EP3143189B1

EP3143189B1 - Verriegelungseinrichtung zum verriegeln einer tür eines haushaltsgeräts, haushaltsgerät und entsprechendes verfahren

Info

Publication number: EP3143189B1
Application number: EP15720735.8A
Authority: EP
Inventors: Marcelo Cabaleiro Martins; Rudolf Seidl; Tobias Rosin; Mircea BARBU; Karl-Heinz Strobel
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2018-02-28
Anticipated expiration: 2035-05-08
Also published as: WO2015173145A1; EP3143189A1; RU2644102C1; ES2665329T3; DE102014209113A1; CN106460299A; CN106460299B; PL3143189T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Verriegelungseinrichtung zum Verriegeln einer Tür eines Haushaltsgeräts, mit einem Verriegelungselement zum mechanischen Verriegeln der Tür, mit einem Antriebselement, insbesondere einer elektrischen Spule, zum Bewegen des Verriegelungselements von einer Entriegelungsstellung, in welcher die Tür unverriegelt ist, in eine Verriegelungsstellung, in welcher die Tür verriegelt ist, abhängig von einem Stromfluss durch das Antriebselement, wobei das Antriebselement mit einer Gleichspannungsquelle elektrisch gekoppelt ist, mit einem mit dem Antriebselement elektrisch gekoppelten Schaltelement zur Steuerung des Stromflusses durch das Antriebselement, und mit einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Schaltelements, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, zur Steuerung des Stromflusses durch das Antriebselement eine Folge von Ansteuerimpulsen an das Schaltelement abzugeben. Die Erfindung betrifft außerdem ein Haushaltsgerät mit einer solchen Verriegelungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Verriegeln einer Tür eines Haushaltsgeräts.
Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf eine Verriegelungseinrichtung, welche zur Verriegelung einer Tür einer Waschmaschine dient. Solche Verriegelungseinrichtungen für Waschmaschinen sind bereits aus dem Stand der Technik in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. Üblicherweise wird dabei ein Elektromagnet in Form einer elektrischen Spule eingesetzt, welche als Antriebselement für den tatsächlichen Sperrriegel fungiert, der beispielsweise aus einem weichmagnetischen Material besteht. Wird die Spule mit elektrischer Spannung beaufschlagt, wird der Sperrriegel bzw. das Verriegelungselement in eine Verriegelungsstellung bewegt und in dieser Stellung gehalten, in welcher die Tür mechanisch verriegelt ist und somit durch den Benutzer nicht geöffnet werden kann.
Die Spule wird im Stand der Technik üblicherweise direkt mit einem Netzanschluss des Haushaltsgeräts gekoppelt und somit mit der Netzspannung betrieben. Als Schaltelement zur Steuerung des Stromflusses durch die Spule wird ein Triac eingesetzt, welcher mit Hilfe eines entsprechenden Mikrocontrollers angesteuert wird. Eine solche Verriegelungseinrichtung mit einem Triac ist beispielsweise aus dem Dokument EP 0 808 935 A2 bekannt. Als nachteilig an der Verwendung eines Triacs ist dabei der Umstand anzusehen, dass der Steueranschluss (Gate) des Triacs auf dem Bezugspotenzial des Versorgungsnetzes bzw. auf dem Neutral-Potenzial (N) liegen muss. Dies wiederum führt dazu, dass auch der Mikrocontroller auf diesem Bezugspotenzial liegt. Bei modernen Haushaltsgeräten muss dann eine galvanische Trennung zwischen dem Mikrocontroller und anderen Steuereinrichtungen gewährleistet werden, welche ein anderes elektrisches Bezugspotenzial aufweisen. So muss beispielsweise ein Motorsteuergerät zur Ansteuerung eines dreiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors bzw. einer Synchronmaschine auf einem Bezugspotenzial liegen, welches von dem genannten Neutral-Potenzial des Versorgungsnetzes unterschiedlich ist. Um eine gegenseitige Kommunikation zwischen den verschiedenen Steuereinrichtungen zu ermöglichen, werden daher beispielsweise Optokoppler eingesetzt, welche für die erforderliche Galvanische Trennung sorgen.
