativ kann die Verwendung eines permanentmagnetischen Materials für das bewegliche Aktorelement vorgesehen sein, was bei der Verwendung einer elektrischen Versorgungsspannung in Form einer AC-Spannung eine zusätzliche Gleichrichtung zur elektrischen Ansteuerung der Magnetspule erfordert.
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Erfindungsgemäß wird das Verfahren weitergebildet durch Erzeugen des pulsförmigen Koppelsignals in Abhängigkeit von der vorgegebenen Spannungsform und/oder in Abhängigkeit von der bereitgestellten Koppelvorrichtung zur Erzielung eines zeitlichen Verlaufs der Aufdrückkraft, welcher eine ansteigende Hüllkurve aufweist. Unter Hüllkurve wird hierbei ein Kurvenzug verstanden, welcher den Graphen des zeitlichen Verlaufs der Aufdrückkraft jeweils nahe eines lokalen Minimums berührt. Im einfachsten Fall ist die Hüllkurve eine Folge von Geradenstücken. Vereinfachend kann die Hüllkurve auch dadurch ermittelt werden, dass die jeweiligen lokalen Maxima durch die Geradenstücke verbunden werden. In diesem Fall kann es vorkommen, dass die Hüllkurve den Graphen des zeitlichen Verlaufs der Aufdrückkraft in der Nähe der lokalen Maxima nicht berührt, sondern schneidet, wobei die Abweichung zu einer „idealen Hüllkurve“ vernachlässigbar klein ist. Vereinfachend lässt sich somit die Hüllkurve durch einen interpolierten, insbesondere linear interpolierten, Verlauf der lokalen Maxima mit positivem Vorzeichen des Graphen des zeitlichen Verlaufs der Aufdrückkraft beschreiben.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit üblicherweise für den Einsatz in derartigen Türöffnungsvorrichtungen verwendeten Ansteuerungen auf der Basis einer elektrischen Wechselspannung, welche eine sehr einfache Implementierung eines Ansteuerschaltkreises auf der Basis eines Triac oder eines Relais erlauben, Einschränkungen hinsichtlich der einstellbaren zeitlichen Charakteristik der Aufdrückkraft unterliegen.
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Eine aktuelle Implementierung einer Türöffnungsvorrichtung verwendet einen extra Stift, um die Tür aus ihrer geschlossenen Position zu drücken/stoßen. Dieser Stift wird geführt durch die Ansteuerung einer Magnetspule. Der Stift und die Magnetspule benötigen dabei eine bestimmte Kraft, um die Haltekraft einer Türschließeinrichtung zu überwinden. Gleichwohl muss bei der Verwendung einer AC-Ansteuerung für die Magnetspule die Energie, welche zum Öffnen der Tür benötigt wird, innerhalb der Zeit einer halben Periode (bei 50 Hertz 10 Millisekunden) verfügbar gemacht werden. Dies bedeutet, dass genug Energie innerhalb von ungefähr 10 Millisekunden verfügbar sein muss. Danach steigt die Energie in der Magnetspule nicht weiter an.
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Diese kurze Zeit führt zu einigen Nachteilen. Die Betriebsdauer eines Stoßes weißt eine größere Abhängigkeit von der Frequenz auf. Im Falle einer längeren Betriebsdauer, während der die Magnetspule aktiviert ist, können Vibrationen auftreten aufgrund der Nulldurchgänge, in denen der Strom durch die Magnetspule zu Null wird. Die Tür, das Haushaltsgerät und der Türhaltemechanismus sind mechanische Teile, welche zusammengebaut sind. Daher kann der Fall eintreten, dass sie die Einwirkung eines schnellen Stoßes der Türöffnungsvorrichtung absorbieren, indem sie ein mechanisches Filter für einen maximal 10 Millisekunden dauernden Stoß bilden. Des Weiteren ist ein großer Strompuls für die Ansteuerung des Aktors erforderlich. Weiterhin können Spannungsschwankungen zu unterschiedlichen Stoßkräften führen, aufgrund der unterschiedlichen Energie, welche innerhalb der 10 Millisekunden an die Magnetspule bereitgestellt wird. Eine Feinanpassung für Spannungen zwischen 170 Volt und 260 Volt ist damit nicht realisierbar. Um sicherzustellen, dass die Tür in jedem Fall öffnet, auch bei einer geringen Spannung in Höhe von 170 Volt AC, ist im Gegenzug ein überdimensionierter Stoß bei 260 Volt AC zu erwarten.
