EP3327195A1 - Verfahren und ansteuerschaltung für einen induktionsbeheizten wäschetrockner - Google Patents

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EP3327195A1
EP3327195A1 EP17198448.7A EP17198448A EP3327195A1 EP 3327195 A1 EP3327195 A1 EP 3327195A1 EP 17198448 A EP17198448 A EP 17198448A EP 3327195 A1 EP3327195 A1 EP 3327195A1
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EP
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drum
induction
induction heating
time interval
temperature
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EP17198448.7A
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Oliver Kalze
Martin Schulze Hobeling
Ludger Laame
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Miele und Cie KG
Original Assignee
Miele und Cie KG
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • D06F58/20—General details of domestic laundry dryers 
    • D06F58/26—Heating arrangements, e.g. gas heating equipment

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling an induction heating of a tumble dryer and a corresponding drive circuit.
  • a further disadvantage is that the heat generation takes place directly with electric current, which can lead to a high power consumption of such dryers with electric heating. This leads to an inefficient type of laundry drying, which today is undesirable against the background of rising electricity costs and from the point of view of the environmental impact.
  • heat pump tumble dryer have a closed heat pump cycle with a compressor, an evaporator, a condenser and a throttle (eg capillary tube or expansion valve).
  • a compressor evaporator
  • a condenser e.g capillary tube or expansion valve
  • a throttle eg capillary tube or expansion valve
  • the process air moisture is removed, which was previously removed from the laundry.
  • the previously heated by the heat pump cycle and dehumidified process air is passed through a fan through an air supply duct in a laundry drum of the clothes dryer.
  • the laundry to be dried is usually by rotation moved, so that the process air can reach the laundry as completely and evenly as possible.
  • the heated process air absorbs moisture from the laundry and dries it.
  • the moist process air then returns via an air return channel to the heat pump cycle.
  • the moisture extracted from the laundry is condensed from the process air and discharged in liquid form to the outside.
  • the energy extracted from the process air is returned to the process air so that the process air, once heated, leaves the heat pump cycle in the direction of the laundry drum.
  • the cycle of process air is closed in this way.
  • Examples of heat pump tumble dryer provide the EP 2 642 018 A2 and the DE 42 12 700 A1 represents.
  • a heat pump tumble dryer is a condensation dryer that heats the process air by convection.
  • the process air heats the laundry by convection and evaporates the water.
  • the moist warm air is then dehumidified and cooled in the air condenser (heat pump evaporator). It must be ensured that in the designed heat pump cycle before entering the compressor overheating is ensured, i.
  • the compressor should only draw in dry steam and not a two-phase mixture as this would cause the compressor to fail.
  • condition of the refrigerant is heavily dependent on pressure and temperature. These two parameters and thus the entire heat transfer process are decisively influenced by the enthalpy flow of the process air and the onset of condensation on the heat transfer surface of the air condenser. This means that process management is necessary for the shortest possible drying time, which increases the enthalpy flow of the process air, adapts it to the operating range of the heat pump, ensures overheating and allows as much water as possible to condense out of the process air.
  • heat pump tumble dryers are significantly more energy efficient than tumble dryers with electrical resistance heating elements, they have a much lower temperature range at a lower temperature level, which can be achieved by the heat pump. This can lead to significantly longer drying times, with longer drying times lead to greater stress on the laundry due to the then prolonged mechanical movement. It may also take a relatively long time, especially at the beginning of the drying process, until the drum has heated to the target temperature. This also extends the drying time.
  • a further heat source can be provided. It is generally known to heat the drum of a tumble dryer by means of an induction heater. For optimum process flow and the shortest possible drying time, the drum temperature must be measured and adjusted by adjusting the heating power. A sufficiently accurate measurement of the drum temperature is necessary for this.
  • the invention therefore has the task of specifying an alternative control, which can dispense with an external temperature sensor and still provide an accurate temperature detection. Furthermore, a particular heat pump tumble dryer is to be provided, which allows using this control an accelerated and thus also more gentle drying.
