WO2015173070A1 - Ventileinrichtung für ein haushaltsgerät, haushaltsgerät und entsprechendes verfahren - Google Patents

Ventileinrichtung für ein haushaltsgerät, haushaltsgerät und entsprechendes verfahren Download PDF

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shut
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Marcelo Cabaleiro Martins
Rudolf Seidl
Tobias Rosin
Mircea BARBU
Karl-Heinz Strobel
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BSH Hausgeräte GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a valve device for a household appliance, with a shut-off for controlling a flow of a fluid in a line of the household appliance, a drive element for moving the shut-off of an open position in which the line is open, in a closed position, in which the line through the shut-off is shut off, depending on a current flow through the drive element, wherein the drive element is electrically coupled to a DC voltage source, an electrically coupled to the drive element switching element for controlling the flow of current through the drive element, and a control device for driving the switching element, wherein the control means is designed to emit a sequence of drive pulses to the switching element for controlling the current flow through the drive element, wherein the valve means comprises means for detecting a current voltage value of a DC voltage source e provided DC voltage and the control device is adapted to set a pulse length of the drive pulses depending on the current voltage value.
  • the invention also relates to a domestic appliance with such a valve device and a method for controlling a flow of a fluid in a line
  • valve device which serves to shut off or control a flow of a fluid in a line of a domestic appliance.
  • a valve device can be used for example for a washing machine or a dishwasher.
  • valve devices for household appliances are already known from the prior art in a variety of configurations.
  • These valve devices may be formed, for example, as a solenoid valve.
  • a solenoid valve comprises a shut-off element in the form of a valve piston and a drive element in the form of an electromagnet. With the drive element, the shut-off of a closed position in which the line is shut off by the shut-off and the fluid is not through the conduit can flow into an open position in which the conduit is opened and the fluid can flow through the conduit.
  • the electromagnet or its coil is usually coupled in the prior art directly to a mains connection of the household appliance and thus operated with the mains voltage.
  • the solenoid valves are operated in this case with an AC voltage.
  • a triac is used, which is controlled by means of a corresponding microcontroller.
  • 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 home 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 preferably 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 driving the solenoid valve.
  • solenoid valves which are designed for operation with an AC voltage can also be operated with a DC voltage, as long as it is within a certain range.
  • a DC voltage source is used to supply a valve device, however, the problem arises that the DC voltage provided by the DC voltage source can break down when the energy is delivered to electrical consumers. This is the case in particular when a capacitor is used as DC voltage source and the energy for the coil or other consumer 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. This problem is exacerbated even if additional consumers are supplied with the electrical energy from the DC voltage source. If the transistor is now driven with drive pulses of predetermined and constant pulse length, then it may happen that the electrical energy or power delivered to the coil is altogether insufficient to hold the shut-off element in the open position. Optionally, a reliable operation of the household appliance is then not possible.
  • US 4,838,037 A describes a solenoid valve for a refrigerant circuit.
  • the solenoid valve is controlled in this case by means of pulse width modulation to adjust the flow of refrigerant through the valve.
  • it is provided to monitor the electrical voltage provided by a voltage source for supplying the solenoid valve. In response to the detected voltage of the voltage source, the duty cycle of the pulse width modulation is adjusted to allow reliable operation of the solenoid valve.
  • the control device is designed to provide a predetermined attraction current for moving the shutoff element from the closed
  • the drive element is preferably designed as an electromagnet.
  • This electromagnet may comprise a coil, which is traversed by the electric current.
  • a domestic appliance is understood to mean, in particular, a water-conducting appliance 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 household appliance can also be a dishwasher.
  • a liquid flow in at least one line of the household appliance can be shut off or controlled with the valve device.
  • the valve device can be used in a water inlet of the household appliance.
  • a switching element in particular a semiconductor switch can be used, whose control terminal is coupled to the control device.
  • a semiconductor switch 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 can be used.
  • the control device actuates the switching element using a pulse width modulation. Then, the controller may set a current duty ratio of the drive pulses depending on the current voltage value.
  • the drive pulses may consequently be a periodic sequence of pulses in which the ratio of the pulse duration to the period duration is set as a function of the current voltage value.
  • the control device is designed to provide a predetermined holding current for holding the shut-off element in the open position and to set the pulse length of the drive pulses for providing the holding current as a function of the current voltage value.
  • the drive element can first be supplied with the starting current for a predetermined period of time.
  • the drive element can be operated with the holding current.
  • the holding current can be kept constant by adjusting the pulse length of the drive pulses.
  • the holding current may have a lower amplitude or a lower effective value compared to the starting current.
  • 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 shut-off in the open position or to hold in this open position.
  • 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 at a lower Voltage value of the DC voltage 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.