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Indem die Ansteuerung des Aktors so vorgenommen wird, dass der zeitliche Verlauf der Aufdrückkraft eine ansteigende Hüllkurve aufweist, kann eine höhere Sicherheit und ein verbesserter Komfort der Türöffnungsvorrichtung erzielt werden. Insbesondere kann damit verhindert werden, dass die Tür einem Benutzer heftig entgegengestoßen wird und diesen verletzt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Bereitstellen der Koppelvorrichtung und das Erzeugen des pulsförmigen Koppelsignals derart ausgeführt, dass der zeitliche Verlauf der Aufdrückkraft während einer aktiven Pulsphase des Koppelsignals eine Folge von zumindest zwei lokalen Maxima aufweist, welche jeweils auf oder nahe der ansteigenden Hüllkurve liegen, wobei ein auf ein erstes lokales Maximum der zumindest zwei lokalen Maxima zeitlich später folgendes zweites lokales Maximum der zumindest zwei lokalen Maxima einen höheren Wert aufweist als das erste lokale Maximum. Auf diese Weise kann sukzessive die Maximalkraft, welche auf die Tür ausgeübt wird, erhöht werden. Besonders bevorzugt wird das Bereitstellen der Koppelvorrichtung und das Erzeugen des pulsförmigen Koppelsignals derart ausgeführt, dass die Folge der zumindest zwei lokalen Maxima ein auf das zweite lokale Maximum zeitlich später folgendes drittes lokales Maximum aufweist, welches einen höheren Wert aufweist als das zweite lokale Maximum. Hierdurch kann die gestufte Ausübung der Öffnungskraft auf die Tür weiter verfeinert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die elektrische Versorgungsspannung durch eine Gleichspannungsquelle bereitgestellt. Hierdurch ergibt sich eine größere Flexibilität in der Art der Ansteuerung des elektromechanischen Aktors, insbesondere entfallen die Einwirkungen durch die bei Verwendung einer Wechselspannung prinzipbedingt vorhandenen Nulldurchgänge.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass die elektrische Versorgungsspannung durch eine Wechselspannungsquelle bereitgestellt wird. Vorzugsweise wird in diesem Fall ein Gleichrichter zwischen die Versorgungsspannung und den elektromechanischen Aktor geschaltet. Die Verwendung eines Gleichrichters bei Speisung aus einer Wechselspannungsquelle ermöglicht somit auch die Verwendung eines permanentmagnetischen Materials als bewegliches Aktorelement. Überdies kann hinter dem Gleichrichter, das heißt auf der gleichgerichteten Seite, an welche der Aktor angeschlossen wird, ein elektrisches Filterelement vorgesehen werden, welches eine Reduktion der durch die Nulldurchgänge der Wechselspannung verursachten Einbrüche in dem zeitlichen Verlauf der Aufdrückkraft reduziert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Koppelsignal während des Öffnungsvorgangs mit einer Folge von mehreren zeitlich zueinander beabstandeten Einzelpulsen erzeugt. Hierdurch kann der Verlauf der Aufdrückkraft, welcher eine ansteigende Hüllkurve aufweist, gemäß den Anforderungen hinsichtlich eines sicheren und komfortablen Öffnungsvorgangs der Tür optimiert werden.
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Alternativ kann das Koppelsignal während des Öffnungsvorgangs mit einem einzigen Einzelimpuls erzeugt werden. Die Form des zeitlichen Verlaufs der Aufdrückkraft und der ansteigenden Hüllkurve wird hierbei durch das elektrische Koppelelement selbst bestimmt. Durch die Auswahl eines entsprechenden, geeigneten elektrischen Koppelelements, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellt wird, kann somit der gewünschte zeitliche Verlauf der Aufdrückkraft erzielt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Koppelsignal in Abhängigkeit von einem ersten Signal, welches einen Öffnungszustand der Tür signalisiert, und/oder in Abhängigkeit von einem zweiten Signal, welches einen Verrieglungszustand der Tür signalisiert, erzeugt. Die Türöffnungsvorrichtung wird damit in die Lage versetzt, die Tür sanft zu öffnen und dabei gleichzeitig zu überprüfen, ob die Tür bereits geöffnet ist. Für den Fall, dass die Tür bereits geöffnet ist, würde die Türöffnungsvorrichtung die Ansteuerung des Aktors unterbrechen, um einen zusätzlichen Stoß auf die Tür, welcher möglicherweise einen Benutzer des Haushaltsgeräts treffen könnte, zu vermeiden. Überdies können Haushaltsgeräte mit einem Türverschlusssystem ausgestattet sein, welches außerdem eine Verriegelung der Tür bereitstellt, was insbesondere bei einer Waschmaschine in Form eines Frontladers mit einer frontseitig angebrachten Beladungsöffnung von erheblicher Bedeutung ist. Denn hierbei kann ein Wasserschaden verursacht werden, wenn die Tür geöffnet wird, während in der Trommel ein kritischer Wasserstand überschritten ist. In dem Fall einer Türverriegelung wird zweckmäßigerweise auch der Türöffnungsmechanismus blockiert, um eine Beschädigung von Komponenten des Haushaltsgeräts, insbesondere der Verriegelungsvorrichtung oder der Türöffnungsvorrichtung, zu verhindern.