Eine Abhilfe schafft hier die Verwendung einer Gleichspannungsquelle für die Verriegelung der Tür, wie dies beispielsweise in dem Dokument DE 10 2012 010 929 A1 beschrieben ist. Die Spule ist hier in einen elektrischen Schaltkreis eingebunden, welcher mit einer Gleichspannung versorgt wird. Diese Gleichspannung wird beispielsweise von einem maschineninternen Netzteil bereitgestellt, welches aus einer NetzWechselspannung die Gleichspannung durch Gleichrichtung erzeugt. Die Gleichspannung wird dabei insbesondere durch Vollwellen-Gleichrichtung aus der NetzWechselspannung bereitgestellt und kann eine durch Glättung erzeugte, näherungsweise amplitudenkonstante Spannung sein. In dem mit der Gleichspannung versorgten Schaltkreis liegen ein oder mehrere elektrische Verbraucher, die beispielsweise einen elektrischen Antriebsmotor für die Wäschetrommel der Waschmaschine umfassen können. Der Stromfluss durch die Spule wird mit Hilfe eines Transistors gesteuert, welcher mit Ansteuerimpulsen angesteuert wird. Um den gewünschten Verlauf des Spulenstroms zu erhalten, wird das Tastverhältnis der Spannungsimpulse derart variiert, dass die Spannungsimpulse zu Beginn einer Erregungsphase ein geringes Tastverhältnis und zur Mitte der Erregungsphase hin ein zunehmend größeres Tastverhältnis besitzen, bis sich ein Maximalwert des Spulenstroms einstellt.
Wird zur Versorgung einer Verriegelungseinrichtung eine Gleichspannungsquelle verwendet, so ergibt sich jedoch die Problematik, dass die durch die Gleichspannungsquelle bereitgestellte Gleichspannung einbrechen kann, wenn die Energie an elektrische Verbraucher abgegeben wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn als Gleichspannungsquelle ein Kondensator eingesetzt wird und die Energie für die Spule oder andere Verbraucher dem Kondensator entnommen wird. Diese Entnahme der elektrischen Energie bewirkt dann einen Spannungsabfall am Kondensator, welcher dann wieder aufgeladen zur werden braucht. Das Aufladen des Kondensators ist wiederum abhängig von der aktuellen Phasenlage der Netzspannung. Diese Problematik wird noch dann verschärft, wenn mit der elektrischen Energie aus der Gleichspannungsquelle zusätzlich auch weitere Verbraucher versorgt werden. Wird der Transistor nun mit Ansteuerimpulsen vorbestimmter und konstanter Pulslänge angesteuert, so kann es vorkommen, dass die an die Spule abgegebene elektrische Energie bzw. Leistung insgesamt nicht ausreicht, um das Verriegelungselement in die Verriegelungsstellung zu bringen oder dort zu halten. Gegebenenfalls ist ein betriebssicherer Betrieb des Haushaltsgeräts dann nicht möglich.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einer Verriegelungseinrichtung der eingangs genannten Gattung eine stets zuverlässige Verriegelung der Tür ermöglicht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verriegelungseinrichtung, durch ein Haushaltsgerät sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung ist zum Verriegeln einer Tür eines Haushaltsgeräts ausgebildet. Die Verriegelungseinrichtung umfasst ein Verriegelungselement zum mechanischen Verriegeln der Tür. Beispielsweise ist das Verriegelungselement aus einem weichmagnetischen Material gebildet. Die Verriegelungseinrichtung umfasst außerdem ein Antriebselement zum Bewegen des Verriegelungselements von einer Entriegelungsstellung, in welcher die Tür unverriegelt ist und somit durch den Benutzer frei geöffnet werden kann, in eine Verriegelungsstellung, in welcher die Tür durch das Verriegelungselement verriegelt ist, abhängig von einem Stromfluss durch das Antriebselement. Das Antriebselement ist mit einer Gleichspannungsquelle elektrisch gekoppelt. Das Antriebselement kann beispielsweise eine Spule bzw. ein Elektromagnet sein. Die Verriegelungseinrichtung umfasst des Weiteren ein Schaltelement - insbesondere einen Halbleiterschalter - zur Steuerung des Stromflusses durch das Antriebselement. Das Schaltelement ist mit dem Antriebselement elektrisch gekoppelt, insbesondere elektrisch in Reihe zum Antriebselement geschaltet. Eine Steuereinrichtung dient zur Ansteuerung des Schaltelements und somit zur Steuerung des Stromflusses unter Abgabe wenigstens eines Ansteuerimpulses an das Schaltelement. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung Mittel zum Erfassen eines aktuellen Spannungswerts einer durch die Gleichspannungsquelle bereitgestellten Gleichspannung aufweist und die Steuereinrichtung eine Pulslänge des Ansteuerimpulses abhängig von dem aktuellen Spannungswert im Betrieb der Verriegelungseinrichtung einstellt.