  • control means may adjust the pulse length of the drive pulses inversely proportional to the square of the voltage value of the DC voltage. An unwanted adjustment of the shutoff in the operation of the household appliance can thus be reliably 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 valve device may also comprise at least one further switching element (hereinafter referred to as second and third 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 pulses of the first switching element, the second switching element is opened, so that this second switching element is driven with drive pulses having at least the same pulse length as the drive pulses of the first switching element. The drive pulses of the second switching element thus overlap with 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 Switching 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 laundry items, comprises a line and a valve device according to the invention for controlling a flow of a fluid in the line.
  • An inventive method is used to control a flow of a fluid in a line of a household appliance by means of a shut-off, which is dependent on a current flow through a drive element from an open position in which the line is opened, moved to a closed position in which the line through the Shut-off is shut off, wherein the drive element is acted upon by a DC voltage of a DC voltage source and the current flow is controlled by the drive element by means of at least one switching element which is driven by a control device with a series 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.
  • a predetermined attraction current for moving the shutoff element from the closed position to the open position is provided with the control device, and the pulse length of the drive pulses for providing a starting current is set 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.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a circuit arrangement with a valve device according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 3 shows a time course of a current flow in a drive element of the valve device.
  • 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.
  • 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.
  • the household appliance 1 also comprises one or more lines 5 for guiding a fluid, in particular water. In the present example, only one line 5 is shown.
  • the domestic appliance 1 comprises a valve device 6.
  • the valve device 6 may be designed in particular as a solenoid valve.
  • the valve device 6 has a shut-off element 27 which can be moved by means of a drive element 20.
  • the drive element 20 is designed in particular as a coil or as an electromagnet, which can be traversed by an electric current. With the drive element 20, the shut-off element 27 can be moved from an open position to a closed position.
  • the shut-off element 27 may be formed of a soft magnetic material.
  • shut-off element 27 may be formed as a valve piston or as a membrane which is held by a spring in the closed position.
  • the valve device 6 optionally has a further shut-off element 27 ', which can be moved by means of a drive element 20'.
  • a circuit arrangement is part of the household appliance 1 and comprises the valve means 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 potential different from the neutral potential N.
  • 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 13.
  • the alternating voltages for the drive motor 7 are thus provided from the DC link DC voltage V Z K or the inverter 15 is with electrical energy from the DC link capacitor 12th provided.
  • 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 17, for example a switching power supply, from the DC link DC voltage V Z K.
  • This supply voltage can be 3.3 V or 5 V, for example.
  • the valve device 6 herein comprises a first solenoid valve 28 and a second solenoid valve 28 ', wherein the second solenoid valve 28' is optionally provided.
  • the flow of fluid in a first conduit with the first solenoid valve 28 and the flow of fluid in a second conduit with the second solenoid valve 28 ' can be controlled.
  • the fluid flow in the conduit 5 may be controlled at two different locations with the first and second solenoid valves 28, 28 '.
  • the drive element 20 of the respective solenoid valves 28, 28 ' is connected to a node 19, on which the same electrical potential as on the DC link node 13 is applied.
  • the drive element 20 of the first magnet valve 28 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 second solenoid valve 28 ' is electrically connected to a third switching element 32.
  • the switching elements 22, 23, 32 are formed as N PN 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 via the node 18.
  • the emitter of the second switching element 23 is connected to the reference potential 14 and thus lies on the reference potential 14.
  • the emitter of the third switching element 32 is connected to the node 18 and the collector of the third switching element 32 is connected to the node 33.
  • the node 33 is on the one hand electrically connected to the drive element 20 of the second solenoid valve 28 'and on the other hand with a further freewheeling diodes 24.
  • a control device 25 in the form of a microcontroller is provided, which is connected to the base terminals of the switching elements 22, 23, 32 and also lies on the reference potential 14.
  • a supply voltage for example 3.3 V or 5 V
  • 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 element 20 causes the shut-off element 27 is moved from the closed position to the open position.
  • a detection device which is coupled to the control device 25 can be provided in the solenoid valves 28, 28 '.
  • a node 29 between the emitter of the first 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, 32 and thus the proper operation of the switching elements 22, 23, 32 can be checked.
  • a coupling capacitor C1, C2, C3 is connected between the control device 25 and the switching elements 22, 23, 32 in each case. By the coupling capacitors C1, C2, C3 can be prevented that the switching elements 22, 23, 32 are activated continuously in case of malfunction.
  • the switching element 22 is driven by the control device 25 with a sequence of drive pulses 30 using a pulse width modulation.
  • 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. In the latter case, the coupling capacitor C2 can be omitted.
  • 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 optional third switching element 32 can be driven in synchronism with the first switching element 22 with the same sequence of drive pulses 30.
  • the third switching element 32 may be driven by longer or shorter pulses independently of the first switching element 22 to actuate the shut-off element 28 'separately.
  • the second switching element 32 is also subject to the release by the same safety switching element 23rd
  • the valve 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.