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Die Erfindung geht des Weiteren aus von einer Türöffnungsvorrichtung in einem eine Tür umfassenden Haushaltsgerät, wobei die Türöffnungsvorrichtung einen elektrischen Versorgungsanschluss und einen elektrischen Bezugsanschluss umfasst, zwischen denen eine elektrische Versorgungsspannung, welche eine in einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Haushaltsgeräts vorgegebene Spannungsform aufweist, bereitstellbar ist. Des Weiteren umfasst die Türöffnungsvorrichtung einen elektromechanischen Aktor zum Erzeugen einer Aufdrückkraft zur Einwirkung auf die Tür in Abhängigkeit von einer elektrischen Ansteuerung des Aktors, der zwei Aktoranschlüsse zur elektrischen Ansteuerung umfasst, und eine elektrische Koppelvorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, zur elektrischen Ansteuerung des Aktors in Abhängigkeit von einem pulsförmigen Koppelsignal einen ersten der zwei Aktoranschlüsse an den Versorgungsanschluss und/oder einen zweiten der zwei Aktoranschlüsse an den Bezugsanschluss zu koppeln. Das pulsförmige Koppelsignal ist insbesondere ein binäres Signal, welches zwei Zustände annehmen kann, nämlich gekoppelt (Ein) und nicht gekoppelt (Aus).
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Türöffnungsvorrichtung weist die elektrische Koppelvorrichtung ein elektrisch in Serie zu dem Aktor geschaltetes Widerstandselement mit einem variablen elektrischen Widerstand auf. Insbesondere handelt es sich bei dem variablen elektrischen Widerstand um einen temperaturabhängigen Widerstand, vorzugsweise einen Heißleiter (NTC), dessen Widerstandswert einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. Ein derartiges Widerstandselement ist sowohl mit einer elektrischen Versorgungsspannung in Form einer Gleichspannung als auch einer elektrischen Versorgungsspannung in Form einer Wechselspannung verwendbar. Ausgehend von einem Ruhezustand der Türöffnungsvorrichtung, bei dem sich das Widerstandselement auf Umgebungstemperatur befindet und einen hohen Widerstandswert aufweist, führt ein Stromfluss durch das Widerstandselement zu einer Eigenerwärmung des Widerstandselements und damit zu einer Abnahme des elektrischen Widerstandswerts. Dies führt zu einem Anstieg des Stroms durch den Aktor, beispielsweise durch eine Magnetspule des Aktors, welche zwischen die zwei Aktoranschlüsse geschaltet ist, wobei im Fall eines Betriebs mit einer Wechselspannung als Versorgungsspannung korrekterweise anstelle eines Anstiegs des Stroms ein Anstieg der Amplitude des Stroms genannt werden sollte, um Missverständnisse hinsichtlich eines durch die Spannungskurvenform bedingten Rückgangs des Stromzeitwerts zu vermeiden. Somit lässt sich durch eine passende Auswahl des Widerstandselements mit auf die Magnetspule des Aktors angepassten Parametern unter Berücksichtigung der als elektrische Versorgungsspannung vorgesehenen Betriebsspannung ein zeitlicher Verlauf der Aufdrückkraft erzielen, welcher eine ansteigende Hüllkurve aufweist, sobald das Koppelsignal die elektrische Koppelvorrichtung in einen Koppel-Zustand (Ein) steuert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Türöffnungsvorrichtung weist die elektrische Koppelvorrichtung ein erstes elektronisches Schaltelement auf, welches elektrisch in Serie zu dem Aktor geschaltet ist. Für den Fall einer Gleichspannung (DC) als elektrische Versorgungsspannung ist das elektronische Schaltelement bevorzugt als Transistor ausgebildet, insbesondere als Bipolartransistor oder Feldeffekttransistor, besonders bevorzugt als Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate (MOSFET beziehungsweise IGFET). Im Falle einer Wechselspannung (AC) als Versorgungsspannung ist das erste elektronische