EP3143189A1 - Verriegelungseinrichtung zum verriegeln einer tür eines haushaltsgeräts, haushaltsgerät und entsprechendes verfahren - Google Patents

Verriegelungseinrichtung zum verriegeln einer tür eines haushaltsgeräts, haushaltsgerät und entsprechendes verfahren

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EP3143189A1
EP3143189A1 EP15720735.8A EP15720735A EP3143189A1 EP 3143189 A1 EP3143189 A1 EP 3143189A1 EP 15720735 A EP15720735 A EP 15720735A EP 3143189 A1 EP3143189 A1 EP 3143189A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
locking
voltage
drive
door
control device
Prior art date
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Granted
Application number
EP15720735.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3143189B1 (de
Inventor
Marcelo Cabaleiro Martins
Rudolf Seidl
Tobias Rosin
Mircea BARBU
Karl-Heinz Strobel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
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Publication date
Application filed by BSH Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Hausgeraete GmbH
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Publication of EP3143189A1 publication Critical patent/EP3143189A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3143189B1 publication Critical patent/EP3143189B1/de
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F37/00—Details specific to washing machines covered by groups D06F21/00 - D06F25/00
    • D06F37/42—Safety arrangements, e.g. for stopping rotation of the receptacle upon opening of the casing door
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F39/00—Details of washing machines not specific to a single type of machines covered by groups D06F9/00 - D06F27/00 
    • D06F39/12—Casings; Tubs
    • D06F39/14—Doors or covers; Securing means therefor

Definitions

  • Locking device for locking a door of a
  • the invention relates to a locking device for locking a door of a household appliance, with a locking element for mechanically locking the door, with a drive element, in particular an electric coil, for moving the locking element from an unlocking position in which the door is unlocked, in a locking position, in wherein the door is locked, depending on a current flow through the drive element, wherein the drive element is electrically coupled to a DC voltage source, with a switching element electrically coupled to the drive element for controlling the flow of current through the drive element, and with a control device for driving the switching element, wherein the control device is designed to emit a series of drive pulses to the switching element for controlling the current flow through the drive element.
  • the invention also relates to a household appliance with such a locking device and a method for locking a door of a household appliance.
  • a locking device which serves to lock a door of a washing machine.
  • Such locking devices for washing machines are already known from the prior art in various embodiments.
  • an electromagnet in the form of an electric coil which acts as a drive element for the actual locking bar, which consists for example of a soft magnetic material. If the coil is subjected to electrical voltage, the locking bar or the locking element is moved to a locking position and held in this position in which the door is mechanically locked and therefore can not be opened by the user.
  • the coil is usually coupled in the prior art directly to a mains connection of the household appliance and thus operated with the mains voltage.
  • a triac As a switching element for controlling the flow of current through the coil, a triac is used, which with Help a corresponding microcontroller is controlled.
  • a locking device with a triac is known, for example, from the document EP 0 808 935 A2.
  • a disadvantage of using a triac is the fact that the control terminal (gate) of the triac must be at the reference potential of the supply network or at the neutral potential (N). This in turn means that the microcontroller is also at this reference potential. In modern household appliances then a galvanic isolation between the microcontroller and other control devices must be ensured, which have a different electrical reference potential.
  • a motor control device for driving a three-phase brushless DC motor or a synchronous machine must be at a reference potential, which is different from the said neutral potential of the supply network.
  • optocouplers are used, which provide the required galvanic isolation.
  • a remedy here creates the use of a DC voltage source for the locking of the door, as described for example in the document DE 10 2012 010 929 A1.
  • the coil is incorporated here in an electrical circuit, which is supplied with a DC voltage.
  • This DC voltage is provided for example by a machine-internal power supply, which generates the DC voltage by rectification from a mains AC voltage.
  • the DC voltage is provided in particular by full-wave rectification from the mains AC voltage and may be an approximately amplitude-constant voltage generated by smoothing.
  • one or more electrical consumers which may include, for example, an electric drive motor for the washing drum of the washing machine.
  • the current flow through the coil is controlled by means of a transistor which is driven by drive pulses.
  • the duty cycle of the voltage pulses is varied such that the voltage pulses have a low duty cycle at the beginning of an excitation phase and an increasingly larger duty cycle towards the middle of the excitation phase until a maximum value of the coil current sets.
  • a DC voltage source is used to supply a locking device, however, the problem arises that the DC voltage provided by the DC voltage source can break when the energy is delivered to electrical consumers. This is the case in particular when a capacitor is used as the DC voltage source and the energy for the coil or other load is taken from the capacitor. This removal of electrical energy then causes a voltage drop across the capacitor, which then needs to be recharged. The charging of the capacitor is in turn dependent on the current phase position of the mains voltage.
  • a locking device is designed for locking a door of a household appliance.
  • the locking device comprises a locking element for mechanically locking the door.
  • the locking element is formed of a soft magnetic material.
  • the locking device further comprises a drive element for moving the locking element from an unlocking position, in which the door is unlocked and thus can be freely opened by the user, in a locking position in which the door is locked by the locking element, depending on a Current flow through the drive element.
  • the drive element is electrically coupled to a DC voltage source.
  • the drive element may be, for example, a coil or an electromagnet.
  • the locking device further comprises a switching element - in particular a semiconductor switch - for controlling the current flow through the drive element.
  • the switching element is electrically coupled to the drive element, in particular electrically connected in series with the drive element.
  • a control device is used to control the switching element and thus to control the current flow while delivering at least one drive pulse to the switching element.
  • the locking device has means for detecting a current voltage value of a DC voltage provided by the DC voltage source and the control device sets a pulse length of the drive pulse as a function of the current voltage value during operation of the locking device.
  • the pulse length of the current drive pulse and thus the length of the output to the drive element voltage pulse in response to the current voltage level of the DC voltage is achieved that the pulse length of the drive pulse always adapted to the current voltage value and thus to the drive element, a constant electric power and Therefore, sufficient electrical energy can be delivered, with which the locking element can be safely and reliably brought into the locked position.
  • the pulse length of the drive pulse at a lower voltage value can be set greater than at a higher voltage value in order to always be able to ensure that a sufficient power is delivered to the drive element.
  • a household appliance is understood to be a device which is used for household management.
  • the household appliance is a device for the care of laundry items, such as a washing machine, a washer-dryer or a tumble dryer.
  • the door is in particular a device component with which the opening of a laundry drum of the household appliance can be closed.
  • a semiconductor switch whose control terminal is coupled to the control device is used in particular as a switching element.
  • a semiconductor switch can be used, for example, a PNP bipolar transistor and / or an NPN bipolar transistor and / or an N-MOSFET and / or a P-MOSFET and / or an IGBT.
  • the control device controls the switching element with a sequence of pulses using pulse width modulation.
  • the control device can set a current duty cycle "of the drive pulses depending on the current voltage value."
  • the drive pulses can therefore be a periodic sequence of pulses in which the ratio of the pulse duration to the cycle duration is set as a function of the current voltage value on the one hand has the advantage that the sequence of drive pulses can thus be synchronized with the mains voltage without much effort; on the other hand, such a pulse width modulation can be implemented with a periodic sequence of pulses without much effort since the frequency of the drive pulses always remains constant and only the current one Duty cycle dependent on the current voltage value needs to be adjusted.
  • the DC voltage source is an intermediate circuit capacitor, which is coupled to an output of a rectifier, in particular a full-bridge rectifier, which is designed to rectify a mains voltage.
  • the rectifier is in particular coupled, on the one hand, to mains connections of the household appliance and, on the other hand, to the intermediate circuit capacitor, so that the voltage rectified by the rectifier is delivered to the intermediate circuit capacitor and then smoothed with the intermediate circuit capacitor.