  • the voltage value of the DC link voltage V ZK can be detected via a supply input 31, via which the control device 25 is supplied with the above-mentioned supply voltage.
  • the control device 25 continuously or continuously detects the instantaneous voltage value of the DC link voltage V ZK and continuously controls the pulse length of the drive pulses 30, which are continuously supplied to the first switching element 22 to the shut-off 27 in the operation of the household appliance 1 continuously in the open position to keep.
  • the electrical power delivered to the drive element 20 is kept constant over time by the pulse length of the drive pulses 30 is set depending on the current voltage value of the intermediate circuit DC voltage V ZK or adapted to the current voltage value.
  • This adaptation looks like the pulse length of the Control pulses 30 is inversely proportional to the square of the DC link voltage V Z K.
  • the current flow I is increased until it reaches the starting current I A at a time T2.
  • the attraction current I A serves to move the shut-off element 27 from the closed position to the open position.
  • the starting current I A is applied to the driving element 20 until a time T 3.
  • the current flow I is reduced by the drive member 20 until it reaches a holding current l H at a time T4. Because the drive element 20 is initially operated with the starting current I A , it can be ensured that the solenoid valve 28, 28 'reliably opens. When the valve is opened, the electric current I can be reduced to the holding current I H.
  • the values for the starting current I A and the holding current I H and the times T1, T2, T3 and T4 are predetermined for the respective embodiment of the solenoid valve 28, 28 '.
  • the starting current I A and the holding current I H are kept constant in the predetermined time ranges by setting the pulse length of the drive pulses 30 as a function of the instantaneous voltage value of the DC link voltage V Z K.
  • the starting current I A is impressed several times in succession into the drive element 20 at predetermined times.
  • the time at which the starting current I A is impressed in the drive element 20 can also be changed.
  • a solenoid valve 28, 28 'can be used which is designed for lower electrical power compared to commonly used solenoid valves 28, 28'. In this way, material and costs can be saved. In addition, a reliable and energy-efficient operation of the valve device 6 can be guaranteed. Furthermore, solenoid valves 28, 28 'can be used, which are designed for operation with an alternating voltage. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung (6) für ein Haushaltsgerät (1), mit einem Absperrelement (27) zum Steuern eines Flusses eines Fluids in einer Leitung (5) des Haushaltsgeräts (1), einem Antriebselement (20) zum Bewegen des Absperrelements (27) von einer Offenstellung, in welcher die Leitung (5) geöffnet ist, in eine Geschlossenstellung, in welcher die Leitung (5) durch das Absperrelement (27) abgesperrt ist, abhängig von einem Stromfluss (I) durch das Antriebselement (20), wobei das Antriebselement (20) mit einer Gleichspannungsquelle (12) elektrisch gekoppelt ist, zumindest einem mit dem Antriebselement (20) elektrisch gekoppelten Schaltelement (22) zur Steuerung des Stromflusses (I) durch das Antriebselement (20), und einer Steuereinrichtung (25) zur Ansteuerung des zumindest einen Schaltelements (22), wobei die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, zur Steuerung des Stromflusses (I) durch das Antriebselement (20) eine Folge von Ansteuerimpulsen (30) an das zumindest eine Schaltelement (22) abzugeben, wobei die Ventileinrichtung (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) der Ansteuerimpulse (30) abhängig von dem aktuellen Spannungswert (V) einzustellen, und wobei die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, einen vorbestimmten Anzugsstrom (lA) zum Bewegen des Absperrelements (27) von der Geschlossenstellung in die Offenstellung bereitzustellen und die Pulslänge (w) der Ansteuerimpulse (30) zum Bereitstellen des Anzugsstroms (lA) abhängig von dem aktuellen Spannungswert (V) einzustellen.

Description

Ventileinrichtung für ein Haushaltsgerät, Haushaltsgerät und entsprechendes Verfahren
Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung für ein Haushaltsgerät, mit einem Absperrelement zum Steuern eines Flusses eines Fluids in einer Leitung des Haushaltsgeräts, einem Antriebselement zum Bewegen des Absperrelements von einer Offenstellung, in welcher die Leitung geöffnet ist, in eine Geschlossenstellung, in welcher die Leitung durch das Absperrelement abgesperrt ist, abhängig von einem Stromfluss durch das Antriebselement, wobei das Antriebselement mit einer Gleichspannungsquelle elektrisch gekoppelt ist, einem mit dem Antriebselement elektrisch gekoppelten Schaltelement zur Steuerung des Stromflusses durch das Antriebselement, und 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, wobei die Ventileinrichtung Mittel zum Erfassen eines aktuellen Spannungswerts einer durch die Gleichspannungsquelle bereitgestellten Gleichspannung aufweist und die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, eine Pulslänge der Ansteuerimpulse abhängig von dem aktuellen Spannungswert einzustellen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Haushaltsgerät mit einer solchen Ventileinrichtung sowie ein Verfahren zum Steuern eines Flusses eines Fluids in einer Leitung eines Haushaltsgeräts.
Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf eine Ventileinrichtung, welche zum Absperren oder Steuern eines Flusses eines Fluids in einer Leitung eines Haushaltsgerätes dient. Eine derartige Ventileinrichtung kann beispielsweise für eine Waschmaschine oder einen Geschirrspüler verwendet werden. Solche Ventileinrichtungen für Haushaltsgeräte sind bereits aus dem Stand der Technik in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. Diese Ventileinrichtungen können beispielsweise als Magnetventil ausgebildet sein. Ein solches Magnetventil umfasst ein Absperrelement in Form eines Ventilkolbens und ein Antriebselement in Form eines Elektromagneten. Mit dem Antriebselement kann das Absperrelement von einer Geschlossenstellung, in welcher die Leitung durch das Absperrelement abgesperrt ist und das Fluid nicht durch die Leitung strömen kann in eine Offenstellung, in welcher die Leitung geöffnet ist und das Fluid durch die Leitung strömen kann, bewegt werden.
Der Elektromagnet bzw. dessen Spule wird im Stand der Technik üblicherweise direkt mit einem Netzanschluss des Haushaltsgeräts gekoppelt und somit mit der Netzspannung betrieben. Die Magnetventile werden in diesem Fall mit einer Wechselspannung betrieben. Als Schaltelement zur Steuerung des Stromflusses durch die Spule wird ein Triac eingesetzt, welcher mit Hilfe eines entsprechenden Mikrocontrollers angesteuert wird. 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 vorzugsweise 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 Ansteuerung des Magnetventils. Üblicherweise verwendete Magnetventile, welche für den Betrieb mit einer Wechselspannung ausgelegt sind, können auch mit einer Gleichspannung betrieben werden, solange diese in einem bestimmten Bereich liegt. Prinzipiell ist es bekannt, Magnetventile mittels einer pulsweitenmodulierten Spannung anzusteuern. Dies ist beispielsweise in der US 2010/0175001 A1 erwähnt.
Wird zur Versorgung einer Ventileinrichtung 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 Absperrelement in der Offenstellung zu halten. Gegebenenfalls ist ein betriebssicherer Betrieb des Haushaltsgeräts dann nicht möglich.
In diesem Zusammenhang beschreibt die US 4,838,037 A ein Magnetventil für einen Kältemittelkreislauf. Hierbei kann der Fluss des Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf mit dem Magnetventil in Abhängigkeit von dem Signal eines Temperatursensors angepasst werden. Das Magnetventil wird in diesem Fall mittels Pulsweitenmodulation angesteuert, um den Durchfluss des Kältemittels durch das Ventil anzupassen. Darüber hinaus ist es vorgesehen, die elektrische Spannung, die von einer Spannungsquelle zum Versorgen des Magnetventils bereitgestellt wird, zu überwachen. In Abhängigkeit von der erfassten Spannung der Spannungsquelle wird das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation angepasst, um einen zuverlässigen Betrieb des Magnetventils zu ermöglichen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einer Ventileinrichtung der eingangs genannten Gattung ein zuverlässiger und effizienter Betrieb ermöglicht werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ventileinrichtung, 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 Ventileinrichtung für ein Haushaltsgerät umfasst ein Absperrelement zum Steuern eines Flusses eines Fluids in einer Leitung des Haushaltsgeräts, ein Antriebselement zum Bewegen des Absperrelements von einer Offenstellung, in welcher die Leitung geöffnet ist, in eine Geschlossenstellung, in welcher die Leitung durch das Absperrelement abgesperrt ist, abhängig von einem Stromfluss durch das Antriebselement, wobei das Antriebselement mit einer Gleichspannungsquelle elektrisch gekoppelt ist, zumindest ein mit dem Antriebselement elektrisch gekoppeltes Schaltelement zur Steuerung des Stromflusses durch das Antriebselement, und eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des zumindest einen Schaltelements, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, zur Steuerung des Stromflusses durch das Antriebselement eine Folge von Ansteuerimpulsen an das zumindest eine Schaltelement abzugeben, wobei die Ventileinrichtung Mittel zum Erfassen eines aktuellen Spannungswerts einer durch die Gleichspannungsquelle bereitgestellten Gleichspannung aufweist und die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, eine Pulslänge der Ansteuerimpulse abhängig von dem aktuellen Spannungswert einzustellen. Darüber hinaus ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, einen vorbestimmten Anzugsstrom zum Bewegen des Absperrelements von der Geschlossenstellung in die Offenstellung bereitzustellen und die Pulslänge der Ansteuerimpulse zum Bereitstellen des Anzugsstroms abhängig von dem aktuellen Spannungswert einzustellen.