Schaltelement bevorzugt als Zweirichtungs-Thyristortriode (Triac) oder als Relais, insbesondere als Halbleiter-Relais ausgebildet sein. Hierbei kann bevorzugt eine galvanisch getrennte Ansteuerung über eine optische Verbindung, beispielsweise über einen Lichtleiter, erfolgen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Türöffnungsvorrichtung weist die elektrische Koppelvorrichtung ein zweites elektronisches Schaltelement auf, welches elektrisch in Serie zu dem ersten elektronischen Schaltelement geschaltet ist. Somit sind der Aktor, welcher elektrisch durch eine zwischen den zwei Aktoranschlüssen angeschlossene Magnetspule repräsentiert sein kann, sowie das erste elektronische Schaltelement und das zweite elektronische Schaltelement zueinander elektrisch in Serie verschaltet. Mittels des zweiten elektronischen Schaltelements kann ein Sicherheitsschaltkreis implementiert werden, welcher dazu ausgelegt ist, bei einer fehlerhaften Ansteuerung des ersten elektronischen Schaltelements durch das pulsförmige Koppelsignal eine Unterbrechung der elektrischen Ansteuerung des Aktors zu bewirken. Beispielsweise kann die Signalerzeugungseinheit durch eine programmgesteuerte Recheneinheit, insbesondere durch einen Mikrocontroller/Mikroprozessor realisiert sein, welcher das Koppelsignal an das erste elektronische Schaltelement bereitstellt. Das zweite elektronische Schaltelement kann in diesem Fall bevorzugt von einem unabhängigen analogen Schaltkreis angesteuert werden, welcher damit die Funktion einer elektronischen Sicherung übernimmt. Dadurch kann beispielsweise auch bei einem Programmabsturz der programmgesteuerten Recheneinheit eine Überlastung des Aktors verhindert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Türöffnungsvorrichtung ist die Signalerzeugungseinheit dazu ausgelegt, das Koppelsignal in Abhängigkeit von einem elektrischen Strom durch den Aktor zu erzeugen. Dadurch kann der Strom durch den Aktor so geregelt werden, dass sich ein gewünschter zeitlicher Verlauf entsprechend einem vorgegebenen Sollwertprofil der Aufdrückkraft ergibt. Insbesondere können damit durch Spannungsschwankungen hervorgerufene Einflüsse kompensiert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Türöffnungsvorrichtung ist die Signalerzeugungseinheit dazu ausgelegt, das Koppelsignal als Pulsweitenmodulationssignal zu erzeugen. Das heißt das Erzeugen des Koppelsignals erfolgt mit einer konstanten, vorgebbaren Pulsperiode, nämlich dem Kehrwert einer Pulsweitenmodulationsfrequenz (PWM-Frequenz), wobei eine variable Pulsweite eingestellt wird. Das Verhältnis der Pulsweite zu der Pulsperiode wird hierbei durch den sogenannten Tastgrad (englisch duty cycle) bestimmt. Alternativ dazu kann eine Pulsfolgesteuerung vorgesehen sein, bei der eine konstante, vorgebbare Einschaltzeit eingestellt wird, und der Tastgrad durch eine Steuerung der jeweiligen Ausschaltzeit realisiert wird. Ebenso kann eine konstante Ausschaltzeit vorgesehen sein und in entsprechender Weise die Einschaltzeit variiert werden.
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Bevorzugt kann der Tastgrad für jeden Taktzyklus gemäß einer sogenannten Cycle-by-Cycle-Steuerung realisiert werden. Ebenso kann vorgesehen sein, das Koppelsignal basierend auf einem Zweipunktreglerverfahren zu erzeugen, indem das Koppelsignal eingeschaltet wird, wenn der Strom durch den Aktor unter einen vorgebbaren Mindestwert gefallen ist und das Koppelsignal ausgeschaltet wird, wenn der Strom durch den Aktor einen vorgebbaren Maximalwert überschreitet. Der jeweils gültige Minimalwert und/oder der jeweils gültige Maximalwert können hierbei zeitabhängig sein. Auf diese Weise lässt sich ein besonders einfaches Regelungsverfahren implementieren.