  • RMS value rectified and smoothed mains voltage
  • This embodiment has the advantage that an already present in today's household appliances already existing electrical DC link can be used to move the locking element in the locked position or to keep in this locked position. It is therefore unnecessary to use separate DC sources with the associated disadvantages.
  • an inverter which is designed to provide a supply voltage for an electric drive motor of the domestic appliance from the DC voltage, is additionally coupled to the same DC voltage source, in particular to the named DC link capacitor. So it is specifically used the DC voltage source, which otherwise serves to supply the drive motor.
  • the drive motor is a multiphase-in particular three-phase brushless DC motor (BLDC) or a synchronous machine, so that the inverter generates a plurality of alternating voltages from the DC voltage for the operation of the drive motor.
  • BLDC three-phase brushless DC motor
  • this drive motor is used to drive a laundry drum of the household appliance.
  • the control device can set a larger pulse length of the drive pulses than at a higher voltage value, so that the pulse length is inversely proportional to the DC voltage at the DC voltage source.
  • the control means may adjust the pulse length of the drive pulses inversely proportional to the square of the voltage value of the DC voltage. Unintentional unlocking the door during operation of the household appliance can thus be safely prevented.
  • a lookup table can be stored, which indicates the dependence of the pulse length of the DC voltage of the DC voltage source. The controller may then adjust the current pulse length using the lookup table. The setting of the pulse length depending on the current voltage value can thus be realized without much computing power.
  • the locking device may also comprise at least one further switching element (hereinafter referred to as second switching element), which is coupled to the drive element and in particular electrically connected in series with the first switching element and the drive element.
  • the control device can be designed so that at least during the drive pulse of the first switching element, the second switching element is opened, so that this second switching element is driven with one or a series of drive pulse having at least the same pulse length as the drive pulses of the first switching element. The or the drive pulses of the second switching element thus overlap with the Antêtimpuls or the drive pulses of the first switching element.
  • the use of the second switching element has advantages in terms of reliability: In case of failure of one of the switching elements can be prevented with the other switching element, that the drive element - in particular a coil - is acted upon by a DC voltage. If a defect or an error of one of the switching elements is detected by the control device, a corresponding warning signal can be output.
  • a current phase position of the mains voltage is detected by the control device and the sequence of the drive pulses is generated as a function of the phase of the mains voltage.
  • the sequence of drive pulses can be synchronized with the mains voltage and, for example, it is possible to generate the drive pulses when the DC voltage source is fully charged. Excessive discharge of the DC voltage source can thus be reliably prevented.
  • An inventive household appliance in particular for the care of items of laundry, comprises a door and a locking device according to the invention for locking the door.
  • An inventive method is used to lock a door of a household appliance by means of a locking element which is moved depending on a current flow through a drive element from an unlocked position into a locking position, wherein the drive element is acted upon by a DC voltage of a DC voltage source and the current flow through the drive element by means of a Switching element is controlled, which is controlled by a control device with a sequence of drive pulses. A current voltage value of the DC voltage is detected, and a pulse length of the drive pulses is set by the control device as a function of the current voltage value.
  • Figure 1 is a schematic representation of a household appliance according to an embodiment of the invention.
  • 2 is a schematic representation of a circuit arrangement with a locking device according to an embodiment of the invention; and
  • Fig. 3 shows a dependence of a pulse length of AnSteuerimpulsen of a DC link DC voltage.
  • An illustrated in Fig. 1 home appliance 1 is for example a washing machine.
  • the household appliance 1 comprises a laundry drum 2 for receiving items of laundry, which is rotatably mounted about a horizontal axis of rotation 4 in a housing 3 of the household appliance 1 - and also in a non-illustrated tub.
  • the items of laundry can be introduced through an opening in the laundry drum 2, which can be closed by means of a door 5.
  • the user of the household appliance 1 can open and close the door 5. If the door 5 is closed, it can then be locked by means of a locking device 6 relative to the housing 3 and thus mechanically fixed relative to the housing 3, so that an opening of the door 5 is no longer possible.
  • the household appliance 1 For driving the laundry drum 2, the household appliance 1 includes an electric drive motor 7.
  • the user can select the desired operating program of the household appliance 1 with the aid of an operating device 8 and activate the operating process. If the operating process - here a washing process - activated, the door 5 is locked by means of the locking device 6 and unlocked only after completion of the operating process. Opening the door 5 during the operating process is thus prevented.
  • a circuit arrangement is part of the household appliance 1 and comprises the locking device 6.
  • the household appliance 1 has power connections 9, 10, which are based on electrical potentials L, N of the supply network. Between the power terminals 9, 10, a mains voltage U N is provided, which is an AC voltage.
  • the AC voltage U N is rectified by means of a rectifier 1 1, which is formed in the embodiment as a full-bridge rectifier with four diodes. On the output side, the rectifier 1 1 is coupled to a DC link capacitor 12, which smoothes the rectified voltage.
  • a DC link voltage V Z K is located between a DC link node 13 on the one hand and a reference potential 14 on the other.
  • the reference potential 14 is an electric different from the neutral potential N. Potential.
  • the intermediate circuit capacitor 12 represents a DC voltage source in the context of the present invention.
  • the drive motor 7 is a three-phase synchronous machine or a brushless DC motor (BLDC) with permanent magnets.
  • Alternating voltages for the stator winding are provided by means of an inverter 15, which comprises an inverter with a plurality of transistors and is coupled to the intermediate circuit node 1 3.
  • the alternating voltages for the drive motor 7 are thus provided from the DC link DC voltage V Z K or the inverter 1 5 is supplied with electrical energy from the DC link capacitor 12.
  • the inverter 15 is controlled by an engine control unit 16.
  • This engine control unit 16 is located on the reference potential 14 and is supplied with a supply voltage, which is provided by means of a DC-DC converter 1 7, for example, a switching power supply, from the intermediate circuit DC voltage V Z K.
  • This supply voltage can be 3.3 V or 5 V, for example.
  • the locking device 6 comprises an electrical switch 18 of a door contact, which is closed only when the door 5 is closed and open when the door 5 is open. The current can thus flow through the switch 18 only when the door 5 is closed.
  • the switch 18 is connected to a node 1 9, on which the same electrical potential as on the DC link node 13 is applied.
  • the switch 18 is connected to a drive element 20 in the form of a coil or an electromagnet.
  • this drive element 20 is coupled to the reference potential 14 via a node 21 and via a series connection of a first and a second switching element 22, 23. So there is a series circuit of the drive element 20 and the switching elements 22, 23 before.
  • a freewheeling diode 24 connects the node 21 to the node 19 and thus allows a current flow through the drive element 20 when the switching elements 22, 23 lock.
  • the switching elements 22, 23 are formed as NPN bipolar transistors.
  • the collector of the first switching element 22 is connected to the node 21; the emitter of the switching element 22 is connected to the collector of the second switching element 23.
  • the emitter of the second switching element 23 is connected to the Reference potential 14 is connected and thus lies on the reference potential 14.
  • a control device 25 is provided in the form of a microcontroller, which is connected to the base terminals of the switching elements 22, 23 and also located on the reference potential 14.
  • a supply voltage (for example 3.3 V or 5 V) for the control device 25 is generated by means of a DC-DC converter 26, for example a switched-mode power supply.
  • the control device 25 may also be formed integrally with the engine control unit 16, so that the control device 25 and the engine control unit 16 are formed by a single control device, in particular a microcontroller.