  • a resonant circuit In an induction heating system of a tumble dryer, a resonant circuit consists of the induction coil heating a ferromagnetic material (in this case the drying drum) and an additional condenser. In such a system can by the Measurement of the resonant frequency of the resonant circuit to the temperature of the ferromagnetic material (the drying drum) are closed.
  • the magnetic permeability ⁇ r depends on the temperature of the material.
  • the inductance of a coil is proportional to the magnetic permeability coefficient ⁇ r : L ⁇ ⁇ r .
  • the temperature of the dryer drum can be deduced from the measurable resonant frequency, which depends directly on the temperature.
  • the resonant frequency is subject to variation, e.g. due to small imbalances generated by the laundry on take-away, the temperature derived therefrom also varies.
  • the fluctuation does not result mainly from temperature fluctuations, but from changes in distance between the induction heating and the drum.
  • the resonance frequency usually reacts more dynamically than the temperature.
  • the measured resonant frequency can be filtered, for example with a moving averaging or a digital low pass.
  • a drive circuit for induction heating a drum of a tumble dryer comprising a microcontroller arranged to carry out the method as described above.
  • an additional ferromagnetic material is attached to at least a portion of the drum, and the drive circuit is configured to perform the measurement of the resonant frequency of the resonant circuit during a time interval during which the induction heater covers the attached ferromagnetic material.
  • the magnetic properties of the material to be heated of the drum change with the temperature to a sufficient extent. Only then can the drum temperature be calculated sufficiently accurately via the resulting resonant frequency of the resonant circuit. If, due to the characteristics of the drum material, the resonance frequency does not sufficiently change in the interesting temperature range, according to this embodiment, a suitable ferromagnetic material can be attached to the drum by which this measurement is made. This material changes the magnetic permeability number ideally in the interesting temperature range (for example 45 ° C - 140 ° C) significantly.
  • the attachment to several partial locations of the drum In cases of non-continuous attachment, the measurement may then be made periodically in the time interval when the additionally attached to the dryer drum material in the Area of the induction coil is located. In the case of a continuous attachment, the time interval can be chosen freely, since here the material is always in the range of induction heating irrespective of the drum angle position.
  • the attached ferromagnetic material behaves magnetically differently than the material of the drum and is mounted only on at least a portion of the drum, and the drive circuit is arranged to detect, based on the change of the magnetic behavior, whether the drum rotates or whether the drum is stationary, wherein the drive circuit is arranged to turn off the induction heater at a detected drum standstill.
  • This embodiment can also be used when the drum material already exhibits a sufficient change with temperature. However, this embodiment is especially advantageous when the additional material is applied in order to ensure the desired measuring accuracy, since a drum rotation can then be sensed here without any further effort.
  • FIG. 1 shows a dryer 1 according to an embodiment of the invention, with a drive circuit, which uses the inventive method.
  • a Induction heater 3 is arranged, which heats the material of the drum 2 (or an attached ferromagnetic material, not shown).
  • FIG. 2 shows as an example the circuit topology of a quasi-resonant inverter.
  • the circuit includes an IGBT (insulated gate bipolar transistor), through which the high-frequency voltage for driving the induction coil L R is generated.
  • the induction coil L R forms together with the adjacently arranged drum T or a ferromagnetic material mounted thereon, the inductance of the resonant circuit.
  • the resonant circuit further includes a capacitor C R.
  • the drive is briefly switched off and interrupted, so that the system (the resonant circuit voltage u CE ) can oscillate freely for a short time. During this period, the resonance frequency is measured. For this purpose, one or more periods of the resonant circuit voltage can be evaluated. The measurement is carried out with a comparator and an internal timer of the microcontroller. After the measurement, the inverter is again operated in its normal operating state to heat. The measuring period is relatively short compared to the heating period, so that the performance of the induction system is practically hardly affected.
  • the dryer drum rotates throughout the measurement, as indicated by the fluctuating signals. The drum is not warm at every point on its circumference because there are imbalances, inhomogeneities and other tolerances in the system. By further filtering the measured resonance frequency, the signal fluctuations can be reduced. The filtering can be done with a digital filter (software filter, eg moving averaging, digital low pass) in the microcontroller software.
