EP3458638A1 - Dynamische ansteuerung einer türöffnungsvorrichtung eines haushaltsgeräts, insbesondere mit dc-versorgungsspannung - Google Patents

Dynamische ansteuerung einer türöffnungsvorrichtung eines haushaltsgeräts, insbesondere mit dc-versorgungsspannung

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EP3458638A1
EP3458638A1 EP17719262.2A EP17719262A EP3458638A1 EP 3458638 A1 EP3458638 A1 EP 3458638A1 EP 17719262 A EP17719262 A EP 17719262A EP 3458638 A1 EP3458638 A1 EP 3458638A1
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EP
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actuator
door
electrical
coupling
opening device
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EP17719262.2A
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Marcelo Cabaleiro Martins
Peter UFTRING
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BSH Hausgeraete GmbH
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BSH Hausgeraete GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24CDOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C15/00Details
    • F24C15/02Doors specially adapted for stoves or ranges

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a door opening device of a household appliance and a door opening device in a household appliance according to the preambles of the independent claims. Moreover, the invention relates to a household appliance with such a door opening device.
  • Domestic appliances for the care of laundry items which have a closable by a door interior, such as a washing machine, a tumble dryer or a washer-dryer combination, usually have a closing device which holds the door by a frictional connection in a closed position.
  • Modern household appliances may be equipped with an electromechanical door opening device for exerting a pushing force on the inside of the household appliance door in order to overcome the frictional connection exerted by the closing device.
  • a household appliance with such a door opening device is known from DE 10 2013 223 431 B3 as well as from DE 10 2014 201 924 A1.
  • the invention is based on a method for controlling a door opening device comprising an electromechanical actuator door opening comprehensive household appliance during an opening operation, wherein the actuator comprises two Aktoran beautifully for electrical control.
  • the method comprises providing an electrical supply voltage between an electrical supply connection and an electrical reference terminal of the door opening device, which has a specified in a normal operating state of the household appliance voltage form, providing an electrical coupling device for coupling a first of the two Aktoran say to the supply connection and / or a second as needed the two actuator connections to the reference terminal.
  • the method comprises coupling the supply voltage and the two actuator connections by means of the coupling device as a function of a pulse-shaped coupling signal for the electrical control of the actuator and generating an urging force for acting on the door as a function of the electrical control of the actuator.
  • the electromechanical actuator can be an actuator with a solenoid coil connected between the two actuator connections, preferably with a cylindrical coil, which can be controlled such that a magnetic force can be exerted on a movable actuator element.
  • the movable actuator element is a magnetizable material, in particular a ferromagnetic material.
  • the movable actuator element may be arranged so that it is at least partially stored in an inoperative position outside of an inner region of the magnetic coil and is pulled in the direction of the magnetic coil in an electrical control of the actuator.
  • the attraction is based on the reluctance force, which is based on the change in the magnetic resistance.
  • the resulting force is proportional to the square of the current flowing through the magnetic coil and generating the magnetic field.
  • the force acting on the movable actuator element is thus independent of the sign of the current through the magnetic coil, which makes such an embodiment of the electromechanical actuator also suitable for direct control with an alternating signal (AC).
  • AC alternating signal
  • the use of a permanent magnetic material for the movable actuator element may be provided, which requires an additional rectification for the electrical control of the magnetic coil when using an electrical supply voltage in the form of an AC voltage.
  • the method is developed by generating the pulse-shaped coupling signal as a function of the predetermined voltage shape and / or as a function of the coupling device provided for achieving a time profile of the pressing-on force, which has a rising envelope.
  • an envelope is understood as a curve which touches the graph of the chronological progression of the pressing force near a local minimum.
  • the envelope is a sequence of straight line pieces. To simplify matters, the envelope can also be determined by connecting the respective local maxima through the straight line segments.
  • the envelope may not touch but intersect the graph of the temporal progression of the pressing force near the local maxima, the deviation from an "ideal envelope” being negligibly small, thus simplifying the envelope curve
  • the invention is based on the finding that with control systems usually used for the use in such door-opening devices on the basis of an alternating electrical voltage, which has a very high degree of polarity allow simple implementation of a drive circuit based on a triac or a relay, subject to restrictions on the adjustable time characteristic of the pressing force.
  • a recent implementation of a door opening device uses an extra pin to push / push the door out of its closed position.
  • This pin is guided by the control of a magnetic coil.
  • the pin and the solenoid require a certain force to overcome the holding force of a door closer.
  • the energy needed to open the door must be made available within the time of half a period (50 hertz 10 milliseconds). This means that enough energy must be available within about 10 milliseconds. Thereafter, the energy in the solenoid does not increase further.