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Bevorzugt kann ein Haushaltsgerät, insbesondere zur Pflege von Wäschestücken, eine erfindungsgemäße Türöffnungsvorrichtung sowie eine Tür aufweisen, die durch die Türöffnungsvorrichtung aus einer Schließposition herausdrückbar ist, wodurch sich ein erfindungsgemäßes Haushaltsgerät ergibt. Die Tür des Haushaltsgeräts kann dabei durch die Türöffnungsvorrichtung mit einer besseren zeitlichen Steuerbarkeit sowie einem sanften Anstiegsverhalten aufgestoßen werden. Dabei ist auch eine verbesserte Kompensation einer möglichen Schwankung der Eingangsspannung, welche als Versorgungsspannung des Haushaltsgeräts verwendet wird, möglich. Zusätzlich kann die Verwendung einer Rückmeldung vorgesehen sein, die dazu genutzt wird, einen viel stärkeren Stoß auf die Tür zu vermeiden, wenn die Tür bereits geöffnet ist. Gleichwohl tritt ein solcher zusätzlicher Stoß überhaupt nicht auf, wenn der Anstieg langsam genug erfolgt. Darüber hinaus kann ein Absorptionseffekt, welcher durch die mechanischen Teile des Haushaltsgeräts erzeugt wird, überwunden werden. Längere Pulse, beispielsweise bei der Verwendung eines ganzen Pulszuges, bedeuten auch weniger Geräuschentwicklung der Türöffnungsvorrichtung. Insbesondere bei der Verwendung einer Gleichspannung als interne Versorgungsspannung der Türöffnungsvorrichtung kann somit die Unabhängigkeit von der Netzfrequenz und Netzspannung eines speisenden Netzes, an dem das Haushaltsgerät betrieben wird, erreicht werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend 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 verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder abweichen.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Berücksichtigung der beigefügten Figuren. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
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Es zeigen:
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1 in vereinfachter schematischer Frontansicht ein Haushaltsgerät gemäß der Erfindung;
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2 in vereinfachter schematischer Darstellung eine zum Betrieb einer Türöffnungsvorrichtung, wie sie in dem Haushaltsgerät gemäß 1 angeordnet ist, verwendete Schaltungsanordnung;
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3 in vereinfachter schematischer Darstellung eine Modifikation der in der 2 dargestellten Schaltungsanordnung zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Türöffnungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten ersten Ausführungsform; und
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4 in vereinfachter schematischer Darstellung eine bevorzugte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Türöffnungsvorrichtung.
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Ein Haushaltsgerät 1 zur Pflege von Wäschestücken ist in der 1 dargestellt. Dabei kann es sich um eine Waschmaschine, einen Wäschetrockner oder um ein Kombigerät aus Waschmaschine und Wäschetrockner handeln. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich um einen sogenannten Frontlader, welcher eine nach vorne öffnende Tür 2 aufweist, welche zum Verschließen einer beispielsweise kreisrunden Beladungsöffnung 3 dient. Das Haushaltsgerät 1 umfasst ein Gehäuse 4, in dem eine Trommel 5 zur Aufnahme von Wäschestücken angeordnet ist. Die Beladungsöffnung 3 ist eine frontseitige Öffnung der Trommel 5. Das Haushaltsgerät 1 umfasst darüber hinaus eine in Ausgestaltung und Position nur beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehenden Bedienvorrichtung 6, die zumindest ein Bedienelement 7 und eine Anzeigeeinheit 8 aufweist. Darüber hinaus ist eine schubladenartige Einspülschale 9 gezeigt.
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Die schwenkbar angeordnete und insbesondere bullaugenartig ausgebildete Tür 2 steht in mechanischem Kontakt mit einer innerhalb des Haushaltsgeräts 1 angeordneten Türöffnungsvorrichtung 10. Im Ausführungsbeispiel ist diese Türöffnungsvorrichtung 10 so angeordnet, dass sie auf die Innenseite eines Randstücks der Tür 2 wirken kann. Dieses Randstück liegt einem weiteren Randstück der Tür 2 gegenüber, an dem die Tür 2 mittels eines in der 1 nicht dargestellten Scharniers schwenkbar an dem Haushaltsgerät 1 gelagert ist.
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Die Türöffnungsvorrichtung 10 umfasst einen elektromechanischen Aktor 11, welcher eine Magnetspule sowie ein im Wirkungsbereich eines durch die Magnetspule erzeugbaren Magnetfelds beweglich gelagerten Aktorelements aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material aufweist, vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material. Die Türöffnungsvorrichtung 10 umfasst ferner eine Signalerzeugungseinheit 12, welche dazu ausgelegt ist, ein pulsförmiges Koppelsignal an eine elektrische Koppelvorrichtung 13 bereitzustellen, welche die elektrische Ansteuerung des elektromechanischen Aktors 11 bewirkt.
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Das Öffnen der Tür 2 mittels der Türöffnungsvorrichtung 10 kann selbsttätig am Ende eines Wasch- beziehungsweise Trockenvorgangs erfolgen, wenn ein entsprechend eingestelltes Programm zur Behandlung von Wäschestücken abgelaufen ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Tür 2 des Haushaltsgeräts 1 durch die Türöffnungsvorrichtung 10 geöffnet wird, wenn ein Benutzer des Haushaltsgeräts 1 eine entsprechende Bedienhandlung über die Bedienvorrichtung, beispielsweise über einen Knopfdruck an der Bedienvorrichtung 6 oder eine Eingabe mittels eines Eingabeelements auf einem Touchscreen, beispielsweise der Anzeigeeinheit 8, vornimmt.