  • a digital filter software filter, eg moving averaging, digital low pass
  • FIG. 4 shows the relationship between resonance frequency and drum temperature, which results from the curves of the FIG. 3 results.
  • FIG. 5 shows the course of drive pulses (voltage pulses) of the resonant circuit, below the envelope, which results from the AC line voltage (50 Hz in the example here).
  • the interruption of the control for measuring the resonance frequency takes place in a region shortly before a zero crossing (in each case approximately every 10 ms) of the mains voltage.
  • FIG. 6 shows the in FIG. 5 Enlarged dashed area increases. In the interval from 9 ms to 9.2 ms, the control of the resonant circuit is interrupted to measure the resonance frequency. In the example shown here, 2 periods of vibration are used.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verfahren zur Ansteuerung einer Induktionsheizung eines Wäschetrockners, umfassend Ansteuern einer Induktionsheizung, um die Trommel eines Wäschetrockners zu beheizen, Unterbrechen der Ansteuerung der Induktionsheizung für ein Zeitintervall, so dass der Schwingkreis der Induktionsheizung frei schwingen kann, Messen der Resonanzfrequenz des Schwingkreises während des Zeitintervalls, und Bestimmen der Temperatur der Trommel, basierend auf der gemessenen Resonanzfrequenz.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Induktionsheizung eines Wäschetrockners sowie eine entsprechende Ansteuerschaltung.
  • Es ist bekannt, die Trommel eines Wäschetrockners mittels eines elektrischen Widerstandsheizelements direkt zu erwärmen. Beispielsweise beschreibt die DE 43 13 538 A1 eine Einrichtung zum Trocknen von Textilgut in Wäschetrocknertrommeln. Um die Wärmezufuhr von der Heizung zu dem zu trocknenden Textilgut auf möglichst direktem Weg zu bewirken, werden ein oder mehrere elektrische Widerstandsheizelemente an der Außen- oder Innenfläche des Trommelmantels angeordnet. und mit diesem fest verbunden. Hierdurch soll der Wirkungsgrad beim Wäschetrocknen verbessert werden.
  • Nachteilig ist hierbei, dass eine elektrische Verbindung zu den elektrischen Widerstandsheizelementen hergestellt werden muss, welche sich mit der Trommel mit drehen. Dies kann z.B. durch Bürstenkontakte erreicht werden, was jedoch aufwendig und damit teuer ist. Ferner unterliegen die Bürstenkontakte einem signifikanten Verschleiß, so dass die Lebensdauer derartiger Lösungen der elektrischen Kontaktierung zwischen sich zueinander bewegenden Kontaktpartner begrenzt ist. Dies kann zu erhöhten Wartungs- und Instandhaltungskosten derartiger Wäschetrockner führen.
  • Nachteilig ist ferner, dass die Wärmeerzeugung direkt mit elektrischem Strom erfolgt, was zu einem hohen Stromverbrauch derartiger Wäschetrockner mit elektrischer Beheizung führen kann. Dies führt zu einer ineffizienten Art der Wäschetrocknung, welche heutzutage vor dem Hintergrund steigender Stromkosten sowie aus Sicht der Umweltbelastung unerwünscht ist.
  • Weiterhin sind Wärmepumpen-Wäschetrockner bekannt. Diese weisen einen geschlossenen Wärmepumpenkreislauf mit einem Kompressor, einem Verdampfer, einem Verflüssiger und einer Drossel (z.B. Kapillarrohr oder Expansionsventil) auf. Über diesen Wärmepumpenkreislauf wird der Prozessluft Feuchtigkeit entzogen, die zuvor der Wäsche entzogen wurde. Hierzu wird die zuvor durch den Wärmepumpenkreislauf aufgeheizte und entfeuchtete Prozessluft über ein Gebläse durch einen Luftzuführungskanal in eine Wäschetrommel des Wäschetrockners geführt. In der Wäschetrommel wird die zu trocknende Wäsche üblicherweise durch Rotation bewegt, damit die Prozessluft die Wäsche möglichst vollständig und gleichmäßig erreichen kann.