  • the provision of the coupling device and the generation of the pulse-shaped coupling signal is carried out such that the time profile of the pressing force during an active pulse phase of the coupling signal has a sequence of at least two local maxima, which are respectively at or near the rising envelope in which a second local maximum of the at least two local maxima that follows at least two local maxima later in time has a higher value than the first local maximum. In this way, successively the maximum force exerted on the door can be increased.
  • the provision of the coupling device and the generation of the pulse-shaped coupling signal is carried out in such a way that the sequence of the at least two local maxima has a third local maximum following the second local maximum later in time, which has a higher value than the second local maximum.
  • the electrical supply voltage is provided by a DC voltage source. This results in a greater flexibility in the type of control of the electromechanical actuator, in particular eliminates the effects of the inherent when using an AC voltage zero crossings.
  • the electrical supply voltage is provided by an AC voltage source.
  • a rectifier is connected between the supply voltage and the electromechanical actuator.
  • the use of a rectifier when fed from an AC voltage source thus also allows the use of a permanent magnetic material as a movable actuator element.
  • an electrical filter element behind the rectifier, that is to say on the rectified side to which the actuator is connected, an electrical filter element can be provided which reduces a reduction of the breaks caused by the zero crossings of the alternating voltage in the time course of the pressing force.
  • the coupling signal is generated during the opening process with a sequence of a plurality of temporally spaced apart individual pulses.
  • the coupling signal can be generated during the opening process with a single pulse.
  • the shape of the time course of the pressing force and the rising envelope is determined by the electrical coupling element itself.
  • the coupling signal in response to a first signal which signals an opening state of the door, and / or in response to a second signal, which is a Verneglungsschreib the door signals, generated.
  • the door opening device is thus enabled to gently open the door while checking whether the door is already open. In the event that the door is already open, the door opening device would interrupt the actuation of the actuator in order to avoid an additional impact on the door, which could possibly hit a user of the household appliance.
  • household appliances can be equipped with a door lock system, which also provides a locking of the door, which is particularly important in a washing machine in the form of a front loader with a front-mounted loading port of considerable importance.
  • the door opening mechanism is also suitably blocked in order to prevent damage to components of the household appliance, in particular the locking device or the door opening device.
  • the invention is further based on a door opening device in a household appliance comprising a door, wherein the door opening device comprises an electrical supply connection and an electrical reference connection, between which an electrical supply voltage having a predetermined voltage state in the intended operating state of the household appliance can be provided.
  • the door opening device comprises an electromechanical actuator for generating a pressing force for acting on the door in response to an electrical activation of the actuator, which comprises two Aktoran beautifully for electrical control, and an electrical coupling device which is adapted to the electrical control of the actuator in Dependence of a pulse-shaped coupling signal to couple a first of the two Aktoran nowadays to the supply terminal and / or a second of the two Aktoran usually to the reference terminal.
  • the pulse-shaped coupling signal is a binary signal which can assume two states, namely coupled (on) and not coupled (off).
  • the electrical coupling device has an electrically connected in series with the actuator resistance element with a variable electrical resistance.
  • the actuator resistance element is in the variable electrical resistance around a temperature-dependent resistor, preferably a thermistor (NTC) whose resistance value has a negative temperature coefficient.
  • NTC thermistor
  • Such a resistance element can be used both with an electrical supply voltage in the form of a DC voltage and an electrical supply voltage in the form of an AC voltage.
  • the electrical coupling device to a first electronic switching element which is electrically connected in series with the actuator.
  • the electronic switching element is preferably designed as a transistor, in particular as a bipolar transistor or field effect transistor, particularly preferably as an insulated gate field effect transistor (MOSFET or IGFET).
  • the first electronic switching element is preferably designed as a bidirectional thyristor triode (triac) or as a relay, in particular as a semiconductor relay.
  • a galvanically isolated control via an optical connection for example via a light guide occur.
  • the electrical coupling device has a second electronic switching element, which is electrically connected in series with the first electronic switching element.
  • the actuator which may be electrically represented by a solenoid connected between the two Aktoran Wegn, as well as the first electronic switching element and the second electronic switching element to each other electrically connected in series.
  • a safety circuit can be implemented, which is designed to effect an interruption of the electrical control of the actuator in the event of erroneous activation of the first electronic switching element by the pulse-shaped coupling signal.
  • the signal generation unit can be realized by a program-controlled computing unit, in particular by a microcontroller / microprocessor, which provides the coupling signal to the first electronic switching element.