Das Antriebselement ist dabei bevorzugt als Elektromagnet ausgebildet. Dieser Elektromagnet kann eine Spule umfassen, die von dem elektrischen Strom durchflössen wird. Durch die Festlegung der Pulslänge der aktuellen Ansteuerimpulse und somit des Anzugsstroms in Abhängigkeit von der aktuellen Spannungshöhe der Gleichspannung wird erreicht, dass die Pulslänge der Ansteuerimpulse stets an den aktuellen Spannungswert angepasst wird. Somit kann das Antriebselement unabhängig von der mit der Gleichspannungsquelle bereitgestellten Spannung mit einem konstanten Anzugsstrom betrieben werden. So kann die Pulslänge der Ansteuerimpulse 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. Durch den konstanten Anzugsstrom kann das Absperrelement sicher und zuverlässig von der Geschlossenstellung in die Offenstellung bewegt werden. Damit kann garantiert werden, dass die Ventileinrichtung unabhängig von dem Spannungswert der Gleichspannungsquelle geöffnet werden kann und somit der Durchfluss des Fluids ermöglicht werden kann. Insgesamt wird somit ein betriebssicherer und zuverlässiger Betrieb der Ventileinrichtung ermöglicht. Unter einem Haushaltsgerät wird vorliegend insbesondere ein wasserführendes 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. Das Haushaltsgerät kann auch ein Geschirrspüler sein. Mit der Ventileinrichtung kann insbesondere eine Flüssigkeitsströmung in zumindest einer Leitung des Haushaltsgeräts abgesperrt oder gesteuert werden. Beispielsweise kann die Ventileinrichtung in einem Wasserzulauf des Haushaltsgeräts verwendet werden.
Als Schaltelement kann insbesondere ein Halbleiterschalter verwendet werden, 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 unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation ansteuert. Dann kann die Steuereinrichtung eine aktuelles Tastverhältnisder 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 Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, einen vorbestimmten Haltestrom zum Halten des Absperrelements in der Offenstellung bereitzustellen und die Pulslänge der Ansteuerimpulse zum Bereitstellen des Haltestroms abhängig von dem aktuellen Spannungswert einzustellen. Zum Öffnen der Ventileinrichtung kann das Antriebselement zunächst für eine vorbestimmte Zeitdauer mit dem Anzugsstrom versorgt werden. Wenn sich das Absperrelement in der Offenstellung befindet, kann das Antriebselement mit dem Haltestrom betrieben werden. Der Haltestrom kann dabei durch die Anpassung der Pulslänge der Ansteuerimpulse konstant gehalten werden. Der Haltestrom kann im Vergleich zu dem Anzugsstrom eine geringere Amplitude bzw. einen geringeren Effektivwert aufweisen. Somit kann ein zuverlässiger und energiesparender Betreib der Ventileinrichtung ermöglicht werden. 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 Ventileinrichtung genutzt werden kann. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein bei heutigen Haushaltsgeräten ohnehin bereits vorhandener elektrischer Zwischenkreis genutzt werden kann, um das Absperrelement in die Offenstellung zu bewegen bzw. in dieser Offenstellung 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 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 Ventileinrichtung 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 Verstellung des Absperrelements 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 Ventileinrichtung auch zumindest ein weiteres Schaltelement (nachfolgend als zweites und drittes 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 der Ansteuerimpulse des ersten Schaltelements das zweite Schaltelement geöffnet wird, sodass dieses zweite Schaltelement mit Ansteuerimpulsen angesteuert wird, welche mindestens die gleiche Pulslänge wie die Ansteuerimpulse des ersten Schaltelements aufweisen. Die Ansteuerimpulse des zweiten Schaltelements überlappen sich somit mit 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 Leitung sowie eine erfindungsgemäße Ventileinrichtung zum Steuern eines Flusses eines Fluids in der Leitung. Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Steuern eines Flusses eines Fluids in einer Leitung eines Haushaltsgeräts mithilfe eines Absperrelements, welches abhängig von einem Stromfluss durch ein Antriebselement von einer Offenstellung, in welcher die Leitung geöffnet ist, in eine Geschlossenstellung bewegt wird, in welcher die Leitung durch das Absperrelement abgesperrt wird, wobei das Antriebselement mit einer Gleichspannung einer Gleichspannungsquelle beaufschlagt wird und der Stromflusses durch das Antriebselement mittels zumindest eines Schaltelements gesteuert wird, welches mittels einer Steuereinrichtung mit einer Folge von Ansteuerimpulsen angesteuert wird. Zudem wird ein aktueller Spannungswert der Gleichspannung erfasst und eine Pulslänge der Ansteuerimpulse wird durch die Steuereinrichtung abhängig von dem aktuellen Spannungswert eingestellt. Darüber hinaus wird mit der Steuereinrichtung ein vorbestimmter Anzugsstrom zum Bewegen des Absperrelements von der Geschlossenstellung in die Offenstellung bereitgestellt und die Pulslänge der Ansteuerimpulse zum Bereitstellen eines Anzugsstroms wird abhängig von dem aktuellen Spannungswert eingestellt.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Ventileinrichtung 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 Ventileinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 3 eine zeitlicher Verlauf eines Stromflusses in einem Antriebselement der Ventileinrichtung.