    Die aufgeheizte Prozessluft nimmt hierbei Feuchtigkeit aus der Wäsche auf und trocknet diese dadurch. Die feuchte Prozessluft gelangt dann über einen Luftrückführungskanal zum Wärmepumpenkreislauf zurück. Hier wird die der Wäsche entzogene Feuchtigkeit aus der Prozessluft kondensiert und in flüssiger Form nach außen hin abgeführt. Die der Prozessluft hierbei entzogene Energie wird der Prozessluft wieder zugeführt, so dass die Prozessluft wieder aufgeheizt den Wärmepumpenkreislauf Richtung Wäschetrommel verlässt. Der Kreislauf der Prozessluft wird auf diese Weise geschlossen. Beispiele für Wärmepumpen-Wäschetrockner stellen die EP 2 642 018 A2 und die DE 42 12 700 A1 dar.
  • Ein Wärmepumpen-Wäschetrockner ist ein Kondensationstrockner, welcher die Prozessluft durch Konvektion aufheizt. Die Prozessluft erwärmt durch Konvektion die Wäsche und verdampft das Wasser. Die feuchtwarme Luft wird anschließend im Luft-Kondensator (Wärmepumpen-Verdampfer) entfeuchtet und abgekühlt. Dabei muss sichergestellt werden, dass im ausgelegten Wärmepumpenkreislauf vor Eintritt in den Kompressor eine Überhitzung sichergestellt ist, d.h. der Kompressor darf nur trockenen Dampf ansaugen und kein Zweiphasengemisch, weil dies zum Versagen des Kompressors führen würde.
  • Der Zustand des Kältemittels ist stark druck- und temperaturabhängig. Diese beiden Größen und damit der gesamte Wärmeübertragungsprozess werden vom Enthalpiestrom der Prozessluft und der einsetzenden Kondensation an der Wärmeübertragungsfläche des Luft-Kondensators maßgeblich beeinflusst. Dies bedeutet, dass für eine möglichst kurze Trocknungszeit eine Prozessführung notwendig ist, welche den Enthalpiestrom der Prozessluft erhöht, auf den Betriebsbereich der Wärmepumpe anpasst, die Überhitzung sicherstellt und dabei möglichst viel Wasser aus der Prozessluft auskondensieren lässt.
  • Wärmepumpen-Wäschetrockner sind zwar deutlich energieeffizienter als Wäschetrockner mit elektrischen Widerstandsheizelementen, weisen jedoch einen deutlich kleineren Temperaturbereich auf einem niedrigeren Temperaturniveau auf, welcher mittels der Wärmepumpe erreicht werden kann. Dies kann zu deutlich längeren Trocknungszeiten führen, wobei längere Trocknungszeiten aufgrund der dann länger andauernden mechanischen Bewegung zu stärkerer Beanspruchung der Wäsche führen. Es kann auch insbesondere zu Beginn des Trocknungsvorgangs relativ lange dauern, bis die Trommel sich auf die Zieltemperatur erwärmt hat. Auch das verlängert die Trocknungsdauer.
  • Um die Trocknung bei einem Wärmepumpentrockner zu unterstützen und zu beschleunigen und damit auch die Beanspruchung der Wäsche zu minimieren, kann daher eine weitere Heizquelle vorgesehen werden. Es ist grundsätzlich bekannt, die Trommel eines Wäschetrockners mittels einer Induktionsheizung zu beheizen. Für einen optimalen Prozessablauf und eine möglichst kurze Trockenzeit muss dazu die Trommeltemperatur gemessen und durch Anpassung der Heizleistung geregelt werden. Eine ausreichend genaue Messung der Trommeltemperatur ist dafür notwendig.
