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Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem elektrischen Haushaltsgerät und insbesondere mit der Übertragung elektrischer Energie von einem Gerätehauptkörper zu einer Tür des Haushaltsgeräts, um mit der übertragenen elektrischen Energie einen oder mehrere elektrische Verbraucher zu versorgen, die an der Tür angeordnet sind.
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Herkömmliche Elektrogeräte der Haushaltsausstattung wie beispielsweise eine Waschmaschine, ein Geschirrspüler, ein Backofen oder ein Kühlschrank weisen einen Gerätehauptkörper auf, in welchem ein Arbeitsraum gebildet ist, der durch eine an dem Gerätehauptkörper üblicherweise schwenkbeweglich angebrachte Tür verschließbar ist. Der Arbeitsraum ist je nach Gerätetyp des Haushaltsgeräts beispielsweise ein Nassraum (Wasch- bzw. Spülraum), ein Kaltraum (zur kühlen Aufbewahrung von Lebensmitteln oberhalb oder/und unterhalb des Gefrierpunkts) oder ein Garraum.
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Herkömmlich befinden sich in Haushaltsgeräten der hier betrachteten Art elektrische Verbraucher nicht nur im Gerätehauptkörper, sondern gelegentlich auch in der Tür. Beispielsweise können an der Tür Leuchtanzeigeelemente angeordnet sein, mittels welcher dem Benutzer eine Leuchtanzeige dargeboten werden kann, siehe z.B. WO 02/ 014 593 A2.
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Die Beweglichkeit der Tür relativ zum Gerätehauptkörper führt bei herkömmlichen Lösungen zu Problemen bei der elektrischen Energieübertragung vom Gerätehauptkörper zur Tür. Wenn elektrische Kabel oder Drähte verwendet werden, die aus dem Gerätehauptkörper in die Tür verlaufen, müssen diese Kabel bzw. Drähte einerseits hinreichend flexibel sein, andererseits aber auch ausreichend belastbar sein, um trotz häufiger Biegebeanspruchung nicht zu brechen. Erfolgt die elektrische Energieübertragung dagegen über Kontakte, die beim Schließen der Tür in gegenseitige Anlage gelangen und dadurch einen Strompfad vom Haushaltsgerät zur Tür schließen, können Verschmutzungen der Kontakte und damit eine Verschlechterung der Kontaktqualität zu befürchten sein.
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Zum Stand der Technik hinsichtlich der induktiven Energieübertragung bei einem Haushaltsgerät von einem stationären Hauptkörper des Haushaltsgeräts zu einer Tür desselben wird beispielhaft auf die
DE 10 2013 208 851 A1 und die
DE 103 19 532 B4 verwiesen.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine auch bei langer Lebensdauer des Haushaltsgeräts zuverlässig funktionierende Übertragung elektrischer Energie vom Gerätehauptkörper zur Tür des Haushaltsgeräts zu gewährleisten. Bei der Lösung dieses Problems geht die Erfindung in Übereinstimmung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 von einem elektrischen Haushaltsgerät mit einem Gerätehauptkörper und einer an dem Gerätehauptkörper beweglich, insbesondere schwenkbeweglich, angebrachten Tür zum Verschließen eines Arbeitsraums des Haushaltsgeräts aus, wobei an der Tür eine aus einem elektrischen Versorgungssystem des Haushaltsgeräts gespeiste elektrische Verbraucheranordnung angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist bei einem derartigen Haushaltsgerät vorgesehen, dass das Versorgungssystem eine an dem Gerätehauptkörper angeordnete erste Teilbaugruppe und eine an der Tür angeordnete zweite Teilbaugruppe sowie eine Übertrageranordnung zur induktiven Kopplung der ersten und der zweiten Teilbaugruppe umfasst. Die Erfindung ermöglicht aufgrund der induktiven Kopplung der beiden Teilbaugruppen des Versorgungssystems eine kontaktlose elektrische Energieübertragung vom Gerätehauptkörper in die Tür, weswegen die Probleme herkömmlicher Lösungen (Biegebeanspruchung und mögliches Brechen elektrischer Kabel/Drähte, Verschmutzung freiliegender elektrischer Kontakte) vermieden werden.