  • a current flow I through the drive member 20 causes a locking member 27 is moved from an unlocking position in which the door 5 is unlocked, in a locking position in which the door 5 by the locking element
  • the locking element 27 is fixed relative to the housing 3 and thus locked.
  • the locking element 27 may comprise, for example, a soft-magnetic locking bolt.
  • the locking element 27 is associated with a switch 28, which is coupled on the one hand to the node 19 and on the other hand to the control device 25. If the locking member 27 is moved to the locking position, so will the switch
  • the switching element 22 and the collector of the second switching element 23 is coupled to the control device 25, so that a current flow through the switching elements 22, 23 and thus the proper functioning of the switching elements 22, 23 can be checked.
  • the switching element 22 is controlled by the control device 25.
  • the second switching element 23 serves as a safety switching element and can be controlled independently of the switching element 22.
  • the safety switching element 23 can be driven in synchronism with the first switching element 22 with a same sequence of drive pulses or alternatively with longer pulses, so that the second switching element 23 is opened at least during the entire duration of the drive pulses 30 of the first switching element 22 is.
  • the second switching element 23 can also be switched through constantly.
  • the safety switching element 23 can be locked.
  • the actuation of the safety switching element preferably takes place independently of the switching element 22 by a safety circuit realized in the control device 25 or a software function.
  • a safety function can be realized independently of the function commands for the shut-off element 27.
  • the switching element 22 may also be driven with a sequence of drive pulses 30 using pulse width modulation.
  • a coupling capacitor can then be provided between the output of the control device 25 and the switching element 22, which prevents the switching element 22 is continuously activated in the event of malfunction.
  • the locking device 6 also includes means for detecting the current voltage value of the intermediate circuit DC voltage V ZK .
  • the current voltage value is detected by the control device 25, which for this purpose, for example, a separate measuring input (not shown) may have, which - is connected to the intermediate circuit node 13 - for example via a voltage divider or other DC-DC converter. Additionally or alternatively, the detection of the voltage value of the intermediate circuit DC voltage V Z K via a supply input 31, via which the control device 25, the above-mentioned supply voltage is supplied.
  • the temporal pulse length of the drive pulse 30 is set as a function of the current voltage value of the intermediate circuit DC voltage V Z K.
  • the control device 25 continuously or continuously detects the respective instantaneous voltage value of the DC link voltage V Z K and controls the pulse length of the drive pulse 30 which is delivered to the first switching element 22 to bring the locking element 27 in the operation of the household appliance 1 in the locked position.
  • the electric power delivered to the drive element 20 is adjusted by means of the pulse length of the drive pulse 30 as a function of the current voltage value of the DC link voltage V ZK or adapted to the current voltage value.
  • This adaptation looks like that Pulse length of the AnSteuerimpulses 30 is inversely proportional to the square of the DC link voltage V ZK .
  • the DC link voltage V ZK in volts dc is plotted on the y-axis; on the x-axis, a pulse length w of the drive pulse 30 is plotted in milliseconds.
  • the DC link voltage V ZK may vary between a lower limit of about 150V and an upper limit of about 400V.
  • a pulse length w of approximately 4.4 ms is set.
  • a pulse length w of approximately 32.6 ms is set.
  • the following lookup table can be stored in the control device 25:
  • the control device 25 can also detect the current phase position of the mains voltage U N and synchronize the sequence of the drive pulses 30 with the mains voltage U N such that the drive pulses 30 are generated when the intermediate circuit capacitor 12 is charged. This prevents that the DC link DC voltage V ZK CLOSE breaks down too much and falls below the lower limit of 150 V, for example.
  • the control device 25 continuously or continuously detects the instantaneous voltage value of the intermediate circuit DC voltage V Z K and continuously controls the pulse length of the drive pulses 30, which are continuously supplied to the first switching element 22 to the Locking element 27 to keep in the operation of the household appliance 1 continuously in the locked position.
  • the electrical power delivered to the drive element 20 is kept constant over time by the pulse length of the drive pulses 30 depending on the current voltage value of the DC link voltage V Z K adjusted or adapted to the current voltage value.
  • This adaptation looks such that the pulse length of the drive pulses 30 is inversely proportional to the square of the DC link voltage V Z K.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Control Of Washing Machine And Dryer (AREA)
  • Main Body Construction Of Washing Machines And Laundry Dryers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verriegelungseinrichtung (6) zum Verriegeln einer Tür (5) eines Haushaltsgeräts (1), mit einem Verriegelungselement (27) zum mechanischen Verriegeln der Tür (5), mit einem Antriebselement (20) zum Bewegen des Verriegelungselements (27) von einer Entriegelungsstellung, in welcher die Tür (5) unverriegelt ist, in eine Verriegelungsstellung, in welcher die Tür (5) durch das Verriegelungselement (27) verriegelt ist, abhängig von einem Stromfluss (I) durch das Antriebselement (20), wobei das Antriebselement (20) mit einer Gleichspannungsquelle (12) elektrisch gekoppelt ist, mit einem mit dem Antriebselement (20) elektrisch gekoppelten Schaltelement (22, 23) zur Steuerung des Stromflusses (I) durch das Antriebselement (20), und mit einer Steuereinrichtung (25) zur Ansteuerung des Schaltelements (22, 23), wobei die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, zur Steuerung des Stromflusses (I) durch das Antriebselement (20) eine Folge von Ansteuerimpulsen (30) an das Schaltelement (22, 23) abzugeben. Die Verriegelungseinrichtung (6) umfasst Mittel zum Erfassen eines aktuellen Spannungswerts (V) einer durch die Gleichspannungsquelle (12) bereitgestellten Gleichspannung (VZK), wobei die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, eine Pulslänge (w) der Ansteuerimpulse (30) abhängig von dem aktuellen Spannungswert (V) einzustellen.

Description

Verriegelungseinrichtung zum Verriegeln einer Tür eines
Haushaltsgeräts, Haushaltsgerät und entsprechendes Verfahren
Die Erfindung betrifft eine Verriegelungseinrichtung zum Verriegeln einer Tür eines Haushaltsgeräts, mit einem Verriegelungselement zum mechanischen Verriegeln der Tür, mit einem Antriebselement, insbesondere einer elektrischen Spule, zum Bewegen des Verriegelungselements von einer Entriegelungsstellung, in welcher die Tür unverriegelt ist, in eine Verriegelungsstellung, in welcher die Tür verriegelt ist, abhängig von einem Stromfluss durch das Antriebselement, wobei das Antriebselement mit einer Gleichspannungsquelle elektrisch gekoppelt ist, mit einem mit dem Antriebselement elektrisch gekoppelten Schaltelement zur Steuerung des Stromflusses durch das Antriebselement, und mit einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Schaltelements, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, zur Steuerung des Stromflusses durch das Antriebselement eine Folge von Ansteuerimpulsen an das Schaltelement abzugeben. Die Erfindung betrifft außerdem ein Haushaltsgerät mit einer solchen Verriegelungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Verriegeln einer Tür eines Haushaltsgeräts.
Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf eine Verriegelungseinrichtung, welche zur Verriegelung einer Tür einer Waschmaschine dient. Solche Verriegelungseinrichtungen für Waschmaschinen sind bereits aus dem Stand der Technik in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. Üblicherweise wird dabei ein Elektromagnet in Form einer elektrischen Spule eingesetzt, welche als Antriebselement für den tatsächlichen Sperrriegel fungiert, der beispielsweise aus einem weichmagnetischen Material besteht. Wird die Spule mit elektrischer Spannung beaufschlagt, wird der Sperrriegel bzw. das Verriegelungselement in eine Verriegelungsstellung bewegt und in dieser Stellung gehalten, in welcher die Tür mechanisch verriegelt ist und somit durch den Benutzer nicht geöffnet werden kann. Die Spule wird im Stand der Technik üblicherweise direkt mit einem Netzanschluss des Haushaltsgeräts gekoppelt und somit mit der Netzspannung betrieben. Als Schaltelement zur Steuerung des Stromflusses durch die Spule wird ein Triac eingesetzt, welcher mit Hilfe eines entsprechenden Mikrocontrollers angesteuert wird. Eine solche Verriegelungseinrichtung mit einem Triac ist beispielsweise aus dem Dokument EP 0 808 935 A2 bekannt. Als nachteilig an der Verwendung eines Triacs ist dabei der Umstand anzusehen, dass der Steueranschluss (Gate) des Triacs auf dem Bezugspotenzial des Versorgungsnetzes bzw. auf dem Neutral-Potenzial (N) liegen muss. Dies wiederum führt dazu, dass auch der Mikrocontroller auf diesem Bezugspotenzial liegt. Bei modernen Haushaltsgeräten muss dann eine galvanische Trennung zwischen dem Mikrocontroller und anderen Steuereinrichtungen gewährleistet werden, welche ein anderes elektrisches Bezugspotenzial aufweisen. So muss beispielsweise ein Motorsteuergerät zur Ansteuerung eines dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors bzw. einer Synchronmaschine auf einem Bezugspotenzial liegen, welches von dem genannten Neutral-Potenzial des Versorgungsnetzes unterschiedlich ist. Um eine gegenseitige Kommunikation zwischen den verschiedenen Steuereinrichtungen zu ermöglichen, werden daher beispielsweise Optokoppler eingesetzt, welche für die erforderliche Galvanische Trennung sorgen.
Eine Abhilfe schafft hier die Verwendung einer Gleichspannungsquelle für die Verriegelung der Tür, wie dies beispielsweise in dem Dokument DE 10 2012 010 929 A1 beschrieben ist. Die Spule ist hier in einen elektrischen Schaltkreis eingebunden, welcher mit einer Gleichspannung versorgt wird. Diese Gleichspannung wird beispielsweise von einem maschineninternen Netzteil bereitgestellt, welches aus einer Netz- Wechselspannung die Gleichspannung durch Gleichrichtung erzeugt. Die Gleichspannung wird dabei insbesondere durch Vollwellen-Gleichrichtung aus der Netz- Wechselspannung bereitgestellt und kann eine durch Glättung erzeugte, näherungsweise amplitudenkonstante Spannung sein. In dem mit der Gleichspannung versorgten Schaltkreis liegen ein oder mehrere elektrische Verbraucher, die beispielsweise einen elektrischen Antriebsmotor für die Wäschetrommel der Waschmaschine umfassen können. Der Stromfluss durch die Spule wird mit Hilfe eines Transistors gesteuert, welcher mit Ansteuerimpulsen angesteuert wird. Um den gewünschten Verlauf des Spulenstroms zu erhalten, wird das Tastverhältnis der Spannungsimpulse derart variiert, dass die Spannungsimpulse zu Beginn einer Erregungsphase ein geringes Tastverhältnis und zur Mitte der Erregungsphase hin ein zunehmend größeres Tastverhältnis besitzen, bis sich ein Maximalwert des Spulenstroms einstellt. Wird zur Versorgung einer Verriegelungseinrichtung eine Gleichspannungsquelle verwendet, so ergibt sich jedoch die Problematik, dass die durch die Gleichspannungsquelle bereitgestellte Gleichspannung einbrechen kann, wenn die Energie an elektrische Verbraucher abgegeben wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn als Gleichspannungsquelle ein Kondensator eingesetzt wird und die Energie für die Spule oder andere Verbraucher dem Kondensator entnommen wird. Diese Entnahme der elektrischen Energie bewirkt dann einen Spannungsabfall am Kondensator, welcher dann wieder aufgeladen zur werden braucht. Das Aufladen des Kondensators ist wiederum abhängig von der aktuellen Phasenlage der Netzspannung. Diese Problematik wird noch dann verschärft, wenn mit der elektrischen Energie aus der Gleichspannungsquelle zusätzlich auch weitere Verbraucher versorgt werden. Wird der Transistor nun mit Ansteuerimpulsen vorbestimmter und konstanter Pulslänge angesteuert, so kann es vorkommen, dass die an die Spule abgegebene elektrische Energie bzw. Leistung insgesamt nicht ausreicht, um das Verriegelungselement in die Verriegelungsstellung zu bringen oder dort zu halten. Gegebenenfalls ist ein betriebssicherer Betrieb des Haushaltsgeräts dann nicht möglich.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einer Verriegelungseinrichtung der eingangs genannten Gattung eine stets zuverlässige Verriegelung der Tür ermöglicht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verriegelungseinrichtung, durch ein Haushaltsgerät sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung ist zum Verriegeln einer Tür eines Haushaltsgeräts ausgebildet. Die Verriegelungseinrichtung umfasst ein Verriegelungselement zum mechanischen Verriegeln der Tür. Beispielsweise ist das Verriegelungselement aus einem weichmagnetischen Material gebildet. Die Verriegelungseinrichtung umfasst außerdem ein Antriebselement zum Bewegen des Verriegelungselements von einer Entriegelungsstellung, in welcher die Tür unverriegelt ist und somit durch den Benutzer frei geöffnet werden kann, in eine Verriegelungsstellung, in welcher die Tür durch das Verriegelungselement verriegelt ist, abhängig von einem Stromfluss durch das Antriebselement. Das Antriebselement ist mit einer Gleichspannungsquelle elektrisch gekoppelt. Das Antriebselement kann beispielsweise eine Spule bzw. ein Elektromagnet sein. Die Verriegelungseinrichtung umfasst des Weiteren ein Schaltelement - insbesondere einen Halbleiterschalter - zur Steuerung des Stromflusses durch das Antriebselement. Das Schaltelement ist mit dem Antriebselement elektrisch gekoppelt, insbesondere elektrisch in Reihe zum Antriebselement geschaltet. Eine Steuereinrichtung dient zur Ansteuerung des Schaltelements und somit zur Steuerung des Stromflusses unter Abgabe wenigstens eines Ansteuerimpulses an das Schaltelement. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung Mittel zum Erfassen eines aktuellen Spannungswerts einer durch die Gleichspannungsquelle bereitgestellten Gleichspannung aufweist und die Steuereinrichtung eine Pulslänge des Ansteuerimpulses abhängig von dem aktuellen Spannungswert im Betrieb der Verriegelungseinrichtung einstellt.
Durch die Festlegung der Pulslänge des aktuellen Ansteuerimpulses und somit der Länge des an das Antriebselement abgegebenen Spannungsimpulses in Abhängigkeit von der aktuellen Spannungshöhe der Gleichspannung wird erreicht, dass die Pulslänge des Ansteuerimpulses stets an den aktuellen Spannungswert angepasst und an das Antriebselement somit eine konstante elektrische Leistung und daher auch ausreichend elektrische Energie abgegeben werden kann, mit welcher das Verriegelungselement sicher und zuverlässig in die Verriegelungsstellung gebracht werden kann. So kann die Pulslänge des Ansteuerimpulses bei einem geringeren Spannungswert größer als bei einem höheren Spannungswert eingestellt werden, um stets gewährleisten zu können, dass eine ausreichende Leistung an das Antriebselement abgegeben wird. Insgesamt wird somit ein betriebssicherer und zuverlässiger Betrieb der Verriegelungseinrichtung ermöglicht, und dies unter Verwendung einer Gleichspannungsquelle, welche gegenüber einem Betrieb des Antriebselements mit Netzspannung insbesondere den Vorteil hat, dass die Steuereinrichtung nicht auf dem Neutral-Potenzial der Netzspannung liegen muss und somit keine zusätzlichen Maßnahmen für eine Galvanische Trennung zwischen mehreren Steuereinrichtungen getroffen zu werden brauchen.