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2 zeigt den elektrischen Teil einer Türöffnungsvorrichtung 10, welcher in einem Haushaltsgerät 1 gemäß der Darstellung in der 1 einsetzbar ist. Die Türöffnungsvorrichtung 10 umfasst einen Versorgungsanschluss 16 sowie einen Bezugsanschluss 17. Der Bezugsanschluss 17 kann mit einem Neutralleiteranschluss (N) eines speisenden Wechselspannungsnetzes- beziehungsweise Drehstromnetzes elektrisch verbunden sein. Der Versorgungsanschluss 16 kann mit einem Außenleiteranschluss (L) des speisenden Wechselspannungs- beziehungsweise Drehstromnetzes elektrisch verbunden sein. Eine derartige Anordnung kann mit einer Spannung von 230 Volt und einer Frequenz von 50 Hertz gespeist sein. Ein erster Aktoranschluss 14 von zwei Aktoranschlüssen 14, 15 ist elektrisch leitend mit dem Versorgungsanschluss 16 verbunden. Ein zweiter Aktoranschluss 15 der zwei Aktoranschlüsse 14, 15 ist über eine elektrische Koppelvorrichtung 13 in Form eines ersten Schaltelements 21, welches als Mehrweg-Thyristortriode (Triac) ausgebildet ist, mit dem Bezugsanschluss 17 elektrisch gekoppelt.
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Zwischen dem Versorgungsanschluss 16 und dem Bezugsanschluss 17 liegt eine Versorgungsspannung 18 an, welche einen sinusförmigen Verlauf aufweist. Insbesondere handelt es sich dabei um eine Spannung in Höhe von 230 Volt mit einer Netzfrequenz von 50 Hertz. Mittels eines pulsförmigen Koppelsignals 19 erfolgt eine elektrische Ansteuerung des Aktors 11, welcher in der Darstellung der 2 durch seine Magnetspule repräsentiert ist. Der Strom durch den magnetischen Aktor ist schematisch als Aktorstrom 20 dargestellt. Der Aktorstrom 20 weist sowohl positive als auch negative Halbwellen auf, deren Amplitude jeweils gleich ist. Bei der Verwendung eines Aktorelements in Form eines ferromagnetischen Elements, dessen Anziehungskraft auf der Reluktanzkraft basiert, ergibt sich eine Anziehungskraft, welche zum Quadrat des Aktorstroms 20 proportional ist. Aus diesem Grund ergibt sich ein vorzeichenloser Verlauf der von dem Aktorelement mittels eines Stößels auf die Tür 2 übertragenen Aufdrückkraft unabhängig von einer momentanen Fließrichtung des Aktorstroms 20. Bezogen auf die Darstellungen in der 2 ergeben sich damit für den Verlauf der Aufdrückkraft nur aufeinanderfolgende positive Halbwellen.
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Die elektrische Ansteuerung der Magnetspule des Aktors 11 mit einem Wechselstrom (AC), welche in der Fig. beispielhaft zur Veranschaulichung mit drei Halbperioden dargestellt ist, muss somit die zum Öffnen benötigte Kraft bereits innerhalb der ersten halben Periode, das heißt bei einer Netzfrequenz von 50 Hertz innerhalb von 10 Millisekunden, bereitstellen. Mit anderen Worten wird innerhalb einer Halbperiode, das heißt innerhalb von 10 Millisekunden, die gesamte Energie (W), welche sich aus der halben Induktivität (L) der Spule, welche ihrerseits von der Position des beweglichen Aktorelements in Bezug auf die Magnetspule des Aktors 11 abhängt, mal dem Quadrat des Stroms (I) durch den Aktor 11 ergibt (W = ½·L·I2). Danach steigt die Energie in der Magnetspule nicht weiter an, sodass sich hieraus auch kein weiterer Kraftanstieg für die Ausdrückkraft erzielen lässt.
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Diese kurze Zeit hat mehrere Nachteile. Zum einen hängt die wirksame Pulsdauer von der Frequenz ab. Wenn die Magnetspule für eine längere Zeit aktiviert bleibt, kann es zu Vibrationen kommen aufgrund der Nulldurchgänge des Aktorstroms 20 bei einer Phasenlage von 0 Grad und 180 Grad. Die Tür 2, das Haushaltsgerät 1 und ein Türhaltemechanismus sind mechanische Teile, die miteinander verbunden sind. Unter Umständen können sie die Wirkung eines schnellen durch die der Türöffnungsvorrichtung 10 ausgeführten Stoßes mit einer Dauer im Bereich kleiner gleich 10 Millisekunden größtenteils absorbieren, da sie als ein mechanisches Filter wirken. Daher wird ein großer Puls benötigt. Weiterhin können Spannungsschwankungen zu unterschiedlichen Aufdrückkräften führen, da hierbei eine unterschiedliche Energie an die Magnetspule innerhalb der 10 Millisekunden bereitgestellt wird, eine Feineinstellung für Spannungen zwischen 170 Volt und 260 Volt ist daher nicht möglich. Um sicherzustellen, dass die Tür 2 jederzeit auch bei 170 Volt AC öffnet, muss daher ein stärkerer Stoß bei 260 Volt AC zugelassen werden. Die Pulsweite der Ansteuerung des pulsförmigen Koppelsignals 19, welches zur Ansteuerung des ersten Schaltelements 21 in Form des Triacs verwendet wird, ist in der 2 lediglich stellvertretend und nicht einschränkend zu verstehen.