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Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst die Übertrageranordnung mindestens ein Spulenpaar mit einer an dem Gerätehauptkörper angeordneten Primärspule und einer an der Tür angeordneten Sekundärspule, wobei bei geschlossener Tür die Primärspule und die Sekundärspule in gegenseitiger Gegenüber- oder Ineinanderlage angeordnet sind. Je nach Anwendungsfall kann die Übertrageranordnung eine stärkere oder schwächere Spannungstransformation bewirken, in bestimmten Fällen kann das Spannungsniveau auf der Sekundärseite der Übertrageranordnung im wesentlichen gleich dem Spannungsniveau auf der Primärseite der Übertrageranordnung sein. Der Begriff der Übertrageranordnung ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung dementsprechend weit zu verstehen und soll jegliche Spulenanordnung (ungeachtet des relativen Verhältnisses der Windungszahlen der Spulen) umfassen, die eine kontaktlose, induktive Energieübertragung von der ersten Teilbaugruppe zur zweiten Teilbaugruppe ermöglicht.
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Bei bestimmten Ausführungsformen ist das Spulenpaar so an dem Haushaltsgerät angeordnet, dass nur bei geschlossener Tür eine wirksame induktive Kopplung des Spulenpaars gegeben ist. Dies gelingt insbesondere dann, wenn das Spulenpaar möglichst weitab von der Schwenkachse eines Schwenkscharniers angeordnet ist, mittels dessen die Tür an dem Gerätehauptkörper angebracht ist.
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Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst die Verbraucheranordnung mehrere (mindestens zwei) elektrische Verbraucher, die insbesondere in unterschiedlichen Bereichen der Tür, beispielsweise in unterschiedlichen Umfangsbereichen um ein Bullauge einer Waschmaschinentür, angeordnet sein können. Zwar kann die Übertrageranordnung insgesamt ein einziges Spulenpaar umfassen, wobei sämtliche elektrischen Verbraucher der Tür aus der an der (einzigen) Sekundärspule abgreifbaren Sekundär-Wechselspannung mittelbar oder unmittelbar gespeist werden. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die Übertrageranordnung eine Mehrzahl von mindestens zwei Spulenpaaren in Zuordnung zu je mindestens einem elektrischen Verbraucher der Verbraucheranordnung umfasst.
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Die Verbraucheranordnung umfasst bei bestimmten Ausführungsformen mindestens ein Lichtquellenelement, insbesondere in LED-Bauweise. Das Lichtquellenelement kann insbesondere dazu dienen, eine Leuchtanzeigefunktion zu erfüllen, d.h. eine Leuchtanzeige vorzusehen, welche dem ästhetischen Erscheinungsbild des Haushaltsgeräts dienen kann oder/und in einer für den Benutzer verständlichen Weise visuelle Informationen über den Betriebszustand des Haushaltsgeräts transportieren kann.
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Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst die Verbraucheranordnung mindestens einen Gleichstromverbraucher, beispielsweise eine Leuchtdiode oder/und eine integrierte Schaltung.
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Für eine geringe Baugröße der Übertrageranordnung ist es günstig, wenn die Primärseite der Übertrageranordnung mit einer Wechselspannung vergleichsweise hoher Frequenz gespeist wird, die höher, insbesondere wesentlich höher liegt als übliche Netzfrequenzen von 50 oder 60 Hz. Solche höherfrequenten Wechselspannungen können beispielsweise mittels eines elektronischen Schaltnetzteils aus einer Gleichspannung erzeugt werden. Dementsprechend ist bei bestimmten Ausführungsformen vorgesehen, dass die erste Teilbaugruppe des Versorgungssystems dazu eingerichtet ist, aus einer Gleichspannung eine Primär-Wechselspannung einer Frequenz im Bereich oberhalb etwa 500 Hz oder 1 kHz oder 5 kHz oder 10 kHz oder 15 kHz oder 20 kHz oder 25 kHz zu erzeugen und die Primär-Wechselspannung an eine Primärseite der Übertrageranordnung anzulegen.