  • the second electronic switching element can be driven in this case preferably by an independent analog circuit, which thus assumes the function of an electronic fuse.
  • the signal generating unit is designed to generate the coupling signal as a function of an electrical current through the actuator.
  • the current can be regulated by the actuator so that a desired time course results in accordance with a predetermined setpoint profile of the push-on force.
  • influences caused by voltage fluctuations can thus be compensated.
  • the signal generating unit is designed to generate the coupling signal as a pulse width modulation signal. That is, the generation of the coupling signal takes place with a constant, predefinable pulse period, namely the reciprocal of a pulse width modulation frequency (PWM frequency), wherein a variable pulse width is set.
  • PWM frequency pulse width modulation frequency
  • the ratio of the pulse width to the pulse period is determined by the so-called duty cycle (English duty cycle).
  • a pulse sequence control may be provided, in which a constant, predefinable switch-on time is set, and the duty cycle by a control of the respective switch-off time is realized.
  • a constant turn-off time can be provided and the turn-on time can be varied in a corresponding manner.
  • the duty cycle for each clock cycle can be realized according to a so-called cycle-by-cycle control. It can also be provided to generate the coupling signal based on a two-point control method by switching on the coupling signal when the current through the actuator has fallen below a predefinable minimum value and the coupling signal is switched off when the current through the actuator exceeds a predefinable maximum value.
  • the respective valid minimum value and / or the respectively valid maximum value may be time-dependent. In this way, a particularly simple control method can be implemented.
  • a household appliance in particular for the care of items of laundry, have a door opening device according to the invention and a door which can be pushed out of the closed position by the door opening device, resulting in a household appliance according to the invention.
  • the door of the household appliance can be pushed open by the door opening device with a better temporal controllability and a gentle rise behavior.
  • an improved compensation of a possible fluctuation of the input voltage, which is used as the supply voltage of the household appliance is possible.
  • the use of a feedback may be provided, which is used to avoid a much stronger impact on the door when the door is already open. However, such additional impact does not occur at all if the increase is slow enough.
  • an absorption effect generated by the mechanical parts of the household appliance can be overcome.
  • Longer pulses for example, when using a whole pulse train, also mean less noise of the door opening device.
  • when using a DC voltage as the internal supply voltage of the door opening device thus independence from the mains frequency and mains voltage of a feeding network on which the household appliance is operated can be achieved.
  • FIG. 1 in a simplified schematic front view of a household appliance according to the invention
  • Fig. 2 in a simplified schematic representation of a used for the operation of a door opening device, as arranged in the household appliance of FIG. 1, the circuit arrangement used;
  • FIG. 3 is a simplified schematic representation of a modification of the circuit arrangement illustrated in FIG. 2 for use in a door opening device according to the invention in accordance with a preferred first embodiment
  • FIG. 4 in a simplified schematic representation of a preferred second embodiment of a door opening device according to the invention.
  • a household appliance 1 for the care of laundry items is shown in FIG. 1.
  • This can be a washing machine, a tumble dryer or a combination of washing machine and tumble dryer.
  • it is a so-called front loader, which has a front-opening door 2, which serves for closing a, for example, circular loading opening 3.
  • the household appliance 1 comprises a housing 4, in which a drum 5 is arranged for receiving laundry items.
  • the loading opening 3 is a front opening of the drum 5.
  • the household appliance 1 moreover comprises an operating device 6 which is to be understood in an embodiment and position by way of example only and not by way of limitation and which has at least one operating element 7 and one display unit 8.
  • a drawer-like Ein Togetherschale 9 is shown.
  • the pivotally arranged and in particular porthole-like door 2 is in mechanical contact with a arranged inside the household appliance 1 door opening device 10.
  • this door opening device 10 is arranged so that it can act on the inside of an edge piece of the door 2.
  • This edge piece is opposite to another edge piece of the door 2, on which the door 2 is pivotally mounted on the household appliance 1 by means of a hinge, not shown in FIG. 1.
  • the door opening device 10 comprises an electromechanical actuator 1 1, which has a magnetic coil and a movable in the range of action of a magnetic field generated by the magnetic field actuator element of a magnetic or magnetizable material, preferably of a ferromagnetic material.
  • the door opening device 10 further comprises a signal generating unit 12, which is designed to provide a pulse-shaped coupling signal to an electrical coupling device 13, which causes the electrical activation of the electromechanical actuator 1 1.
  • the opening of the door 2 by means of the door opening device 10 can take place automatically at the end of a washing or drying process, if a correspondingly set program for the treatment of laundry items has expired.