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Zur Erzielung eines zeitlichen Verlaufs der Aufdrückkraft, welche eine ansteigende Hüllkurve aufweist, ist gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in der 3 dargestellt ist, in den elektrischen Teil der Türöffnungsvorrichtung 10 des Weiteren ein elektrisch in Serie zu dem Aktor 11 geschaltetes Widerstandselement 22 in Form eines Heißleiters, welcher einen temperaturabhängigen Widerstandswert mit einem negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, ergänzt. Das Widerstandselement 22 ist somit zwischen den ersten Aktoranschluss 14 und den Versorgungsanschluss 16 geschaltet und tritt an die Stelle der direkten elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Aktoranschluss 14 und dem Versorgungsanschluss 16 gemäß der Darstellung der 2.
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Prinzipiell kann auch bei einer Türöffnungsvorrichtung 10 gemäß der Darstellung der 3 bei einer längeren Aktivierungsdauer des Aktors eine Vibration in Abhängigkeit der Systemfrequenz und der mechanischen Charakteristik auftreten. Eine derartige Schwingungsneigung kann reduziert werden, indem die Magnetspule des Aktors 11 über einen Vollweggleichrichter (Brückengleichrichter) angekoppelt wird. In diesem Fall ist es auch möglich, ein Glättungselement, beispielsweise einen Kondensator, hinter dem Gleichrichter zu integrieren, um damit eine Filterung von netzfrequenten Anteilen aus dem Anregungssignal zu erzielen.
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Ein NTC benötigt einige Zeit, um wieder abzukühlen, was dazu führt, dass das System nicht so effizient arbeitet für den Fall, dass die Tür 2 zweimal innerhalb einer kurzen Zeit geöffnet werden soll. Eine nachfolgend dargestellte zweite Ausführungsform stellt in diesem Fall einen effektiveren Weg bereit, um die Türöffnungsvorrichtung 12 mittels einer gleichspannungsgespeisten Schaltungsanordnung anzusteuern.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung entsprechend der Darstellung in der 4 ist an dem Versorgungsanschluss 16 und dem Bezugsanschluss 17 eine Gleichspannung als Versorgungsspannung 18 angeschlossen. Die Versorgungsspannung 18 kann hier bevorzugt 175 Volt DC bis 400 Volt DC betragen. Diese Werte sind nicht einschränkend zu verstehen, vielmehr kann ein beliebiger Spannungspegel, insbesondere auch kleiner 175 Volt DC, vorgesehen sein. Die Koppelvorrichtung 13, welche in bekannter Weise in Serie zu dem elektromechanischen Aktor 11 gekoppelt ist, weist in dem dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ein erstes Schaltelement 21 sowie ein zweites Schaltelement 24 auf, welche zueinander in Serie geschaltet sind. Das erste Schaltelement 21 und/oder das zweite Schaltelement 24 können als Bipolartransistoren realisiert sein. Parallel zu der Magnetspule des Aktors 11 ist an den ersten Aktoranschluss 14 und den zweiten Aktoranschluss 15 eine Freilaufdiode 23 gekoppelt.
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Die Freilaufdiode 23 dient der Verhinderung von Überspannungsspitzen, welche ansonsten bei einem Abschalten des ersten Schaltelements 21 und/oder des zweiten Schaltelements 24 auftreten können. Das erste Schaltelement 21, welches vorliegend als Bipolartransistor ausgeführt ist, erhält an seinem Basisanschluss das pulsförmige Koppelsignal 19 zugeführt. In der zweiten Ausführungsform ist das pulsförmige Koppelsignal 19 als Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) ausgebildet. Dabei weist das Koppelsignal 19 in einem nachfolgenden Taktzyklus jeweils eine höhere Pulsbreite als in dem vorhergehenden Taktzyklus auf. Daraus resultiert ein Aktorstrom 20, welcher eine ansteigende Hüllkurve aufweist. Aus dem funktionalen Zusammenhang, gemäß dem die Aufdrückkraft mit dem Aktorstrom 20 korreliert ist, beispielsweise wie voranstehend gezeigt eine Proportionalität zum Quadrat des Aktorstroms 20, ergibt sich auch für den zeitlichen Verlauf der Aufdrückkraft eine ansteigende Hüllkurve.
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Das zweite Schaltelement 24 repräsentiert einen Sicherheitsschaltkreis (PEC). Die Art der Implementierung dieses zweiten Schaltelements 24 ist für die Erfindung nicht von Bedeutung.