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Es kann erwünscht sein, nicht nur elektrische Versorgungsenergie von der ersten Teilbaugruppe zur zweiten Teilbaugruppe zu übertragen, sondern zusätzlich bestimmte Steuerinformationen, welche in der zweiten Teilbaugruppe zur Steuerung der Verbraucheranordnung benötigt werden. Beispielsweise können die Steuerinformationen vorgeben, welches von mehreren Leuchtanzeigeelementen zu welchem Zeitpunkt eingeschaltet werden soll. Erfindungsgemäß ist dementsprechend vorgesehen, dass die erste Teilbaugruppe des Versorgungssystems dazu eingerichtet ist, durch Frequenzmodulation einer an eine Primärseite der Übertrageranordnung angelegten Primär-Wechselspannung Informationen zu übertragen, wobei die zweite Teilbaugruppe dazu eingerichtet ist, die Informationen durch Demodulation einer an einer Sekundärseite der Übertrageranordnung abgreifbaren Sekundär-Wechselspannung rückzugewinnen und die Verbraucheranordnung auf Grundlage der rückgewonnenen Informationen zu steuern.
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Hierbei ist erfindungsgemäß die erste Teilbaugruppe des Versorgungssystems dazu eingerichtet, die Informationen durch Modulation einer Grundfrequenz der Primär-Wechselspannung mit mindestens einer Modulationsfrequenz zu übertragen, die ein nichtganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz ist. Ein geeignet gewähltes Verhältnis zwischen Grundfrequenz und Modulationsfrequenz gewährleistet eine gute Detektierbarkeit der übertragenen Steuerinformationen in dem auf der Sekundärseite der Übertrageranordnung abgreifbaren Sekundärsignal. In bestimmten Fällen ist es vorstellbar, unterschiedliche Arten von Steuerinformation oder/und Steuerinformationen, die für verschiedene elektrische Verbraucher in der Tür bestimmt sind, mittels je einer gesonderten Modulationsfrequenz zu übertragen.
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Bei bestimmten Ausführungsformen hat die Primär-Wechselspannung einen Spitzenwert von nicht mehr als 30 Volt oder nicht mehr als 20 Volt oder nicht mehr als 15 Volt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es stellen dar:
- 1 eine Vorderansicht einer Haushalts-Waschmaschine vom Frontlader-Typ gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
- 2 ein Blockdiagramm elektrischer Komponenten der Waschmaschine der 1.
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Es wird zunächst auf 1 verwiesen. Die dort dargestellte Waschmaschine ist allgemein mit 10 bezeichnet. Sie steht stellvertretend für eine Gruppe unterschiedlicher Typen von elektrischen Haushaltsgeräten, bei denen die Erfindung zum Einsatz kommen kann. Grundsätzlich kann die Erfindung überall dort eingesetzt werden, wo ein elektrisches Haushaltsgerät eine an einem Gerätehauptkörper beweglich angeschlagene Tür und in der Tür einen oder mehrere elektrische Verbraucher aufweist, die der Versorgung mit elektrischer Energie bedürfen. Im gezeigten Beispielfall weist die Waschmaschine 10 ein Maschinengehäuse 12 auf, das einen Gerätehauptkörper im Sinne der Erfindung bildet (oder Teil eines solchen ist) und in dem in an sich bekannter Weise eine Waschtrommel (nicht dargestellt) rotierend gelagert ist. Die Waschtrommel kann beispielsweise in einem Laugenbehälter (nicht näher dargestellt) angeordnet sein, der in dem Maschinengehäuse 12 aufgenommen ist und vibrationsgedämpft an dem Maschinengehäuse 12 gelagert ist. In einem oberen Bedienbereich des Maschinengehäuses 12 ist die Waschmaschine 10 in ebenfalls an sich bekannter Weise mit einem beispielsweise von einer ausziehbaren Schublade gebildeten Waschmitteleinfüllzugang 14 sowie mit mehreren Bedienelementen 16 ausgeführt, mittels welcher der Benutzer Betriebsanweisungen in die Waschmaschine 12 eingeben kann.