Unter einem Haushaltsgerät wird vorliegend ein Gerät verstanden, welches zur Haushaltsführung eingesetzt wird. Insbesondere ist das Haushaltsgerät ein Gerät zur Pflege von Wäschestücken, wie beispielsweise eine Waschmaschine, ein Waschtrockner oder ein Wäschetrockner. Bei der Tür handelt es sich insbesondere um ein Gerätebauteil, mit welchem die Öffnung einer Wäschetrommel des Haushaltsgeräts geschlossen werden kann.
Wie bereits ausgeführt, wird als Schaltelement insbesondere ein Halbleiterschalter verwendet, dessen Steueranschluss mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist. Als Halbleiterschalter kann dabei beispielsweise ein PNP-Bipolartransistor und/oder ein NPN- Bipolartransistor und/oder ein N-MOSFET und/oder ein P-MOSFET und/oder ein IGBT verwendet werden. In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung das Schaltelement mit einer Folge von Impulsen unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation ansteuert. Dann kann die Steuereinrichtung ein aktuelles Tastverhältnis" der Ansteuerimpulse abhängig von dem aktuellen Spannungswert einstellen. Bei den Ansteuerimpulsen kann es sich folglich um eine periodische Folge von Impulsen handeln, bei welcher das Verhältnis der Impulsdauer zur Periodendauer in Abhängigkeit von dem aktuellen Spannungswert eingestellt wird. Dies hat einerseits den Vorteil, dass die Folge von Ansteuerimpulsen somit ohne viel Aufwand mit der Netzspannung synchronisiert werden kann; andererseits kann eine solche Pulsweitenmodulation mit einer periodischen Folge von Impulsen ohne viel Aufwand implementiert werden, da die Frequenz der Ansteuerimpulse grundsätzlich konstant bleibt und lediglich das aktuelle Tastverhältnis abhängig von dem jeweils aktuellen Spannungswert eingestellt zu werden braucht.
Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Gleichspannungsquelle ein Zwischenkreiskondensator ist, welcher mit einem Ausgang eines Gleichrichters, insbesondere eines Vollbrückengleichrichters, gekoppelt ist, welcher zum Gleichrichten einer Netzspannung ausgebildet ist. Der Gleichrichter ist insbesondere einerseits mit Netzanschlüssen des Haushaltsgeräts und andererseits mit dem Zwischenkreiskondensator gekoppelt, so dass die durch den Gleichrichter gleichgerichtete Spannung an den Zwischenkreiskondensator abgegeben und dann mit dem Zwischenkreiskondensator geglättet wird. Am Zwischenkreiskondensator liegt somit eine gleichgerichtete und geglättete Netzspannung (Effektivwert) an, welche für die Ansteuerung der Verriegelungseinrichtung genutzt werden kann. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein bei heutigen Haushaltsgeräten ohnehin bereits vorhandener elektrischer Zwischenkreis genutzt werden kann, um das Verriegelungselement in die Verriegelungsstellung zu bewegen bzw. in dieser Verriegelungsstellung zu halten. Es erübrigt sich somit der Einsatz von separaten Gleichspannungsquellen mit den damit verbundenen Nachteilen.
Bevorzugt ist mit derselben Gleichspannungsquelle, insbesondere mit dem genannten Zwischenkreiskondensator, zusätzlich auch ein Inverter gekoppelt, welcher zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung für einen elektrischen Antriebsmotor des Haushaltsgeräts aus der Gleichspannung ausgebildet ist. Es wird also gezielt die Gleichspannungsquelle genutzt, welche sonst zur Versorgung des Antriebsmotors dient. In diesem Zusammenhang kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Antriebsmotor ein mehrphasiger - insbesondere dreiphasiger - bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) bzw. eine Synchronmaschine ist, sodass der Inverter aus der Gleichspannung mehrere Wechselspannungen für den Betrieb des Antriebsmotors erzeugt. Vorzugsweise dient dieser Antriebsmotor zum Antreiben einer Wäschetrommel des Haushaltsgeräts.
Es gilt vorzugsweise die Beziehung, dass je geringer die Gleichspannung an der Gleichspannungsquelle ist, desto größer die Pulslänge des oder der Ansteuerimpulse eingestellt wird. Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung bei einem geringeren Spannungswert der Gleichspannung eine größere Pulslänge der Ansteuerimpulse als bei einem höheren Spannungswert einstellen, sodass die Pulslänge umgekehrt proportional zur Gleichspannung an der Gleichspannungsquelle ist. Durch eine solche Vorgehensweise kann stets gewährleistet werden, dass durch das Antriebselement im Mittel ein ausreichender elektrischer Strom fließt, welcher für einen sicheren Betrieb der Verriegelungseinrichtung sorgt.
Um den Mittelwert des elektrischen Stroms durch das Antriebselement und somit die an das Antriebselement abgegebene Leistung konstant zu halten, kann die Steuereinrichtung die Pulslänge der Ansteuerimpulse umgekehrt proportional zum Quadrat des Spannungswerts der Gleichspannung einstellen. Eine ungewollte Entriegelung der Tür im Betrieb des Haushaltsgeräts kann somit sicher verhindert werden. In der Steuereinrichtung kann beispielsweise eine Lookup-Tabelle abgelegt sein, welche die Abhängigkeit der Pulslänge von der Gleichspannung der Gleichspannungsquelle angibt. Die Steuereinrichtung kann dann die aktuelle Pulslänge unter Verwendung der Lookup-Tabelle einstellen. Die Einstellung der Pulslänge abhängig von dem aktuellen Spannungswert kann somit ohne viel Rechenleistung realisiert werden.
Zusätzlich zu dem genannten Schaltelement (nachfolgend als erstes Schaltelement genannt) kann die Verriegelungseinrichtung auch zumindest ein weiteres Schaltelement (nachfolgend als zweites Schaltelement genannt) aufweisen, welches mit dem Antriebselement gekoppelt und insbesondere in Reihe zum ersten Schaltelement und zum Antriebselement elektrisch geschaltet ist. Die Steuereinrichtung kann so ausgelegt sein, dass zumindest während des Ansteuerimpulses des ersten Schaltelements das zweite Schaltelement geöffnet wird, sodass dieses zweite Schaltelement mit einem oder einer Folge von Ansteuerimpuls angesteuert wird, welche mindestens die gleiche Pulslänge wie die Ansteuerimpulse des ersten Schaltelements aufweisen. Der oder die Ansteuerimpulse des zweiten Schaltelements überlappen sich somit mit dem Antsteuerimpuls oder den Ansteuerimpulsen des ersten Schaltelements. Der Einsatz des zweiten Schaltelements hat Vorteile hinsichtlich der Betriebssicherheit: Bei Ausfall eines der Schaltelemente kann mit dem anderen Schaltelement verhindert werden, dass das Ansteuerelement - insbesondere eine Spule - mit einer Gleichspannung beaufschlagt wird. Wird ein Defekt bzw. ein Fehler eines der Schaltelemente durch die Steuereinrichtung detektiert, kann ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass durch die Steuereinrichtung eine aktuelle Phasenlage der Netzspannung erfasst und die Folge der Ansteuerimpulse abhängig von der Phase der Netzspannung erzeugt wird. Auf diese Weise kann die Folge der Ansteuerimpulse mit der Netzspannung synchronisiert werden, und es ist beispielsweise möglich, die Ansteuerimpulse dann zu erzeugen, wenn die Gleichspannungsquelle vollständig aufgeladen ist. Eine zu starke Entladung der Gleichspannungsquelle kann somit zuverlässig verhindert werden.