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Der Zusammenhang zwischen dem Aktorstrom 20 und dem daraus erzeugten zeitlichen Verlauf der Aufdrückkraft kann in Abhängigkeit von der verwendeten Art des elektromechanischen Aktors 11 eine stark unterschiedliche Charakteristik aufweisen. Die Verwendung eines pulsförmigen Koppelsignals 19 als Kurvenzug bestehend aus mehreren Einzelpulsen erlaubt somit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine freie Einstellbarkeit des Kurvenverlaufs des Aktorstroms 20 entsprechend den Anforderungen an einen einzustellenden Verlauf der Aufdrückkraft. Dadurch kann das dynamische Verhalten des Öffnungsvorgangs unter dem Aspekt eines sicheren und komfortablen Ablaufs optimiert werden.
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Die dargestellte Schaltungsanordnung hat einige Vorteile in dem Türöffnungsprozess. Eine Pulsfolge mit ansteigender Pulsbreite kann an die Koppelvorrichtung 13 bereitgestellt werden, beispielsweise mit einem kontinuierlichen Anstieg von 0 Prozent bis 100 Prozent Tastgrad (englisch: duty cycle). Unterschiedliche Anstiegskurven können abhängig von der Schaltungsanordnung und den mechanischen Eigenschaften des Aktors 11 erzeugt werden, beispielsweise mit einem geringfügigen Überschwingen gegen Ende des Türöffnungsvorgangs.
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Ebenso kann der Anstieg des Tastgrads an die Höhe der verfügbaren Gleichspannung angepasst sein, welche beispielsweise zur elektrischen Versorgung weiterer Komponenten des Haushaltsgeräts 1 wie einem Antriebsmotor oder einer Heizvorrichtung aus dem speisenden Wechselspannungsnetz beziehungsweise Drehstromnetz gewonnen wird. Eine bessere Kompensation von möglichen Eingangsspannungsschwankungen ist ebenfalls möglich.
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Ein langsames Anstiegsverhalten dient der Reduzierung des Eindrucks eines abrupten Türstoßes und ebenso einer Reduktion der Geräuschentwicklung. Falls der Anstieg langsam genug erfolgt, tritt dieser zusätzliche Stoß nicht auf.
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Wenn der Anstieg so langsam ausgeführt wird, dass zusätzlich ein Türöffnungssignal (Feedbacksignal) erkannt werden kann, kann die Türöffnungsvorrichtung unverzüglich deaktiviert werden, um einen viel stärkeren zusätzlichen Stoß auf die dann von dem Türhaltemechanismus bereits schon freigegebene Tür zu vermeiden.
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Während die erste Ausführungsform der Erfindung mit sehr einfachen Mitteln realisiert werden kann, bietet die zweite Ausführungsform einen deutlich höheren Grad an Flexibilität und erlaubt insbesondere auch eine Unabhängigkeit von der Netzfrequenz und der Netzeingangsspannung.
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Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend. Insbesondere die konkrete Ausgestaltung der schaltungstechnischen Mittel, mit deren Hilfe die Erfindung implementiert wird, kann beliebig gestaltet sein, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
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Somit wurde voranstehend gezeigt, wie eine Türöffnungsvorrichtung 10, insbesondere eine mittels Gleichspannung angesteuerte Türöffnungsvorrichtung 10 wie in der zweiten Ausführungsform dargestellt, zur Verbesserung der Sicherheit und des Komforts bei einem durch das Haushaltsgerät ausgeführten Türöffnungsvorgang ausgestaltet sein kann. Neben einer DC-basierten Aktivierung der Türöffnungsvorrichtung 10 wurde des Weiteren auch eine verbesserte AC-basierte Aktivierung der Türöffnungsvorrichtung 10 vorgeschlagen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Haushaltsgerät
- 2
- Tür
- 3
- Beladungsöffnung
- 4
- Gehäuse
- 5
- Trommel
- 6
- Bedienvorrichtung
- 7
- Bedienelement
- 8
- Anzeigeeinheit
- 9
- Einspülschale
- 10
- Türöffnungsvorrichtung
- 11
- elektromechanischer Aktor
- 12
- Signalerzeugungseinheit
- 13
- elektrische Koppelvorrichtung
- 14
- erster Aktoranschluss
- 15
- zweiter Aktoranschluss
- 16
- Versorgungsanschluss
- 17
- Bezugsanschluss
- 18
- Versorgungsspannung
- 19
- pulsförmiges Koppelsignal
- 20
- Aktorstrom
- 21
- erstes Schaltelement
- 22
- Widerstandselement, variabel
- 23
- Freilaufdiode
- 24
- zweites Schaltelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013223431 B3 [0002]
- DE 102014201924 A1 [0002]