Durch die Festlegung der Pulslänge des aktuellen Ansteuerimpulses und somit der Länge des an das Antriebselement abgegebenen Spannungsimpulses in Abhängigkeit von der aktuellen Spannungshöhe der Gleichspannung wird erreicht, dass die Pulslänge des Ansteuerimpulses stets an den aktuellen Spannungswert angepasst und an das Antriebselement somit eine konstante elektrische Leistung und daher auch ausreichend elektrische Energie abgegeben werden kann, mit welcher das Verriegelungselement sicher und zuverlässig in die Verriegelungsstellung gebracht werden kann. So kann die Pulslänge des Ansteuerimpulses bei einem geringeren Spannungswert größer als bei einem höheren Spannungswert eingestellt werden, um stets gewährleisten zu können, dass eine ausreichende Leistung an das Antriebselement abgegeben wird. Insgesamt wird somit ein betriebssicherer und zuverlässiger Betrieb der Verriegelungseinrichtung ermöglicht, und dies unter Verwendung einer Gleichspannungsquelle, welche gegenüber einem Betrieb des Antriebselements mit Netzspannung insbesondere den Vorteil hat, dass die Steuereinrichtung nicht auf dem Neutral-Potenzial der Netzspannung liegen muss und somit keine zusätzlichen Maßnahmen für eine Galvanische Trennung zwischen mehreren Steuereinrichtungen getroffen zu werden brauchen.
Unter einem Haushaltsgerät wird vorliegend ein Gerät verstanden, welches zur Haushaltsführung eingesetzt wird. Insbesondere ist das Haushaltsgerät ein Gerät zur Pflege von Wäschestücken, wie beispielsweise eine Waschmaschine, ein Waschtrockner oder ein Wäschetrockner. Bei der Tür handelt es sich insbesondere um ein Gerätebauteil, mit welchem die Öffnung einer Wäschetrommel des Haushaltsgeräts geschlossen werden kann.
Wie bereits ausgeführt, wird als Schaltelement insbesondere ein Halbleiterschalter verwendet, dessen Steueranschluss mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist. Als Halbleiterschalter kann dabei beispielsweise ein PNP-Bipolartransistor und/oder ein NPN-Bipolartransistor und/oder ein N-MOSFET und/oder ein P-MOSFET und/oder ein IGBT verwendet werden.
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung das Schaltelement mit einer Folge von Impulsen unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation ansteuert. Dann kann die Steuereinrichtung ein aktuelles Tastverhältnis" der Ansteuerimpulse abhängig von dem aktuellen Spannungswert einstellen. Bei den Ansteuerimpulsen kann es sich folglich um eine periodische Folge von Impulsen handeln, bei welcher das Verhältnis der Impulsdauer zur Periodendauer in Abhängigkeit von dem aktuellen Spannungswert eingestellt wird. Dies hat einerseits den Vorteil, dass die Folge von Ansteuerimpulsen somit ohne viel Aufwand mit der Netzspannung synchronisiert werden kann; andererseits kann eine solche Pulsweitenmodulation mit einer periodischen Folge von Impulsen ohne viel Aufwand implementiert werden, da die Frequenz der Ansteuerimpulse grundsätzlich konstant bleibt und lediglich das aktuelle Tastverhältnis abhängig von dem jeweils aktuellen Spannungswert eingestellt zu werden braucht.
Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die Gleichspannungsquelle ein Zwischenkreiskondensator ist, welcher mit einem Ausgang eines Gleichrichters, insbesondere eines Vollbrückengleichrichters, gekoppelt ist, welcher zum Gleichrichten einer Netzspannung ausgebildet ist. Der Gleichrichter ist insbesondere einerseits mit Netzanschlüssen des Haushaltsgeräts und andererseits mit dem Zwischenkreiskondensator gekoppelt, so dass die durch den Gleichrichter gleichgerichtete Spannung an den Zwischenkreiskondensator abgegeben und dann mit dem Zwischenkreiskondensator geglättet wird. Am Zwischenkreiskondensator liegt somit eine gleichgerichtete und geglättete Netzspannung (Effektivwert) an, welche für die Ansteuerung der Verriegelungseinrichtung genutzt werden kann. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein bei heutigen Haushaltsgeräten ohnehin bereits vorhandener elektrischer Zwischenkreis genutzt werden kann, um das Verriegelungselement in die Verriegelungsstellung zu bewegen bzw. in dieser Verriegelungsstellung zu halten. Es erübrigt sich somit der Einsatz von separaten Gleichspannungsquellen mit den damit verbundenen Nachteilen.
Bevorzugt ist mit derselben Gleichspannungsquelle, insbesondere mit dem genannten Zwischenkreiskondensator, zusätzlich auch ein Inverter gekoppelt, welcher zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung für einen elektrischen Antriebsmotor des Haushaltsgeräts aus der Gleichspannung ausgebildet ist. Es wird also gezielt die Gleichspannungsquelle genutzt, welche sonst zur Versorgung des Antriebsmotors dient. In diesem Zusammenhang kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Antriebsmotor ein mehrphasiger - insbesondere dreiphasiger - bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) bzw. eine Synchronmaschine ist, sodass der Inverter aus der Gleichspannung mehrere Wechselspannungen für den Betrieb des Antriebsmotors erzeugt. Vorzugsweise dient dieser Antriebsmotor zum Antreiben einer Wäschetrommel des Haushaltsgeräts.