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An einer dem Benutzer zugewandten Maschinenvorderseite ist eine Tür 18 schwenkbar an dem Maschinengehäuse 12 montiert. Die Tür 18 ist als Bullaugentür mit einem Bullauge 20 und einem das Bullauge 20 ringartig umschließenden Rahmen 22 ausgeführt, an dem ein Griffteil 24 zur Handbedienung der Tür 18 durch den Benutzer angebracht ist. Diametral gegenüberliegend zu dem Griffteil 24 ist in 1 gestrichelt ein Schwenkscharnier 26 angedeutet, mittels dessen die Tür 18 um eine Hochachse schwenkbar an dem Maschinengehäuse 12 befestigt ist.
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Die Waschmaschine 10 enthält ein elektrisches Versorgungssystem, das in herkömmlicher Weise über ein Netzkabel (nicht dargestellt) an ein Versorgungsnetz anschließbar ist, welches eine Versorgungsnetzspannung zwischen beispielsweise etwa 100 bis 250 Volt bei einer Netzfrequenz von typischerweise 50 oder 60 Hz bereitstellt. Aus dem elektrischen Versorgungssystem der Waschmaschine 10 werden elektrische Verbraucher gespeist, die an bzw. in dem Maschinengehäuse 12 angeordnet sind, wie beispielsweise ein Trommelmotor zum Antrieb der Waschtrommel, eine Hauptsteuereinheit (nicht dargestellt) der Waschmaschine 10 oder elektrooptische Anzeigeelemente, die beispielsweise innerhalb des die Bedienelemente 16 umfassenden Bedienbereichs der Waschmaschine 10 angeordnet sind. Die Waschmaschine 10 enthält aber nicht nur elektrische Verbraucher an dem Maschinengehäuse 12 oder innerhalb desselben, sondern sie enthält auch einen oder mehrere elektrische Verbraucher, die an der Tür 18 angeordnet sind.
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Im gezeigten Beispielfall umfassen die türseitigen elektrischen Verbraucher mehrere in Umfangsrichtung um das Bullauge 20 herum verteilte, an dem Rahmen 22 angeordnete Leuchtanzeigeelemente 28, welche rein ästhetischen Anzeigezwecken dienen können oder/und durch ihren Leuchtzustand dem Benutzer eine Information über den Betriebszustand der Waschmaschine 10 vermitteln können.
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Im gezeigten Beispielfall sind die Leuchtanzeigeelemente 28 in Türumfangsrichtung länglich ausgebildet. Sie können als Gesamtheit für den Benutzer den Eindruck eines geschlossenen Leuchtrings erwecken; es ist aber selbstverständlich denkbar, in Umfangsrichtung zwischen benachbarten Leuchtanzeigeelementen 28 jeweils einen bestimmten Abstand vorzusehen (wie in der Darstellung der 1 gezeigt). Generell versteht es sich, dass das Anordnungsbild, die Anzahl und die konkrete Ausgestaltung der Leuchtanzeigeelemente 28 beliebig variierbar sind und eine Beschränkung der Erfindung auf das konkret gezeigte Ausführungsbeispiel der 1 nicht beabsichtigt ist. Die Leuchtanzeigeelemente 28 umfassen beispielsweise jeweils eine oder mehrere Leuchtdioden als Lichtquelle(n). Bei bestimmten Ausführungsformen kann zumindest ein Teil der Leuchtanzeigeelemente 28 jeweils nur in einer einzigen Farbe leuchten; bei anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Leuchtanzeigeelemente 28 selektiv zum Leuchten in verschiedenen Farben angesteuert werden kann.