  • Eine Möglichkeit hierzu besteht darin, mittels eines externen Sensors, beispielsweise einem Infrarotsensor, die Temperatur der Trommel direkt zu messen. Dies ist jedoch aus verschiedenen Gründen nachteilig. Es erhöht einerseits den Fertigungsaufwand und die Kosten für das betreffende Gerät, insbesondere, wenn zur Sicherstellung einer funktionierenden Temperaturmessung eine beispielsweise schwarze Außenbeschichtung der Trommel erforderlich wird. Es erhöht andererseits die Ausfallgefahr bzw. verringert die Zuverlässigkeit des Geräts, da der Sensor ausfallen oder nicht mehr richtig messen kann. Infrarotsensoren, die optisch arbeiten, können beispielsweise leicht verschmutzen, zum Beispiel durch Flusen, die zwangsläufig im Trockner anfallen. Eine gegebenenfalls nötige Außenbeschichtung der Trommel kann mit der Zeit ihre Eigenschaften verändern oder beschädigt werden und somit ebenfalls die Zuverlässigkeit der Messung beeinträchtigen.
  • Die Erfindung hat daher die Aufgabe, eine alternative Ansteuerung anzugeben, die auf einen externen Temperatursensor verzichten und dennoch eine genaue Temperaturerfassung bereitstellen kann. Weiterhin soll ein insbesondere Wärmepumpen-Wäschetrockner bereitgestellt werden, der unter Verwendung dieser Ansteuerung eine beschleunigte und somit auch schonendere Trocknung ermöglicht.
  • Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren bereitgestellt, umfassend:
    • Ansteuern einer Induktionsheizung, um die Trommel eines Wäschetrockners zu beheizen;
    • Unterbrechen der Ansteuerung der Induktionsheizung für ein Zeitintervall, so dass der Schwingkreis der Induktionsheizung frei schwingen kann;
    • Messen der Resonanzfrequenz des Schwingkreises während des Zeitintervalls; und
    • Bestimmen der Temperatur der Trommel, basierend auf der gemessenen Resonanzfrequenz.
  • In einem Induktionsheizsystem eines Wäschetrockners besteht ein Schwingkreis aus der Induktionsspule, die ein ferromagnetisches Material (in diesem Fall die Trocknertrommel) erwärmt, und einem zusätzlichen Kondensator. In einem solchen System kann durch die Messung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises auf die Temperatur des ferromagnetischen Materials (der Trocknertrommel) geschlossen werden.
  • Bei ferromagnetischen Materialien, wie sie für eine Induktionsbeheizung nötig sind, ist die magnetische Permeabilitätszahl µ r abhängig von der Temperatur des Materials. Die Induktivität einer Spule (in diesem Fall eine Kombination aus der Induktionsspule und dem Bereich der Trocknertrommel, den die Induktionsspule abdeckt) ist proportional zur magnetischen Permeabilitätszahl µ r : L ~ µ r .
  • Durch die Veränderung der Induktivität mit der Temperatur verändert sich die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises. Es gilt die Thomsonsche Schwingungsgleichung: f 0 = 1 2 π LC
    Figure imgb0001
  • Unter Nutzung dieser Beziehung kann gemäß der Erfindung aus der messbaren Resonanzfrequenz, die direkt von der Temperatur abhängt, auf die Temperatur der Trocknertrommel geschlossen werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter:
    • Filtern der gemessenen Resonanzfrequenz, um eine Rotation der Trommel zu berücksichtigen.
  • In der speziellen Situation einer rotierenden Trommel eines Trockners ist die Resonanzfrequenz einer Schwankung unterworfen, z.B. aufgrund von kleinen Unwuchten, die durch die Wäsche beim Mitnehmen erzeugt werden, schwankt die daraus abgeleitete Temperatur ebenfalls. Die Schwankung resultiert nicht im Wesentlichen aus Temperaturschwankungen, sondern aus Abstandsänderungen zwischen Induktionsheizung und Trommel. Weiterhin reagiert die Resonanzfrequenz in der Regel dynamischer als die Temperatur. Um daraus einen verlässlicheren Wert für die Temperatur abzuleiten, kann die gemessene Resonanzfrequenz gefiltert werden, beispielsweise mit einer gleitenden Mittelwertbildung oder einem digitalen Tiefpass.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter:
    • Unterbrechen des Beheizens der Trommel oder Reduzieren der Leistung der Induktionsheizung, falls die bestimmte Temperatur über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, wobei der Temperatur-Schwellenwert einen Wert zwischen 45°C und 140°C besitzt.