Es gilt vorzugsweise die Beziehung, dass je geringer die Gleichspannung an der Gleichspannungsquelle ist, desto größer die Pulslänge des oder der Ansteuerimpulse eingestellt wird. Mit anderen Worten kann die Steuereinrichtung bei einem geringeren Spannungswert der Gleichspannung eine größere Pulslänge der Ansteuerimpulse als bei einem höheren Spannungswert einstellen, sodass die Pulslänge umgekehrt proportional zur Gleichspannung an der Gleichspannungsquelle ist. Durch eine solche Vorgehensweise kann stets gewährleistet werden, dass durch das Antriebselement im Mittel ein ausreichender elektrischer Strom fließt, welcher für einen sicheren Betrieb der Verriegelungseinrichtung sorgt.
Um den Mittelwert des elektrischen Stroms durch das Antriebselement und somit die an das Antriebselement abgegebene Leistung konstant zu halten, kann die Steuereinrichtung die Pulslänge der Ansteuerimpulse umgekehrt proportional zum Quadrat des Spannungswerts der Gleichspannung einstellen. Eine ungewollte Entriegelung der Tür im Betrieb des Haushaltsgeräts kann somit sicher verhindert werden.
In der Steuereinrichtung kann beispielsweise eine Lookup-Tabelle abgelegt sein, welche die Abhängigkeit der Pulslänge von der Gleichspannung der Gleichspannungsquelle angibt. Die Steuereinrichtung kann dann die aktuelle Pulslänge unter Verwendung der Lookup-Tabelle einstellen. Die Einstellung der Pulslänge abhängig von dem aktuellen Spannungswert kann somit ohne viel Rechenleistung realisiert werden.
Zusätzlich zu dem genannten Schaltelement (nachfolgend als erstes Schaltelement genannt) kann die Verriegelungseinrichtung auch zumindest ein weiteres Schaltelement (nachfolgend als zweites Schaltelement genannt) aufweisen, welches mit dem Antriebselement gekoppelt und insbesondere in Reihe zum ersten Schaltelement und zum Antriebselement elektrisch geschaltet ist. Die Steuereinrichtung kann so ausgelegt sein, dass zumindest während des Ansteuerimpulses des ersten Schaltelements das zweite Schaltelement geöffnet wird, sodass dieses zweite Schaltelement mit einem oder einer Folge von Ansteuerimpuls angesteuert wird, welche mindestens die gleiche Pulslänge wie die Ansteuerimpulse des ersten Schaltelements aufweisen. Der oder die Ansteuerimpulse des zweiten Schaltelements überlappen sich somit mit dem Antsteuerimpuls oder den Ansteuerimpulsen des ersten Schaltelements. Der Einsatz des zweiten Schaltelements hat Vorteile hinsichtlich der Betriebssicherheit: Bei Ausfall eines der Schaltelemente kann mit dem anderen Schaltelement verhindert werden, dass das Ansteuerelement - insbesondere eine Spule - mit einer Gleichspannung beaufschlagt wird. Wird ein Defekt bzw. ein Fehler eines der Schaltelemente durch die Steuereinrichtung detektiert, kann ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass durch die Steuereinrichtung eine aktuelle Phasenlage der Netzspannung erfasst und die Folge der Ansteuerimpulse abhängig von der Phase der Netzspannung erzeugt wird. Auf diese Weise kann die Folge der Ansteuerimpulse mit der Netzspannung synchronisiert werden, und es ist beispielsweise möglich, die Ansteuerimpulse dann zu erzeugen, wenn die Gleichspannungsquelle vollständig aufgeladen ist. Eine zu starke Entladung der Gleichspannungsquelle kann somit zuverlässig verhindert werden.
Ein erfindungsgemäßes Haushaltsgerät, insbesondere zur Pflege von Wäschestücken, umfasst eine Tür sowie eine erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung zum Verriegeln der Tür.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Verriegeln einer Tür eines Haushaltsgeräts mit Hilfe eines Verriegelungselements, welches abhängig von einem Stromfluss durch ein Antriebselement von einer Entriegelungsstellung in eine Verriegelungsstellung bewegt wird, wobei das Antriebselement mit einer Gleichspannung einer Gleichspannungsquelle beaufschlagt wird und der Stromfluss durch das Antriebselement mittels eines Schaltelements gesteuert wird, welches mittels einer Steuereinrichtung mit einer Folge von Ansteuerimpulsen angesteuert wird. Es wird ein aktueller Spannungswert der Gleichspannung erfasst, und eine Pulslänge der Ansteuerimpulse wird durch die Steuereinrichtung abhängig von dem aktuellen Spannungswert eingestellt.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Verriegelungseinrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Haushaltsgerät sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1: in schematischer Darstellung ein Haushaltsgerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2: in schematischer Darstellung eine Schaltungsanordnung mit einer Verriegelungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 3: eine Abhängigkeit einer Pulslänge von Ansteuerimpulsen von einer Zwischenkreisgleichspannung.