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Die Leuchtanzeigeelemente 28 bedürfen zu ihrem Betrieb elektrischer Energie, die aus dem Bereich des Maschinengehäuses 12 in die Tür 18 transportiert werden muss. Die Energieübertragung erfolgt bei der Waschmaschine 10 auf induktivem Weg und erfordert deshalb keine elektrischen Leitungen, die im Bereich des Schwenkscharniers 26 aus dem Maschinengehäuse 12 heraus in die Tür 18 geführt werden müssten, und erfordert auch keine elektrischen Kontakte, die beim Schließen der Tür 18 in gegenseitigen Kontakt gelangten. Zur näheren Ausgestaltung eines beispielhaften elektrischen Versorgungssystems, welches eine induktive Energieübertragung in die Tür 18 und dort zu den elektrischen Verbrauchern in Form z.B. der Leuchtanzeigeelemente 28 ermöglicht, wird nun ergänzend auf 2 verwiesen. Das dort dargestellte elektrische Versorgungssystem - allgemein mit 30 bezeichnet - umfasst eine erste Teilbaugruppe 32, deren Komponenten an bzw. in dem Maschinengehäuse 12 angeordnet sind, sowie eine zweite Teilbaugruppe 34, deren Komponenten an der Tür 18 angeordnet sind. Die erste Teilbaugruppe 32 ist an eine Netzspannungsquelle 36 anschließbar, die eine Netzwechselspannung von beispielsweise etwa 110 Volt oder etwa 220 bis 240 Volt einer Netzfrequenz von etwa 50 oder 60 Hz bereitstellt. Zur Energieübertragung von der ersten Teilbaugruppe 32 auf die zweite Teilbaugruppe 34 umfasst das Versorgungssystem 30 einen durch einen gestrichelten Rahmen schematisch angedeuteten Übertrager 38 mit einer Primärspule 40 und einer Sekundärspule 42. Die Primärspule 40 ist Teil der ersten Teilbaugruppe 32 und ist an dem Maschinengehäuse 12 angeordnet, die Sekundärspule 42 ist dagegen Teil der zweiten Teilbaugruppe 34 und ist an der Tür 18 angeordnet. Die Einbaulage der beiden Spulen 40, 42 gewährleistet, dass bei geschlossener Tür 18 eine gute induktive Kopplung zwischen den beiden Spulen 40, 42 besteht, während bei geöffneter Tür 18 (einschließlich einer Teilöffnung der Tür 18) die beiden Spulen 40, 42 so weit voneinander entfernt sind, dass keine oder zumindest keine relevante induktive Kopplung besteht. Bei (teil-)geöffneter Tür 18 ist deshalb eine Übertragung elektrischer Energie in einer Menge, die einen Betrieb der Leuchtanzeigeelemente 28 gestatten würde, nicht möglich. Dies ist nur bei geschlossener Tür 18 möglich. Die Sekundärspule 42 ist an dem Rahmen 22 der Tür 18 beispielsweise im Umfangsbereich des Griffteils 24 oder knapp oberhalb oder unterhalb desselben angeordnet. Die Primärspule 40 ist an entsprechender Position an dem Maschinengehäuse 12 angeordnet, so dass bei geschlossener Tür 18 die beiden Spulen 40, 42 einander gegenüberliegen und beispielsweise ineinander eintauchen. Eine Anordnung der Sekundärspule 42 in zumindest angenäherter diametraler Gegenüberlage zum Schwenkscharnier 26 führt dazu, dass bereits bei vergleichsweise geringer Öffnung der Tür 18 der Abstand zwischen der Sekundärspule 42 und der Primärspule 40 so groß wird, dass keine wirksame induktive Kopplung zwischen den beiden Spulen 40, 42 mehr besteht.
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Bei bestimmten Ausführungsformen kann mehr als ein Spulenpaar 40, 42 vorgesehen sein. Beispielsweise ist es vorstellbar, die Sekundärspule 42 eines ersten Spulenpaars etwas oberhalb des Griffteils 24 und die Sekundärspule 42 eines zweiten Spulenpaars etwas unterhalb des Griffteils 24 an dem Rahmen 22 anzuordnen.