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 verschließbar 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.
Das Haushaltsgerät 1 umfasst zudem eine oder mehrere Leitungen 5 zum Führen eines Fluids, insbesondere Wasser. Vorliegend ist beispielhaft nur eine Leitung 5 dargestellt. Um den Fluss des Fluids in der Leitung 5 steuern zu können, umfasst das Haushaltsgerät 1 eine Ventileinrichtung 6. Die Ventileinrichtung 6 kann insbesondere als Magnetventil ausgebildet sein. Die Ventileinrichtung 6 weist ein Absperrelement 27, welches mittels eines Antriebselements 20 bewegt werden kann, auf. Das Antriebselement 20 ist insbesondere als Spule bzw. als Elektromagnet ausgebildet, welche von einem elektrischen Strom durchflössen werden kann. Mit dem Antriebselement 20 kann das Absperrelement 27 von einer Offenstellung in eine Geschlossenstellung bewegt werden. Das Absperrelement 27 kann aus einem weichmagnetischen Material gebildet sein. Zudem kann das Absperrelement 27 als Ventilkolben oder als Membran ausgebildet sein, die durch eine Feder in der Geschlossenstellung gehalten wird. Die Ventileinrichtung 6 weist optional ein weiteres Absperrelement 27', welches mittels eines Antriebselements 20' bewegt werden kann, auf.
Eine Schaltungsanordnung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, ist Bestandteil des Haushaltsgeräts 1 und umfasst die Ventileinrichtung 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 13 gekoppelt ist. Die Wechselspannungen für den Antriebsmotor 7 werden also aus der Zwischenkreisgleichspannung VZK bereitgestellt bzw. der Inverter 15 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 17, beispielsweise eines Schaltnetzteils, aus der Zwischenkreisgleichspannung VZK bereitgestellt wird. Diese Versorgungsspannung kann beispielsweise 3,3 V oder 5 V betragen.
Die Ventileinrichtung 6 umfasst vorliegend ein erstes Magnetventil 28 und ein zweites Magnetventil 28', wobei das zweite Magnetventil 28' optional vorgesehen ist. Somit kann der Fluss des Fluids in einer ersten Leitung mit dem ersten Magnetventil 28 und der Fluss des Fluids in einer zweiten Leitung mit dem zweiten Magnetventil 28' gesteuert werden. Alternativ dazu kann der Fluidfluss in der Leitung 5 an zwei unterschiedlichen Stellen mit dem ersten und dem zweiten Magnetventil 28, 28' gesteuert werden. Das Antriebselement 20 der jeweiligen Magnetventile 28, 28' ist mit einem Knoten 19 verbunden, auf welchem dasselbe elektrische Potenzial wie auf dem Zwischenkreisknoten 13 anliegt. Das Antriebselement 20 des ersten Magnetventils 28 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. Das zweite Magnetventil 28' ist elektrisch mit einem dritten Schaltelement 32 verbunden.
Im Ausführungsbeispiel sind die Schaltelemente 22, 23, 32 als N PN-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 über den Knoten 18 verbunden. Der Emitter des zweiten Schaltelements 23 ist mit dem Bezugspotenzial 14 verbunden und liegt somit auf dem Bezugspotenzial 14. Der Emitter des dritten Schaltelements 32 ist mit dem Knoten 18 verbunden und der Kollektor des dritten Schaltelements 32 ist mit dem Knoten 33 verbunden. Der Knoten 33 ist einerseits mit dem Antriebselement 20 des zweiten Magnetventils 28' und andererseits mit einer weiteren Freilaufdioden 24 elektrisch verbunden. Zur Ansteuerung der Schaltelemente 22, 23, 32 ist eine Steuereinrichtung 25 in Form eines Mikrocontrollers vorgesehen, welche mit den Basisanschlüssen der Schaltelemente 22, 23, 32 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 das Absperrelement 27 von der Geschlossenstellung in die Offenstellung bewegt wird. Um die aktuelle Stellung des Absperrelements 27 überprüfen zu können, kann in den Magnetventilen 28, 28' eine Erfassungseinrichtung vorgesehen sein, die mit der Steuereinrichtung 25 gekoppelt ist. 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, 32 und somit die ordnungsgemäße Funktionsweise der Schaltelemente 22, 23, 32 überprüft werden kann. Zwischen die Steuereinrichtung 25 und die Schaltelemente 22, 23, 32 ist jeweils ein Kopplungskondensator C1 , C2, C3 geschaltet. Durch die Kopplungskondensatoren C1 , C2, C3 kann verhindert werden, dass die Schaltelemente 22, 23, 32 im Fall einer Fehlfunktion durchgehend aktiviert werden.