    • Gemäß einer Ausführungsform wird die Induktionsheizung mit Wechselspannung betrieben und liegt das Zeitintervall kurz vor einem Nulldurchgang der Wechselspannung, wobei das Zeitintervall 1-3 Perioden, bevorzugt 2 Perioden des Schwingkreises beträgt. In einer beispielhaften Ausführungsform liegt das Zeitintervall in den letzten 10-15% der Periodenlänge vor dem Nulldurchgang.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Ansteuerschaltung für eine Induktionsheizung einer Trommel eines Wäschetrockners bereitgestellt, umfassend einen Mikrokontroller, der eingerichtet ist zum Ausführen des Verfahrens wie vorstehend beschrieben.
  • Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Wäschetrockner bereitgestellt, umfassend:
    • eine induktionsbeheizbare und drehbare Trommel;
    • eine Induktionsheizung, die zum Beheizen der Trommel eingerichtet ist und mindestens einen Teil der Trommel abdeckt; und
    • eine Ansteuerschaltung wie vorstehend beschrieben.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist an zumindest einem Teilabschnitt der Trommel ein zusätzliches ferromagnetisches Material angebracht, und ist die Ansteuerschaltung eingerichtet, das Messen der Resonanzfrequenz des Schwingkreises während eines Zeitintervalls auszuführen, in dem die Induktionsheizung des angebrachte ferromagnetische Material abdeckt.
  • Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es erforderlich, dass sich die magnetischen Eigenschaften des zu erwärmenden Materials der Trommel mit der Temperatur in einem ausreichenden Maße ändern. Nur dann kann über die sich ergebene Resonanzfrequenz des Schwingkreises ausreichend genau die Trommeltemperatur berechnet werden. Wenn sich aufgrund der Eigenschaften des Trommelmaterials die Resonanzfrequenz im interessanten Temperaturbereich nicht ausreichend ändert, kann gemäß dieser Ausführungsform ein geeignetes ferromagnetisches Material an der Trommel angebracht werden, über das diese Messung erfolgt. Dieses Material ändert die magnetische Permeabilitätszahl idealerweise im interessanten Temperaturbereich (beispielsweise 45°C - 140°C) deutlich.
  • Dies umfasst sowohl ein vollumfängliches als auch ein teilweises Anbringen eines zusätzlichen Materials. Ebenso umfasst ist das Anbringen an mehreren Teil-Stellen der Trommel. In den Fällen einer nicht kontinuierlichen Anbringung kann die Messung dann periodisch in dem Zeitintervall erfolgen, wenn sich das zusätzlich an der Trocknertrommel angebrachte Material im Bereich der Induktionsspule befindet. Im Falle einer kontinuierlichen Anbringung kann das Zeitintervall frei gewählt werden, da sich hier das Material unabhängig von der Trommelwinkelstellung immer im Bereich der Induktionsheizung befindet.
  • Gemäß einer Ausführungsform verhält sich das angebrachte ferromagnetische Material magnetisch anders als das Material der Trommel und ist nur auf mindestens einem Teilabschnitt der Trommel angebracht ist, und ist die Ansteuerschaltung eingerichtet, basierend auf der Änderung des magnetischen Verhaltens zu erkennen, ob sich die Trommel dreht oder ob die Trommel stillsteht, wobei die Ansteuerschaltung eingerichtet ist, bei einem erkannten Trommelstillstand die Induktionsheizung abzuschalten.