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Haushaltsgerät 1 ist beispielsweise eine Waschmaschine. Das Haushaltsgerät 1 umfasst eine Wäschetrommel 2 zur Aufnahme von Wäschestücken, welche in einem Gehäuse 3 des Haushaltsgeräts 1 - und auch in einem nicht dargestellten Laugenbehälter - um eine horizontale Drehachse 4 drehbar gelagert ist. Die Wäschestücke können durch eine Öffnung in die Wäschetrommel 2 eingebracht werden, welche mittels einer Tür 5 verschließbar ist. In an sich bekannter Weise kann der Benutzer des Haushaltsgeräts 1 die Tür 5 öffnen und schließen. Wird die Tür 5 geschlossen, kann sie dann mittels einer Verriegelungseinrichtung 6 gegenüber dem Gehäuse 3 verriegelt und somit relativ zum Gehäuse 3 mechanisch fixiert werden, so dass ein Öffnen der Tür 5 nicht mehr möglich ist.
Zum Antreiben der Wäschetrommel 2 beinhaltet das Haushaltsgerät 1 einen elektrischen Antriebsmotor 7. Der Benutzer kann mit Hilfe einer Bedieneinrichtung 8 das gewünschte Betriebsprogramm des Haushaltgeräts 1 auswählen und den Betriebsprozess aktiveren. Wird der Betriebsprozess - hier ein Waschprozess - aktiviert, wird die Tür 5 mittels der Verriegelungseinrichtung 6 verriegelt und erst nach Abschluss des Betriebsprozesses wieder entriegelt. Ein Öffnen der Tür 5 während des Betriebsprozesses wird somit verhindert.
Eine Schaltungsanordnung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, ist Bestandteil des Haushaltsgeräts 1 und umfasst die Verriegelungseinrichtung 6. Das Haushaltsgerät 1 weist Netzanschlüsse 9, 10 auf, welche auf elektrischen Potenzialen L, N des Versorgungsnetzes liegen. Zwischen den Netzanschlüssen 9, 10 wird eine Netzspannung U_N bereitgestellt, welche eine Wechselspannung ist. Die Wechselspannung U_N wird mittels eines Gleichrichters 11 gleichgerichtet, welcher im Ausführungsbeispiel als Vollbrückengleichrichter mit vier Dioden ausgebildet ist. Ausgangsseitig ist der Gleichrichter 11 mit einem Zwischenkreiskondensator 12 gekoppelt, welcher die gleichgerichtete Spannung glättet. Eine Zwischenkreisgleichspannung V_ZK 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 V_ZK 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 V_ZK bereitgestellt wird. Diese Versorgungsspannung kann beispielsweise 3,3 V oder 5 V betragen.
Die Verriegelungseinrichtung 6 umfasst einen elektrischen Schalter 18 eines Türkontakts, welcher nur bei geschlossener Tür 5 geschlossen und bei offener Tür 5 geöffnet ist. Der Strom kann durch den Schalter 18 also nur bei geschlossener Tür 5 fließen. Einerseits ist der Schalter 18 mit einem Knoten 19 verbunden, auf welchem dasselbe elektrische Potenzial wie auf dem Zwischenkreisknoten 13 anliegt. Andererseits ist der Schalter 18 mit einem Antriebselement 20 in Form einer Spule bzw. eines Elektromagneten verbunden. Dieses Antriebselement 20 ist andererseits über einen Knoten 21 sowie über eine Reihenschaltung aus einem ersten und einem zweiten Schaltelement 22, 23 mit dem Bezugspotenzial 14 gekoppelt. Es liegt also eine Reihenschaltung aus dem Antriebselement 20 und den Schaltelementen 22, 23 vor. Eine Freilaufdiode 24 verbindet den Knoten 21 mit dem Knoten 19 und ermöglicht somit einen Stromfluss durch das Antriebselement 20, wenn die Schaltelemente 22, 23 sperren.
Im Ausführungsbeispiel sind die Schaltelemente 22, 23 als NPN-Bipolartransistoren ausgebildet. Der Kollektor des ersten Schaltelements 22 ist dabei mit dem Knoten 21 verbunden; der Emitter des Schaltelements 22 ist mit dem Kollektor des zweiten Schaltelements 23 verbunden. Der Emitter des zweiten Schaltelements 23 ist mit dem Bezugspotenzial 14 verbunden und liegt somit auf dem Bezugspotenzial 14. Zur Ansteuerung der Schaltelemente 22, 23 ist eine Steuereinrichtung 25 in Form eines Mikrocontrollers vorgesehen, welche mit den Basisanschlüssen der Schaltelemente 22, 23 verbunden ist und ebenfalls auf dem Bezugspotenzial 14 liegt. Eine Versorgungsspannung (beispielsweise 3,3 V oder 5 V) für die Steuereinrichtung 25 wird mittels eines Gleichspannungswandlers 26, beispielsweise eines Schaltnetzteils, erzeugt. Optional kann die Steuereinrichtung 25 auch integral mit dem Motorsteuergerät 16 ausgebildet sein, so dass die Steuereinrichtung 25 und das Motorsteuergerät 16 durch eine einzige Steuereinrichtung, insbesondere einen Mikrocontroller, gebildet sind.