Das Schaltelement 22 wird durch die Steuereinrichtung 25 mit einer Folge von Ansteuerimpulsen 30 unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation angesteuert. 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. In letzterem Fall kann der Kopplungskondensator C2 entfallen. 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. Das optionale dritte Schaltelement 32 kann synchron zum ersten Schaltelement 22 mit derselben Folge von Ansteuerimpulsen 30 angesteuert werden. Alternativ kann das dritte Schaltelement 32 mit längeren oder kürzeren Impulsenunabhängig von dem ersten Schaltelement 22 angesteuert werden, um das Absperrelement 28' separat zu betätigen. In der dargestellten Schaltung unterliegt das zweite Schaltelement 32 jedoch ebenfalls der Freigabe durch dasselbe Sicherheitsschaltelement 23.
Die Ventileinrichtung 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 das Tastverhältnis der Ansteuerimpulse 30 und somit die zeitliche Pulslänge der Ansteuerimpulse 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 fortlaufend auch die Pulslänge der Ansteuerimpulse 30, welche fortlaufend an das erste Schaltelement 22 abgegeben werden, um das Absperrelement 27 im Betrieb des Haushaltsgeräts 1 fortlaufend in der Offenstellung zu halten. Dabei wird 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.
In Fig. 3 ist der Verlauf des Stromflusses I, der durch das Antriebselement 20 fließt, in
Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Zu einem Zeitpunkt T1 wird der Stromfluss I erhöht bis dieser zu einem Zeitpunkt T2 den Anzugsstrom lA erreicht. Der Anzugsstrom lA dient zum Bewegen des Absperrelements 27 von der Geschlossenstellung in die Offenstellung.
Der Anzugsstrom lA wird bis zu einem Zeitpunkt T3 an dem Antriebselement 20 angelegt.
Nach dem Öffnen der Leitung 5 wird der Stromfluss I durch das Antriebselement 20 reduziert bis dieser zu einem Zeitpunkt T4 einen Haltestrom lH erreicht. Dadurch, dass das Antriebselement 20 zunächst mit dem Anzugsstrom lA betrieben wird, kann sichergestellt werden, dass das Magnetventil 28, 28' zuverlässig öffnet. Wenn das Ventil geöffnet ist, kann die elektrische Stromstärke I auf den Haltestrom lH reduziert werden.
Damit kann verhindert werden, dass das Antriebselement 20 im Betrieb überhitzt wird.
Anstelle des Stromflusses I kann auch eine elektrische Spannung, die an dem Antriebselement 20 anliegt, entsprechend angepasst werden.
Die Werte für den Anzugsstrom lA und den Haltestrom lH sowie die Zeitpunkte T1 , T2, T3 und T4 sind für die jeweilige Ausführungsform des Magnetventils 28, 28' vorbestimmt. Dabei werden der Anzugsstrom lA und der Haltestrom lH in den vorgegebenen Zeitbereichen konstant gehalten, indem die Pulslänge der Ansteuerimpulse 30 abhängig von dem aktuellen Spannungswert der Zwischenkreisgleichspannung VZK eingestellt wird. Alternativ zu der Darstellung gemäß Fig. 3 kann es auch vorgesehen sein, dass der Anzugsstrom lA zu vorbestimmten Zeitpunkten mehrmals hintereinander in das Antriebselement 20 eingeprägt wird. Darüber hinaus kann auch der Zeitpunkt, an dem der Anzugsstrom lA in das Antriebselement 20 eingeprägt wird, verändert werden.