  • Diese Ausführungsform kann auch dann zur Anwendung kommen, wenn das Trommelmaterial bereits eine ausreichende Änderung mit der Temperatur zeigt. Besonders vorteilhaft ist dies Ausführungsform aber gerade dann, wenn das zusätzliche Material angebracht wird, um die gewünschte Messgenauigkeit sicherzustellen, da hier dann ohne weiteren Aufwand eine Trommeldrehung mit sensiert werden kann.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
    • Fig. 1
    zeigt eine Ausführungsform eines Trockners gemäß der Erfindung;
    Fig. 2
    zeigt eine Schaltungstopologie, wie sie mit der Erfindung verwendet werden kann;
    Fig. 3
    zeigt ein Diagramm mit den Verläufen von gemessener Trommeltemperatur und Resonanzfrequenz;
    Fig. 4
    zeigt ein Diagramm, mit dem erfindungsgemäß die Trommeltemperatur aus der Resonanzfrequenz abgeleitet werden kann;
    Fig. 5
    ist ein Diagramm des Pulsverlaufs der Ansteuerung des Schwingkreises; und
    Fig. 6
    ein Ausschnitt des Verlaufs von Fig. 5.
  • Figur 1 zeigt einen Trockner 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, mit einer Ansteuerschaltung, die das erfindungsgemäße Verfahren einsetzt. An der Trommel 2 ist eine Induktionsheizung 3 angeordnet, die das Material der Trommel 2 (oder ein daran angebrachte ferromagnetisches Material, hier nicht gezeigt) beheizt.
  • Figur 2 zeigt als Beispiel die Schaltungstopologie eines Quasi-Resonant-Inverters. Die Schaltung enthält einen IGBT (insulated-gate bipolar transistor), durch den die hochfrequente Spannung zur Ansteuerung der Induktionsspule LR erzeugt wird. Die Induktionsspule LR bildet zusammen mit der benachbart angeordneten Trommel T bzw. einem darauf angebrachten ferromagnetischen Material die Induktivität des Schwingkreises. Der Schwingkreis enthält weiterhin einen Kondensator CR.
  • Zur Messung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises wird die Ansteuerung kurz ausgeschaltet und unterbrochen, so dass das System (die Schwingkreisspannung uCE) für eine kurze Zeit frei schwingen kann. In diesem Zeitraum wird die Resonanzfrequenz gemessen. Dafür können eine oder mehrere Perioden der Schwingkreisspannung ausgewertet werden. Die Messung erfolgt mit einem Komparator und einem internen Zeitgeber des Mikrocontrollers. Nach der Messung wird der Inverter wieder in seinem normalen Betriebszustand betrieben, um zu heizen. Der Messzeitraum ist gegenüber dem Heiz-Zeitraum relativ kurz, so dass die Leistung des Induktionssystems praktisch kaum beeinflusst wird.
  • Figur 3 zeigt ein beispielhaftes Diagramm der Verläufe von Trommeltemperatur (gemessen mit einem IR-Temperatursensor) und der Resonanzfrequenz bei einer Induktionsheizleistung von P = 1000 Watt. Dargestellt ist hier der ein Temperaturbereich von ca. 30 °C bis 100 °C, andere Bereiche wie etwa 45°C - 140°C sind aber ebenfalls möglich. Die Trocknertrommel dreht sich während der gesamten Messung, was an den schwankenden Signalen zu erkennen ist. Die Trommel ist auf ihrem Umfang nicht an jedem Punkt gleich warm, weil es im System Unwuchten, Inhomogenitäten und andere Toleranzen gibt. Durch eine weitere Filterung der gemessenen Resonanzfrequenz können die Signalschwankungen verringert werden. Die Filterung kann mit einem digitalen Filter (Software-Filter, z.B. gleitende Mittelwertbildung, digitaler Tiefpass) in der Mikrocontroller-Software durchgeführt werden.
  • Figur 4 zeigt den Zusammenhang zwischen Resonanzfrequenz und Trommeltemperatur, der sich aus den Verläufen der Figur 3 ergibt. Über diesen erkannten Zusammenhang kann aus der gemessenen Resonanzfrequenz des Schwingkreises die Temperatur der Trocknertrommel mit der nötigen Genauigkeit abgeleitet werden, ohne direkt (beispielsweise mit einem IR-Temperatursensor) messen zu müssen.