Ein Stromfluss I durch das Antriebselement 20 bewirkt, dass ein Verriegelungselement 27 von einer Entriegelungsstellung, in welcher die Tür 5 unverriegelt ist, in eine Verriegelungsstellung bewegt wird, in welcher die Tür 5 durch das Verriegelungselement 27 relativ zum Gehäuse 3 fixiert und somit verriegelt ist. Das Verriegelungselement 27 kann beispielsweise einen weichmagnetischen Sperrriegel umfassen. Um die aktuelle Stellung des Verriegelungselements 27 überprüfen zu können, ist dem Verriegelungselement 27 ein Schalter 28 zugeordnet, welcher einerseits mit dem Knoten 19 und andererseits mit der Steuereinrichtung 25 gekoppelt ist. Wird das Verriegelungselement 27 in die Verriegelungsstellung bewegt, so wird auch der Schalter 28 geschlossen, was durch die Steuereinrichtung 25 entsprechend detektiert werden kann. Außerdem ist auch ein Knoten 29 zwischen dem Emitter des ersten Schaltelements 22 und dem Kollektor des zweiten Schaltelements 23 mit der Steuereinrichtung 25 gekoppelt, so dass auch ein Stromfluss durch die Schaltelemente 22, 23 und somit die ordnungsgemäße Funktionsweise der Schaltelemente 22, 23 überprüft werden kann.
Das Schaltelement 22 wird durch die Steuereinrichtung 25 Das zweite Schaltelement 23 dient als Sicherheitsschaltelement und kann unabhängig von dem Schaltelement 22 angesteuert werden. Um die Ansteuerung des Antriebselements 20 freizugeben, kann das Sicherheitsschaltelement 23 synchron zum ersten Schaltelement 22 mit einer gleichen Folge von Ansteuerimpulsen oder alternativ mit längeren Impulsen angesteuert werden, so dass das zweite Schaltelement 23 mindestens während der gesamten Dauer der Ansteuerimpulse 30 des ersten Schaltelements 22 geöffnet ist. Alternativ kann das zweite Schaltelement 23 auch konstant durchgeschaltet werden.
Um die Ansteuerung des Antriebselements 20 zu unterbinden und damit das Schalten des Magnetventils 28 zu verhindern, kann das Sicherheitsschaltelement 23 gesperrt werden. Die Ansteuerung des Sicherheitsschaltelements findet dabei bevorzugt unabhängig von dem Schaltelement 22 durch einen in der Steuereinrichtung 25 realisierten Sicherheitsschaltkreis oder eine Softwarefunktion statt. Damit kann unabhängig von den Funktionsbefehlen für das Absperrelement 27 eine Sicherheitsfunktion realisiert werden.
In einer alternativen Ausführung kann das Schaltelement 22 auch mit einer Folge von Ansteuerimpulsen 30 unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation angesteuert werden. Vorteilhafterweise kann dann zwischen dem Ausgang der Steuereinrichtung 25 und dem Schaltelement 22 ein Kopplungskondensator vorgesehen sein, der verhindert, dass das Schaltelement 22 im Fall einer Fehlfunktion durchgehend aktiviert ist.
Die Verriegelungseinrichtung 6 beinhaltet auch Mittel zur Erfassung des aktuellen Spannungswerts der Zwischenkreisgleichspannung V_ZK. 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 V_ZK über einen Versorgungseingang 31 erfolgen, über welchen der Steuereinrichtung 25 die oben genannte Versorgungsspannung zugeführt wird.
Es ist vorgesehen, dass die zeitliche Pulslänge des Ansteuerimpulses 30 in Abhängigkeit von dem aktuellen Spannungswert der Zwischenkreisgleichspannung V_ZK eingestellt wird. Dazu erfasst die Steuereinrichtung 25 fortlaufend bzw. kontinuierlich den jeweils augenblicklichen Spannungswert der Zwischenkreisgleichspannung V_ZK und steuert die Pulslänge des Ansteuerimpulses 30 welcher an das erste Schaltelement 22 abgegeben wird, um das Verriegelungselement 27 im Betrieb des Haushaltsgeräts 1 in die Verriegelungsstellung zu bringen. Dabei wird die an das Antriebselement 20 abgegebene elektrische Leistung mittels der Pulslänge des Ansteuerimpulses 30 abhängig von dem aktuellen Spannungswert der Zwischenkreisgleichspannung V_ZK eingestellt bzw. an den aktuellen Spannungswert angepasst. Diese Anpassung sieht derart aus, dass die Pulslänge des Ansteuerimpulses 30 umgekehrt proportional zum Quadrat der Zwischenkreisgleichspannung V_ZK ist.
Diese Abhängigkeit ist in Fig. 3 abgebildet. Auf der y-Achse ist dabei die Zwischenkreisgleichspannung V_ZK in Volt_dc aufgetragen; auf der x-Achse ist eine Pulslänge w des Ansteuerimpulses 30 in Millisekunden aufgetragen. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, kann die Zwischenkreisgleichspannung V_ZK zwischen einem unteren Grenzwert von etwa 150 V und einem oberen Grenzwert von etwa 400 V variieren. Bei einer Zwischenkreisgleichspannung V_ZK von 400 V wird eine Pulslänge w von etwa 4,4 ms eingestellt. Bei einer Zwischenkreisgleichspannung V_ZK von 150 V wird eine Pulslänge w von etwa 32,6 ms eingestellt. In der Steuereinrichtung 25 kann dabei folgende Lookup-Tabelle abgelegt sein:

Zwischenkreisgleichspannung [V_DC] Pulslänge [ms]

400 4,4

350 5,9

300 7,8

250 11,1

200 18,5

150 32,6
Der oben dargestellten Abhängigkeit liegt folgende Überlegung zugrunde: Obwohl als Antriebselement 20 eine Spule eingesetzt wird, hat dieses Antriebselement 20 auch einen internen Ohmschen Widerstand (Innenwiderstand), welcher auch die an das Antriebselement 20 gelieferte Energie beeinflusst. Die durch das Antriebselement 20 aufgenommene Energie ergibt sich aus der folgenden Gleichung: $E = VIw,$
wobei E die durch das Antriebselement 20 aufgenommene elektrische Energie, V den Spannungswert der Zwischenkreisgleichspannung V_ZK, I den maximalen Strom durch das Antriebselement 20 und w die Pulslänge in Sekunden bezeichnen. Wird eine sehr kleine Induktivität des Antriebselements 20 angenommen, so wird der Strom I grundsätzlich durch den Innenwiderstand bestimmt: $I = V / R,$
wobei R den Innenwiderstand des Antriebselements 20 bezeichnet. Daraus ergibt sich folgende Abhängigkeit der Pulslänge w von dem Spannungswert V: $w = ER / V^{2} .$
Wird eine konstante Energie E sowie ein konstanter Widerstand R angenommen, kann diese Gleichung mit Hilfe einer Konstanten k folgendermaßen dargestellt werden: $w = k / V^{2} .$
Diese Abhängigkeit entspricht dem Verlauf gemäß Fig. 3.
Die Steuereinrichtung 25 kann auch die aktuelle Phasenlage der Netzspannung U_N erfassen und die Folge der Ansteuerimpulse 30 mit der Netzspannung U_N derart synchronisieren, dass die Ansteuerimpulse 30 bei aufgeladenem Zwischenkreiskondensator 12 erzeugt werden. Dadurch wird verhindert, dass die Zwischenkreisgleichspannung V_ZK zu stark einbricht und beispielsweise den unteren Grenzwert von 150 V unterschreitet.
Bei einer Ansteuerung mit einer Folge von Impulsen unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation erfasst die Steuereinrichtung 25 fortlaufend bzw. kontinuierlich den jeweils augenblicklichen Spannungswert der Zwischenkreisgleichspannung V_ZK und steuert fortlaufend die Pulslänge der Ansteuerimpulse 30, welche fortlaufend an das erste Schaltelement 22 abgegeben werden, um das Verriegelungselement 27 im Betrieb des Haushaltsgeräts 1 fortlaufend in der Verriegelungsstellung zu halten. Dabei wird gemäß den obigen Überlegungen die an das Antriebselement 20 abgegebene elektrische Leistung über die Zeit konstant gehalten, indem die Pulslänge der Ansteuerimpulse 30 abhängig von dem aktuellen Spannungswert der Zwischenkreisgleichspannung V_ZK 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 V_ZK ist.

Bezugszeichenliste

1: Haushaltsgerät
2: Wäschetrommel
3: Gehäuse
4: Drehachse
5: Tür
6: Verriegelungseinrichtung
7: elektrischer Antriebsmotor
8: Bedieneinrichtung
9, 10: Netzanschluss
11: Gleichrichter
12: Zwischenkreiskondensator
13: Zwischenkreisknoten
14: Bezugspotenzial
15: Inverter
16: Motorsteuergerät
17: Gleichspannungswandler
18: elektrischer Schalter
19: Knoten
20: Antriebselement
21: Knoten
22, 23: Schaltelement
24: Freilaufdiode
25: Steuereinrichtung
26: Gleichspannungswandler
27: Verriegelungselement
28: Schalter
29: Knoten
30: Ansteuerimpulse
31: Versorgungseingang
I: Stromfluss
L: elektrisches Potenzial
N: elektrisches Potenzial
U_N: Netzspannung
V_ZK: Zwischenkreisgleichspannung
w: Pulslänge