Dadurch, dass das Antriebselement 20 nur für eine vorbestimmte Zeitdauer mit dem Anzugsstrom lA betrieben wird, kann ein Magnetventils 28, 28' verwendet werden, dass im Vergleich zu üblicherweise verwendeten Magnetventilen 28, 28' für geringere elektrische Leistungen ausgelegt ist. Auf diese Weise können Material und Kosten eingespart werden. Zudem kann ein zuverlässiger und energieeffizienter Betrieb der Ventileinrichtung 6 garantiert werden. Weiterhin können Magnetventile 28, 28' verwendet werden, die für einen Betrieb mit einer Wechselspannung ausgebildet sind. Bezugszeichenliste
1 Haushaltsgerät
2 Wäschetrommel
3 Gehäuse
4 Drehachse
5 Leitung
6 Ventileinrichtung
7 elektrischer Antriebsmotor
8 Bedieneinrichtung
9, 10 Netzanschluss
1 1 Gleichrichter
12 Zwischenkreiskondensator
13 Zwischenkreisknoten
14 Bezugspotenzial
15 Inverter
16 Motorsteuergerät
17 Gleichspannungswandler
18 Knoten
19 Knoten
20, 20' Antriebselement
21 Knoten
22, 23 Schaltelement
24 Freilaufdiode
25 Steuereinrichtung
26 Gleichspannungswandler
27, 27' Absperrelement
28, 28' Magnetventil
29 Knoten
30 Ansteuerimpulse
31 Versorgungseingang
32 Schaltelement 33 Knoten
C1 , C2, C3 Kondensator
I Stromfluss
IA Anzugsstrom
IH Haltestrom
L elektrisches Potenzial N elektrisches Potenzial
T1 , T2, T3, T4 Zeitpunkt
t Zeit
UN Netzspannung
VZK Zwischenkreisgleichspa
Pulslänge

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Ventileinrichtung (6) für ein Haushaltsgerät (1 ), mit:
einem Absperrelement (27) zum Steuern eines Flusses eines Fluids in einer Leitung (5) des Haushaltsgeräts (1 ),
einem Antriebselement (20) zum Bewegen des Absperrelements (27) von einer Offenstellung, in welcher die Leitung (5) geöffnet ist, in eine Geschlossenstellung, in welcher die Leitung (5) durch das Absperrelement (27) abgesperrt ist, abhängig von einem Stromfluss (I) durch das Antriebselement (20), wobei das Antriebselement (20) mit einer Gleichspannungsquelle (12) elektrisch gekoppelt ist,
zumindest einem mit dem Antriebselement (20) elektrisch gekoppelten Schaltelement (22) zur Steuerung des Stromflusses (I) durch das Antriebselement (20), und
einer Steuereinrichtung (25) zur Ansteuerung des zumindest einen 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 zumindest eine Schaltelement (22) abzugeben, wobei
die Ventileinrichtung (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) der Ansteuerimpulse (30) abhängig von dem aktuellen Spannungswert (V) einzustellen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, einen vorbestimmten Anzugsstrom (lA) zum Bewegen des Absperrelements (27) von der Geschlossenstellung in die Offenstellung bereitzustellen und die Pulslänge (w) der Ansteuerimpulse (30) zum Bereitstellen des Anzugsstroms (lA) abhängig von dem aktuellen Spannungswert (V) einzustellen.
2. Ventileinrichtung (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, einen vorbestimmten Haltestrom (lH) zum Halten des Absperrelement (27) in der Offenstellung bereitzustellen und die Pulslänge (w) der Ansteuerimpulse (30) zum Bereitstellen des Haltestroms (lH) abhängig von dem aktuellen Spannungswert (V) einzustellen.
3. Ventileinrichtung (6) nach Anspruch 1 oder 2, 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.
4. Ventileinrichtung (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.
5. Ventileinrichtung (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) der Ansteuerimpulse (30) als bei einem höheren Spannungswert (V) einzustellen.
6. Ventileinrichtung (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.
7. Ventileinrichtung (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.
8. Ventileinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem zumindest einen Schaltelement (22) zumindest ein weiteres Schaltelement (23) mit dem Antriebselement (20) gekoppelt ist und die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, zumindest während der Ansteuerimpulse (30) des zumindest einen Schaltelements (22) das zumindest eine weitere Schaltelement (23) zu öffnen.
9. Ventileinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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 Leitung (5) und mit einer Ventileinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
1 1. Verfahren zum Steuern eines Flusses eines Fluids in einer Leitung (5) eines Haushaltsgeräts (1 ) mithilfe eines Absperrelements (27), welches abhängig von einem Stromfluss (I) durch ein Antriebselement (20) von einer Offenstellung, in welcher die Leitung (5) geöffnet ist, in eine Geschlossenstellung bewegt wird, in welcher die Leitung (5) durch das Absperrelement (27) abgesperrt wird, wobei das Antriebselement (20) mit einer Gleichspannung (VZK) einer Gleichspannungsquelle (12) beaufschlagt wird und der Stromflusses (I) durch das Antriebselement (20) mittels zumindest eines Schaltelements (22) gesteuert wird, welches mittels einer Steuereinrichtung (25) mit einer Folge von AnSteuerimpulsen (30) angesteuert wird, wobei ein aktueller Spannungswert (V) der Gleichspannung (VZK) erfasst wird und eine Pulslänge (w) der Ansteuerimpulse (30) durch die Steuereinrichtung (25) abhängig von dem aktuellen Spannungswert (V) eingestellt wird dadurch gekennzeichnet, dass mit der Steuereinrichtung (25) ein vorbestimmter Anzugsstrom (lA) zum Bewegen des Absperrelements (27) von der
Geschlossenstellung in die Offenstellung bereitgestellt wird und die Pulslänge (w) der Ansteuerimpulse (30) zum Bereitstellen des Anzugsstroms (lA) abhängig von dem aktuellen Spannungswert (V) eingestellt wird.
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