Ein erfindungsgemäßes Haushaltsgerät, insbesondere zur Pflege von Wäschestücken, umfasst eine Tür sowie eine erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung zum Verriegeln der Tür. Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Verriegeln einer Tür eines Haushaltsgeräts mit Hilfe eines Verriegelungselements, welches abhängig von einem Stromfluss durch ein Antriebselement von einer Entriegelungsstellung in eine Verriegelungsstellung bewegt wird, wobei das Antriebselement mit einer Gleichspannung einer Gleichspannungsquelle beaufschlagt wird und der Stromfluss durch das Antriebselement mittels eines Schaltelements gesteuert wird, welches mittels einer Steuereinrichtung mit einer Folge von Ansteuerimpulsen angesteuert wird. Es wird ein aktueller Spannungswert der Gleichspannung erfasst, und eine Pulslänge der Ansteuerimpulse wird durch die Steuereinrichtung abhängig von dem aktuellen Spannungswert eingestellt.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Haushaltsgerät sowie für das erfindungsgemäße Verfahren. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle 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 oder aber in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Haushaltsgerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Schaltungsanordnung mit einer Verriegelungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und Fig. 3 eine Abhängigkeit einer Pulslänge von AnSteuerimpulsen von einer Zwischenkreisgleichspannung.
Ein in Fig. 1 dargestelltes Haushaltsgerät 1 ist beispielsweise eine Waschmaschine. Das Haushaltsgerät 1 umfasst eine Wäschetrommel 2 zur Aufnahme von Wäschestücken, welche in einem Gehäuse 3 des Haushaltsgeräts 1 - und auch in einem nicht dargestellten Laugenbehälter - um eine horizontale Drehachse 4 drehbar gelagert ist. Die Wäschestücke können durch eine Öffnung in die Wäschetrommel 2 eingebracht werden, welche mittels einer Tür 5 verschließbar ist. In an sich bekannter Weise kann der Benutzer des Haushaltsgeräts 1 die Tür 5 öffnen und schließen. Wird die Tür 5 geschlossen, kann sie dann mittels einer Verriegelungseinrichtung 6 gegenüber dem Gehäuse 3 verriegelt und somit relativ zum Gehäuse 3 mechanisch fixiert werden, so dass ein Öffnen der Tür 5 nicht mehr möglich ist.
Zum Antreiben der Wäschetrommel 2 beinhaltet das Haushaltsgerät 1 einen elektrischen Antriebsmotor 7. Der Benutzer kann mit Hilfe einer Bedieneinrichtung 8 das gewünschte Betriebsprogramm des Haushaltgeräts 1 auswählen und den Betriebsprozess aktiveren. Wird der Betriebsprozess - hier ein Waschprozess - aktiviert, wird die Tür 5 mittels der Verriegelungseinrichtung 6 verriegelt und erst nach Abschluss des Betriebsprozesses wieder entriegelt. Ein Öffnen der Tür 5 während des Betriebsprozesses wird somit verhindert.
Eine Schaltungsanordnung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, ist Bestandteil des Haushaltsgeräts 1 und umfasst die Verriegelungseinrichtung 6. Das Haushaltsgerät 1 weist Netzanschlüsse 9, 10 auf, welche auf elektrischen Potenzialen L, N des Versorgungsnetzes liegen. Zwischen den Netzanschlüssen 9, 10 wird eine Netzspannung UN bereitgestellt, welche eine Wechselspannung ist. Die Wechselspannung UN wird mittels eines Gleichrichters 1 1 gleichgerichtet, welcher im Ausführungsbeispiel als Vollbrückengleichrichter mit vier Dioden ausgebildet ist. Ausgangsseitig ist der Gleichrichter 1 1 mit einem Zwischenkreiskondensator 12 gekoppelt, welcher die gleichgerichtete Spannung glättet. Eine Zwischenkreisgleichspannung VZK liegt zwischen einem Zwischenkreisknoten 13 einerseits und einem Bezugspotenzial 14 andererseits. Das Bezugspotenzial 14 ist ein von dem Neutral-Potenzial N verschiedenes elektrisches Potenzial. Der Zwischenkreiskondensator 12 stellt eine Gleichspannungsquelle im Sinne der vorliegenden Erfindung dar.
Im Ausführungsbeispiel ist der Antriebsmotor 7 eine dreiphasige Synchronmaschine bzw. ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) mit Permanentmagneten. Wechselspannungen für die Statorwicklung werden dabei mittels eines Inverters 15 bereitgestellt, welcher einen Wechselrichter mit mehreren Transistoren umfasst und mit dem Zwischenkreisknoten 1 3 gekoppelt ist. Die Wechselspannungen für den Antriebsmotor 7 werden also aus der Zwischenkreisgleichspannung VZK bereitgestellt bzw. der Inverter 1 5 wird mit elektrischer Energie aus dem Zwischenkreiskondensator 12 versorgt. Der Inverter 15 wird dabei durch ein Motorsteuergerät 16 angesteuert. Dieses Motorsteuergerät 16 liegt auf dem Bezugspotenzial 14 und wird mit einer Versorgungsspannung versorgt, welche mittels eines Gleichspannungswandlers 1 7, beispielsweise eines Schaltnetzteils, aus der Zwischenkreisgleichspannung VZK bereitgestellt wird. Diese Versorgungsspannung kann beispielsweise 3,3 V oder 5 V betragen.