Claims

Verriegelungseinrichtung (6) zum Verriegeln einer Tür (5) eines Haushaltsgeräts (1), mit:
- einem Verriegelungselement (27) zum mechanischen Verriegeln der Tür (5),

- einem Antriebselement (20) zum Bewegen des Verriegelungselements (27) von einer Entriegelungsstellung, in welcher die Tür (5) unverriegelt ist, in eine Verriegelungsstellung, in welcher die Tür (5) durch das Verriegelungselement (27) verriegelt ist, abhängig von einem Stromfluss (I) durch das Antriebselement (20), wobei das Antriebselement (20) mit einer Gleichspannungsquelle (12) elektrisch gekoppelt ist,

- einem mit dem Antriebselement (20) elektrisch gekoppelten Schaltelement (22, 23) zur Steuerung des Stromflusses (I) durch das Antriebselement (20), und

- einer Steuereinrichtung (25) zur Ansteuerung des Schaltelements (22, 23), wobei die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, zur Steuerung des Stromflusses (I) durch das Antriebselement (20) wenigstens einen Ansteuerimpuls (30) an das Schaltelement (22, 23) abzugeben,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verriegelungseinrichtung (6) Mittel zum Erfassen eines aktuellen Spannungswerts (V) einer durch die Gleichspannungsquelle (12) bereitgestellten Gleichspannung (V_ZK) aufweist und die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, eine Pulslänge (w) des wenigstens einen Ansteuerimpulses (30) abhängig von dem aktuellen Spannungswert (V) einzustellen.
Verriegelungseinrichtung (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle (12) ein Zwischenkreiskondensator ist, welcher mit einem Ausgang eines Gleichrichters (11), insbesondere eines Vollbrückengleichrichters, gekoppelt ist, der zum Gleichrichten einer Netzspannung (U_N) ausgebildet ist.
Verriegelungseinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit derselben Gleichspannungsquelle (12) ein Inverter (15) gekoppelt ist, welcher zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung für einen elektrischen Antriebsmotor (7) des Haushaltsgeräts (1) aus der Gleichspannung (V_ZK) ausgebildet ist.
Verriegelungseinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, bei einem geringeren Spannungswert (V) der Gleichspannung (V_ZK) eine größere Pulslänge (w) als bei einem höheren Spannungswert (V) einzustellen.
Verriegelungseinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, die Pulslänge (w) umgekehrt proportional zum Quadrat des Spannungswerts (V) einzustellen.
Verriegelungseinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (25) eine Lookup-Tabelle abgelegt ist, welche die Abhängigkeit der Pulslänge (w) von der Gleichspannung (V_ZK) angibt, wobei die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, die Pulslänge (w) unter Verwendung der Lookup-Tabelle einzustellen.
Verriegelungseinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem einen Schaltelement (22, 23) zumindest ein weiteres Schaltelement (22, 23) mit dem Antriebselement (20) gekoppelt ist und die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, zumindest während der Ansteuerimpulse (30) des einen Schaltelements (22, 23) das zumindest eine weitere Schaltelement (22, 23) zu öffnen.
Verriegelungseinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, das Schaltelement (22, 23) mit einer Folge von Impulsen unter Verwendung einer Pulsweitenmodulation anzusteuern und ein aktuelles Tastverhältnis der Ansteuerimpulse (30) abhängig von dem aktuellen Spannungswert (V) einzustellen.
Verriegelungseinrichtung (6) nach einem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (25) dazu ausgelegt ist, eine aktuelle Phasenlage einer Netzspannung (U_N) zu erfassen und die Folge der Ansteuerimpulse (30) abhängig von der Phase der Netzspannung (U_N) zu erzeugen.
Haushaltsgerät (1), insbesondere zur Pflege von Wäschestücken, mit einer Tür (5) und mit einer Verriegelungseinrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Verriegeln einer Tür (5) eines Haushaltsgeräts (1) mithilfe eines Verriegelungselements (27), welches abhängig von einem Stromfluss (I) durch ein Antriebselement (20) von einer Entriegelungsstellung, in welcher die Tür (5) unverriegelt ist, in eine Verriegelungsstellung bewegt wird, in welcher die Tür (5) verriegelt ist, wobei das Antriebselement (20) mit einer Gleichspannung (V_ZK) einer Gleichspannungsquelle (12) beaufschlagt wird und der Stromflusses (I) durch das Antriebselement (20) mittels eines Schaltelements (22, 23) gesteuert wird, welches mittels einer Steuereinrichtung (25) mit wenigstens einem Ansteuerimpuls (30) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Spannungswert (V) der Gleichspannung (V_ZK) erfasst wird und eine Pulslänge (w) des Ansteuerimpulses (30) durch die Steuereinrichtung (25) abhängig von dem aktuellen Spannungswert (V) eingestellt wird.