  • Figur 5 zeigt den Verlauf von Ansteuerpulsen (Spannungspulsen) des Schwingkreises, unter der Einhüllenden, die sich aufgrund der Netzwechselspannung (im Beispiel hier 50 Hz) ergibt. Wie hier im gestrichelten Bereich angedeutet ist, findet die Unterbrechung der Ansteuerung zur Messung der Resonanzfrequenz in einem Bereich kurz vor einem Nulldurchgang (jeweils ca. alle 10 ms) der Netzspannung statt.
  • Figur 6 zeigt den in Figur 5 gestrichelt hervorgehobenen Bereich vergrößert. Im Intervall von 9 ms bis 9,2 ms wird die Ansteuerung des Schwingkreises unterbrochen, um die Resonanzfrequenz zu messen. Im hier gezeigten Beispiel werden dafür 2 Perioden der Schwingung genutzt.
  • Es kann grundsätzlich eine wählbare Anzahl von Perioden genutzt werden, solange die Unterbrechung der Ansteuerung die Leistung der Induktionsheizung nicht zu stark beeinträchtigt wird. Bevorzugt sind weiterhin die herangezogenen Perioden zu Beginn der Unterbrechung angeordnet, da hier das Signal jeweils am größten ist.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Ansteuerung einer Induktionsheizung eines Wäschetrockners, umfassend:
    Ansteuern einer Induktionsheizung, um die Trommel eines Wäschetrockners zu beheizen;
    Unterbrechen der Ansteuerung der Induktionsheizung für ein Zeitintervall, so dass der Schwingkreis der Induktionsheizung frei schwingen kann;
    Messen der Resonanzfrequenz des Schwingkreises während des Zeitintervalls; und
    Bestimmen der Temperatur der Trommel, basierend auf der gemessenen Resonanzfrequenz.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend:
    Filtern der gemessenen Resonanzfrequenz, um eine Rotation der Trommel zu berücksichtigen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend:
    Unterbrechen des Beheizens der Trommel oder Reduzieren der Leistung der Induktionsheizung, falls die bestimmte Temperatur über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Temperatur-Schwellenwert zwischen 45°C und 140°C beträgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Induktionsheizung mit Wechselspannung betrieben wird und das Zeitintervall kurz vor einem Nulldurchgang der Wechselspannung liegt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zeitintervall 1-3 Perioden, bevorzugt 2 Perioden des Schwingkreises beträgt.
  7. Ansteuerschaltung für eine Induktionsheizung einer Trommel eines Wäschetrockners, umfassend einen Mikrokontroller, der eingerichtet ist zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-6.
  8. Wäschetrockner, umfassend:
    eine induktionsbeheizbare und drehbare Trommel;
    eine Induktionsheizung, die mindestens einen Teil der Trommel abdeckt und zum Beheizen der Trommel eingerichtet ist; und
    eine Ansteuerschaltung gemäß Anspruch 7, die mit der Induktionsheizung funktionsfähig verbunden ist.
  9. Wäschetrockner gemäß Anspruch 8, wobei an zumindest einem Teilabschnitt der Trommel ein zusätzliches ferromagnetisches Material angebracht ist, und wobei die Ansteuerschaltung eingerichtet ist, das Messen der Resonanzfrequenz des Schwingkreises während eines Zeitintervalls auszuführen, in dem die Induktionsheizung des angebrachte ferromagnetische Material abdeckt.
  10. Wäschetrockner gemäß Anspruch 9, wobei das angebrachte ferromagnetische Material sich magnetisch anders verhält als das Material der Trommel und nur auf mindestens einem Teilabschnitt der Trommel angebracht ist, und wobei die Ansteuerschaltung eingerichtet ist, basierend auf der Änderung des magnetischen Verhaltens zu erkennen, ob sich die Trommel dreht oder ob die Trommel stillsteht, wobei die Ansteuerschaltung eingerichtet ist, bei einem erkannten Trommelstillstand die Induktionsheizung abzuschalten.
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