Die Verriegelungseinrichtung 6 umfasst einen elektrischen Schalter 18 eines Türkontakts, welcher nur bei geschlossener Tür 5 geschlossen und bei offener Tür 5 geöffnet ist. Der Strom kann durch den Schalter 18 also nur bei geschlossener Tür 5 fließen. Einerseits ist der Schalter 18 mit einem Knoten 1 9 verbunden, auf welchem dasselbe elektrische Potenzial wie auf dem Zwischenkreisknoten 13 anliegt. Andererseits ist der Schalter 18 mit einem Antriebselement 20 in Form einer Spule bzw. eines Elektromagneten verbunden. Dieses Antriebselement 20 ist andererseits über einen Knoten 21 sowie über eine Reihenschaltung aus einem ersten und einem zweiten Schaltelement 22, 23 mit dem Bezugspotenzial 14 gekoppelt. Es liegt also eine Reihenschaltung aus dem Antriebselement 20 und den Schaltelementen 22, 23 vor. Eine Freilaufdiode 24 verbindet den Knoten 21 mit dem Knoten 19 und ermöglicht somit einen Stromfluss durch das Antriebselement 20, wenn die Schaltelemente 22, 23 sperren. Im Ausführungsbeispiel sind die Schaltelemente 22, 23 als NPN-Bipolartransistoren ausgebildet. Der Kollektor des ersten Schaltelements 22 ist dabei mit dem Knoten 21 verbunden; der Emitter des Schaltelements 22 ist mit dem Kollektor des zweiten Schaltelements 23 verbunden. Der Emitter des zweiten Schaltelements 23 ist mit dem Bezugspotenzial 14 verbunden und liegt somit auf dem Bezugspotenzial 14. Zur Ansteuerung der Schaltelemente 22, 23 ist eine Steuereinrichtung 25 in Form eines Mikrocontrollers vorgesehen, welche mit den Basisanschlüssen der Schaltelemente 22, 23 verbunden ist und ebenfalls auf dem Bezugspotenzial 14 liegt. Eine Versorgungsspannung (beispielsweise 3,3 V oder 5 V) für die Steuereinrichtung 25 wird mittels eines Gleichspannungswandlers 26, beispielsweise eines Schaltnetzteils, erzeugt. Optional kann die Steuereinrichtung 25 auch integral mit dem Motorsteuergerät 16 ausgebildet sein, so dass die Steuereinrichtung 25 und das Motorsteuergerät 16 durch eine einzige Steuereinrichtung, insbesondere einen Mikrocontroller, gebildet sind. Ein Stromfluss I durch das Antriebselement 20 bewirkt, dass ein Verriegelungselement 27 von einer Entriegelungsstellung, in welcher die Tür 5 unverriegelt ist, in eine Verriegelungsstellung bewegt wird, in welcher die Tür 5 durch das Verriegelungselement
27 relativ zum Gehäuse 3 fixiert und somit verriegelt ist. Das Verriegelungselement 27 kann beispielsweise einen weichmagnetischen Sperrriegel umfassen. Um die aktuelle Stellung des Verriegelungselements 27 überprüfen zu können, ist dem Verriegelungselement 27 ein Schalter 28 zugeordnet, welcher einerseits mit dem Knoten 19 und andererseits mit der Steuereinrichtung 25 gekoppelt ist. Wird das Verriegelungselement 27 in die Verriegelungsstellung bewegt, so wird auch der Schalter
28 geschlossen, was durch die Steuereinrichtung 25 entsprechend detektiert werden kann. Außerdem ist auch ein Knoten 29 zwischen dem Emitter des ersten Schaltelements
22 und dem Kollektor des zweiten Schaltelements 23 mit der Steuereinrichtung 25 gekoppelt, so dass auch ein Stromfluss durch die Schaltelemente 22, 23 und somit die ordnungsgemäße Funktionsweise der Schaltelemente 22, 23 überprüft werden kann. Das Schaltelement 22 wird durch die Steuereinrichtung 25 Das zweite Schaltelement 23 dient als Sicherheitsschaltelement und kann unabhängig von dem Schaltelement 22 angesteuert werden. Um die Ansteuerung des Antriebselements 20 freizugeben, kann das Sicherheitsschaltelement 23 synchron zum ersten Schaltelement 22 mit einer gleichen Folge von Ansteuerimpulsen oder alternativ mit längeren Impulsen angesteuert werden, so dass das zweite Schaltelement 23 mindestens während der gesamten Dauer der Ansteuerimpulse 30 des ersten Schaltelements 22 geöffnet ist. Alternativ kann das zweite Schaltelement 23 auch konstant durchgeschaltet werden. Um die Ansteuerung des Antriebselements 20 zu unterbinden und damit das Schalten des Magnetventils 28 zu verhindern, kann das Sicherheitsschaltelement 23 gesperrt werden. Die Ansteuerung des Sicherheitsschaltelements findet dabei bevorzugt unabhängig von dem Schaltelement 22 durch einen in der Steuereinrichtung 25 realisierten Sicherheitsschaltkreis oder eine Softwarefunktion statt. Damit kann unabhängig von den Funktionsbefehlen für das Absperrelement 27 eine Sicherheitsfunktion realisiert werden.
In einer alternativen Ausführung kann das Schaltelement 22 auch mit einer Folge von Ansteuerimpulsen 30 unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation angesteuert werden. Vorteilhafterweise kann dann zwischen dem Ausgang der Steuereinrichtung 25 und dem Schaltelement 22 ein Kopplungskondensator vorgesehen sein, der verhindert, dass das Schaltelement 22 im Fall einer Fehlfunktion durchgehend aktiviert ist.
Die Verriegelungseinrichtung 6 beinhaltet auch Mittel zur Erfassung des aktuellen Spannungswerts der Zwischenkreisgleichspannung VZK. Der aktuelle Spannungswert wird dabei durch die Steuereinrichtung 25 erfasst, welche zu diesem Zwecke beispielsweise einen separaten Messeingang (nicht dargestellt) aufweisen kann, welcher - beispielsweise über einen Spannungsteiler oder einen anderen Gleichspannungswandler - mit dem Zwischenkreisknoten 13 verbunden ist. Ergänzend oder alternativ kann die Erfassung des Spannungswerts der Zwischenkreisgleichspannung VZK über einen Versorgungseingang 31 erfolgen, über welchen der Steuereinrichtung 25 die oben genannte Versorgungsspannung zugeführt wird.
Es ist vorgesehen, dass die zeitliche Pulslänge des Ansteuerimpulses 30 in Abhängigkeit von dem aktuellen Spannungswert der Zwischenkreisgleichspannung VZK eingestellt wird. Dazu erfasst die Steuereinrichtung 25 fortlaufend bzw. kontinuierlich den jeweils augenblicklichen Spannungswert der Zwischenkreisgleichspannung VZK und steuert die Pulslänge des Ansteuerimpulses 30 welcher an das erste Schaltelement 22 abgegeben wird, um das Verriegelungselement 27 im Betrieb des Haushaltsgeräts 1 in die Verriegelungsstellung zu bringen. Dabei wird die an das Antriebselement 20 abgegebene elektrische Leistung mittels der Pulslänge des Ansteuerimpulses 30 abhängig von dem aktuellen Spannungswert der Zwischenkreisgleichspannung VZK eingestellt bzw. an den aktuellen Spannungswert angepasst. Diese Anpassung sieht derart aus, dass die Pulslänge des AnSteuerimpulses 30 umgekehrt proportional zum Quadrat der Zwischenkreisgleichspannung VZK ist.
Diese Abhängigkeit ist in Fig. 3 abgebildet. Auf der y-Achse ist dabei die Zwischenkreisgleichspannung VZK in Voltdc aufgetragen; auf der x-Achse ist eine Pulslänge w des Ansteuerimpulses 30 in Millisekunden aufgetragen. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, kann die Zwischenkreisgleichspannung VZK zwischen einem unteren Grenzwert von etwa 150 V und einem oberen Grenzwert von etwa 400 V variieren. Bei einer Zwischenkreisgleichspannung VZK von 400 V wird eine Pulslänge w von etwa 4,4 ms eingestellt. Bei einer Zwischenkreisgleichspannung VZK von 150 V wird eine Pulslänge w von etwa 32,6 ms eingestellt. In der Steuereinrichtung 25 kann dabei folgende Lookup- Tabelle abgelegt sein:
Der oben dargestellten Abhängigkeit liegt folgende Überlegung zugrunde: Obwohl als Antriebselement 20 eine Spule eingesetzt wird, hat dieses Antriebselement 20 auch einen internen Ohmschen Widerstand (Innenwiderstand), welcher auch die an das Antriebselement 20 gelieferte Energie beeinflusst. Die durch das Antriebselement 20 aufgenommene Energie ergibt sich aus der folgenden Gleichung: E=Vlw, wobei E die durch das Antriebselement 20 aufgenommene elektrische Energie, V den Spannungswert der Zwischenkreisgleichspannung VZK, I den maximalen Strom durch das Antriebselement 20 und w die Pulslänge in Sekunden bezeichnen. Wird eine sehr kleine Induktivität des Antriebselements 20 angenommen, so wird der Strom I grundsätzlich durch den Innenwiderstand bestimmt: l=V/R, wobei R den Innenwiderstand des Antriebselements 20 bezeichnet. Daraus ergibt sich folgende Abhängigkeit der Pulslänge w von dem Spannungswert V: w=ERA/2.