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Für eine geringe Baugröße des Übertragers 38 wird in der ersten Teilbaugruppe 32 die vergleichsweise niedrige Netzfrequenz der Netzspannungsquelle 36 in den einstelligen, zweistelligen oder sogar dreistelligen kHz-Bereich hochtransformiert. Hierzu umfasst die erste Teilbaugruppe 32 eine Frequenzwandlerstufe 44, die durch Gleichrichtung der Netzwechselspannung der Netzspannungsquelle 36 und anschließendes Schalten (Zerhacken) der erhaltenen Gleichspannung mindestens eine höherfrequente Wechselspannung erzeugt und an eine von einer Steuereinheit 46 (z.B. Mikrocontroller) gesteuerte Treiberstufe 48 liefert. Die Treiberstufe 48 gibt schließlich eine Primär-Wechselspannung aus, die an die Primärspule 40 angelegt wird. Die Primär-Wechselspannung ist nicht nur frequenzgewandelt sondern bei bestimmten Ausführungsformen auch spannungsgewandelt. Unter der Annahme, dass die Leuchtanzeigeelemente 28 eine Betriebsspannung von beispielsweise etwa 5 Volt, 12 Volt oder 24 Volt benötigen, hat die Primär-Wechselspannung ein auf das verbraucherseitig benötigte Spannungsniveau zumindest annähernd heruntertransformiertes Spannungsniveau, so dass der Übertrager 38 keine oder zumindest keine wesentliche Spannungstransformation bewirken muss. Die Spannungstransformation vom Spannungsniveau der Netzwechselspannung auf das Spannungsniveau der an der Primärspule 40 anliegenden Primär-Wechselspannung kann in der Frequenzwandlerstufe 44 oder in der Treiberstufe 48 vorgenommen werden.
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Bei bestimmten Ausführungsformen erzeugt die Frequenzwandlerstufe 44 zwei oder sogar noch mehr Spannungssignale einer jeweils unterschiedlichen Frequenz. Ein erstes dieser Spannungssignale dient beispielsweise zur Energieübertragung, während mindestens ein zweites Spannungssignal zur Informationsübertragung dient. Die Frequenzen der Spannungssignale sind keine ganzzahligen Vielfache voneinander, wobei die Frequenz des Informations-Spannungssignals zumindest bei bestimmten Ausführungsformen höher ist als die Frequenz des Energie-Spannungssignals. Beispielsweise kann das Energie-Spannungssignal eine Frequenz von etwa 30 kHz haben, während das Informations-Spannungssignal eine Frequenz von etwa 80 kHz haben kann.
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In der Treiberstufe 48 wird das Energie-Spannungssignal unter Steuerung der Steuereinheit 46 mit dem Informations-Spannungssignal frequenzmoduliert, wobei beispielsweise nach einem binären Muster Abschnitte des Energie-Spannungssignals, die modulationsfrei sind, eine logische Null repräsentieren und Abschnitte des Energie-Spannungssignals, die mit der Frequenz des Informations-Spannungssignals frequenzmoduliert sind, eine logische Eins repräsentieren (oder umgekehrt).
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Auf der Sekundärseite des Übertragers 38 wird in der Sekundärspule 42 eine Sekundär-Wechselspannung induziert, die in einem Gleichrichter 50 zu einer Gleichspannung gleichgerichtet wird. Ein Demodulator 52 detektiert in der Sekundär-Wechselspannung das Vorhandensein höherfrequenter Signalanteile entsprechend dem einen oder den mehreren Informations-Spannungssignalen und ermittelt daraus eine als Informationsbitstrom dienende binäre Folge, welche an eine beispielsweise mikroprozessorbasierte Steuereinheit 54 geliefert wird. Die Steuereinheit 54 erhält die gleichgerichtete Sekundärspannung von dem Gleichrichter 50 und legt die Gleichspannung an die Leuchtanzeigeelemente 28 an. Dabei kann sie abhängig vom Inhalt des vom Demodulator 52 ausgegebenen Informationsbitstroms Steueranweisungen folgen, die z.B. vorgeben, welches der Leuchtanzeigeelemente 28 zu welcher Zeit oder/und in welcher Weise betrieben werden soll. Die Betriebsweise der Leuchtanzeigeelemente 28 kann beispielsweise die Anzeigefarbe oder/und die Einschaltdauer oder/und die Unterscheidung zwischen einem Dauerbetrieb und einem Blinkbetrieb oder/und eine Blinkfrequenz betreffen. Die entsprechenden Steuerbefehle lernt die Steuereinheit 54 durch Dekodierung des vom Demodulator 52 gelieferten Informationsbitstroms.