Wird eine konstante Energie E sowie ein konstanter Widerstand R angenommen, kann diese Gleichung mit Hilfe einer Konstanten k folgendermaßen dargestellt werden: w=k/V2.
Diese Abhängigkeit entspricht dem Verlauf gemäß Fig. 3. Die Steuereinrichtung 25 kann auch die aktuelle Phasenlage der Netzspannung UN erfassen und die Folge der Ansteuerimpulse 30 mit der Netzspannung UN derart synchronisieren, dass die Ansteuerimpulse 30 bei aufgeladenem Zwischenkreiskondensator 12 erzeugt werden. Dadurch wird verhindert, dass die Zwischenkreisgleichspannung VZK ZU stark einbricht und beispielsweise den unteren Grenzwert von 150 V unterschreitet.
Bei einer Ansteuerung mit einer Folge von Impulsen unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation erfasst die Steuereinrichtung 25 fortlaufend bzw. kontinuierlich den jeweils augenblicklichen Spannungswert der Zwischenkreisgleichspannung VZK und steuert fortlaufend die Pulslänge der Ansteuerimpulse 30, welche fortlaufend an das erste Schaltelement 22 abgegeben werden, um das Verriegelungselement 27 im Betrieb des Haushaltsgeräts 1 fortlaufend in der Verriegelungsstellung zu halten. Dabei wird gemäß den obigen Überlegungen die an das Antriebselement 20 abgegebene elektrische Leistung über die Zeit konstant gehalten, indem die Pulslänge der Ansteuerimpulse 30 abhängig von dem aktuellen Spannungswert der Zwischenkreisgleichspannung VZK eingestellt bzw. an den aktuellen Spannungswert angepasst wird. Diese Anpassung sieht derart aus, dass die Pulslänge der Ansteuerimpulse 30 umgekehrt proportional zum Quadrat der Zwischenkreisgleichspannung VZK ist. Bezugszeichenliste
1 Haushaltsgerät
2 Wäschetrommel
3 Gehäuse
4 Drehachse
5 Tür
6 Verriegelungseinrichtung
7 elektrischer Antriebsmotor
8 Bedieneinrichtung
9, 10 Netzanschluss
1 1 Gleichrichter
12 Zwischenkreiskondensator
13 Zwischenkreisknoten
14 Bezugspotenzial
15 Inverter
16 Motorsteuergerät
17 Gleichspannungswandler
18 elektrischer Schalter
19 Knoten
20 Antriebselement
21 Knoten
22, 23 Schaltelement
24 Freilaufdiode
25 Steuereinrichtung
26 Gleichspannungswandler
27 Verriegelungselement
28 Schalter
29 Knoten
30 Ansteuerimpulse
31 Versorgungseingang
I Stromfluss
L elektrisches Potenzial N elektrisches Potenzial
UN Netzspannung
VZK Zwischenkreisgleichspannung w Pulslänge

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Verriegelungseinrichtung (6) zum Verriegeln einer Tür (5) eines Haushaltsgeräts (1 ), mit:
einem Verriegelungselement (27) zum mechanischen Verriegeln der Tür (5),
einem Antriebselement (20) zum Bewegen des Verriegelungselements (27) von einer Entriegelungsstellung, in welcher die Tür (5) unverriegelt ist, in eine Verriegelungsstellung, in welcher die Tür (5) durch das
Verriegelungselement (27) verriegelt ist, abhängig von einem Stromfluss (I) durch das Antriebselement (20), wobei das Antriebselement (20) mit einer Gleichspannungsquelle (12) elektrisch gekoppelt ist,
einem mit dem Antriebselement (20) elektrisch gekoppelten Schaltelement (22, 23) zur Steuerung des Stromflusses (I) durch das
Antriebselement (20), und
einer Steuereinrichtung (25) zur Ansteuerung des Schaltelements (22, 23), wobei die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, zur Steuerung des Stromflusses (I) durch das Antriebselement (20) wenigstens einen Ansteuerimpuls (30) an das Schaltelement (22, 23) abzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass
die Verriegelungseinrichtung (6) Mittel zum Erfassen eines aktuellen
Spannungswerts (V) einer durch die Gleichspannungsquelle (12) bereitgestellten Gleichspannung (VZK) aufweist und die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, eine Pulslänge (w) des wenigstens einen Ansteuerimpulses (30) abhängig von dem aktuellen Spannungswert (V) einzustellen.
2. Verriegelungseinrichtung (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle (12) ein Zwischenkreiskondensator ist, welcher mit einem Ausgang eines Gleichrichters (1 1 ), insbesondere eines Vollbrückengleichrichters, gekoppelt ist, der zum Gleichrichten einer Netzspannung (UN) ausgebildet ist.
3. Verriegelungseinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit derselben Gleichspannungsquelle (12) ein Inverter (15) gekoppelt ist, welcher zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung für einen elektrischen Antriebsmotor (7) des Haushaltsgeräts (1 ) aus der Gleichspannung (VZK) ausgebildet ist.
4. Verriegelungseinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, bei einem geringeren Spannungswert (V) der Gleichspannung (VZK) eine größere Pulslänge (w) als bei einem höheren Spannungswert (V) einzustellen.
5. Verriegelungseinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, die Pulslänge (w) umgekehrt proportional zum Quadrat des Spannungswerts (V) einzustellen.
6. Verriegelungseinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (25) eine Lookup-Tabelle abgelegt ist, welche die Abhängigkeit der Pulslänge (w) von der Gleichspannung (VZK) angibt, wobei die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, die Pulslänge (w) unter Verwendung der Lookup-Tabelle einzustellen.
7. Verriegelungseinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem einen Schaltelement (22, 23) zumindest ein weiteres Schaltelement (22, 23) mit dem Antriebselement (20) gekoppelt ist und die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, zumindest während der Ansteuerimpulse (30) des einen Schaltelements (22, 23) das zumindest eine weitere Schaltelement (22, 23) zu öffnen.
8. Verriegelungseinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, das
Schaltelement (22, 23) mit einer Folge von Impulsen unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation anzusteuern und ein aktuelles Tastverhältnis der
Ansteuerimpulse (30) abhängig von dem aktuellen Spannungswert (V) einzustellen.
9. Verriegelungseinrichtung (6) nach einem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, eine aktuelle Phasenlage einer Netzspannung (UN) zu erfassen und die Folge der Ansteuerimpulse (30) abhängig von der Phase der Netzspannung (UN) zu erzeugen.
10. Haushaltsgerät (1 ), insbesondere zur Pflege von Wäschestücken, mit einer Tür (5) und mit einer Verriegelungseinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
1 1 . Verfahren zum Verriegeln einer Tür (5) eines Haushaltsgeräts (1 ) mithilfe eines Verriegelungselements (27), welches abhängig von einem Stromfluss (I) durch ein Antriebselement (20) von einer Entriegelungsstellung, in welcher die Tür (5) unverriegelt ist, in eine Verriegelungsstellung bewegt wird, in welcher die Tür (5) verriegelt ist, wobei das Antriebselement (20) mit einer Gleichspannung (VZK) einer Gleichspannungsquelle (12) beaufschlagt wird und der Stromflusses (I) durch das Antriebselement (20) mittels eines Schaltelements (22, 23) gesteuert wird, welches mittels einer Steuereinrichtung (25) mit wenigstens einem Ansteuerimpuls (30) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller
Spannungswert (V) der Gleichspannung (VZK) erfasst wird und eine Pulslänge (w) des Ansteuerimpulses (30) durch die Steuereinrichtung (25) abhängig von dem aktuellen Spannungswert (V) eingestellt wird.
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