  • the door 2 of the household appliance 1 is opened by the door opening device 10 when a user of the household appliance 1 a corresponding operating action via the operating device, for example via a button on the operating device 6 or an input by means of an input element on a touch screen, for example, the display unit 8, makes.
  • FIG. 2 shows the electrical part of a door opening device 10, which can be used in a domestic appliance 1 as shown in FIG.
  • the door opening device 10 includes a supply terminal 16 and a reference terminal 17.
  • the reference terminal 17 may be electrically connected to a neutral terminal (N) of a feeding AC mains network.
  • the supply terminal 16 may be electrically connected to an outer conductor terminal (L) of the supplying alternating voltage or three-phase network. Such an arrangement may be powered by a voltage of 230 volts and a frequency of 50 hertz.
  • a first actuator port 14 of two actuator ports 14, 15 is electrically connected to the supply port 16.
  • a second actuator terminal 15 of the two actuator terminals 14, 15 is electrically coupled to the reference terminal 17 via an electrical coupling device 13 in the form of a first switching element 21, which is designed as a multi-way thyristor triode (triac).
  • a supply voltage 18 which has a sinusoidal shape. In particular, this is a voltage of 230 volts with a mains frequency of 50 hertz.
  • a pulse-shaped coupling signal 19 takes place an electrical control of the actuator 1 1, which is represented in the illustration of FIG. 2 by its magnetic coil.
  • the current through the magnetic actuator is shown schematically as Aktorstrom 20.
  • the Aktorstrom 20 has both positive and negative half-waves whose amplitude is equal to each.
  • the total energy (W), which consists of the half inductance (L) of the coil, which in turn from the position of the movable actuator element with respect to the magnetic coil of the actuator. 1 1 times, times the square of the current (I) through the actuator 1 1 results (W 1 - L- l 2 ). After that, the energy in the magnetic coil does not increase any further, so that no further increase in force can be achieved for the ejection force.
  • the effective pulse duration depends on the frequency. If the solenoid remains activated for a long time, vibrations may occur due to the zero crossings of the actuator current 20 at 0 degrees and 180 degrees phase.
  • the door 2, the household appliance 1, and a door holding mechanism are mechanical parts connected to each other. Under certain circumstances, they can largely absorb the effect of a rapid impact by the door opening device 10 having a duration in the range of less than or equal to 10 milliseconds, since they act as a mechanical filter. Therefore, a big pulse is needed.
  • Resistance element 22 in Form of a thermistor, which has a temperature-dependent resistance value with a negative temperature coefficient, added.
  • the resistance element 22 is thus connected between the first actuator terminal 14 and the supply terminal 16 and replaces the direct electrical connection between the first actuator terminal 14 and the supply terminal 16 as shown in FIG. 2.
  • a vibration as a function of the system frequency and the mechanical characteristic may occur given a longer activation period of the actuator.
  • Such a tendency to oscillation can be reduced by coupling the magnetic coil of the actuator 1 1 via a full-wave rectifier (bridge rectifier).
  • a smoothing element for example a capacitor, behind the rectifier in order to achieve a filtering of power-frequency components from the excitation signal.
  • An NTC takes some time to cool down, which results in the system not working so efficiently in the event that the door 2 is to be opened twice within a short time.
  • a second embodiment presented below, in this case, provides a more effective way to drive the door opening device 12 by means of DC-powered circuitry.
  • a DC voltage is connected to the supply terminal 16 and the reference terminal 17 as the supply voltage 18.
  • the supply voltage 18 may here preferably be 175 volts DC to 400 volts DC. These values are not intended to be limiting, but rather any voltage level, in particular less than 175 volts DC, may be provided.
  • the coupling device 13, which is coupled in a known manner in series with the electromechanical actuator 1 1, has in the illustrated second embodiment, a first switching element 21 and a second switching element 24, which are connected to each other in series.
  • the first switching element 21 and / or the second switching element 24 may be realized as bipolar transistors.
  • a freewheeling diode 23 is coupled to the first actuator port 14 and the second actuator port 15.
  • the freewheeling diode 23 serves to prevent overvoltage peaks, which may otherwise occur when the first switching element 21 and / or the second switching element 24 are switched off.
  • the first switching element 21, which is embodied here as a bipolar transistor, receives the pulse-shaped coupling signal 19 at its base terminal.
  • the pulse-shaped coupling signal 19 is designed as a pulse width modulation signal (PWM signal).
  • PWM signal pulse width modulation signal
  • the coupling signal 19 in each case has a higher pulse width in a subsequent clock cycle than in the preceding clock cycle. This results in an actuator current 20, which has a rising envelope. From the functional relationship, according to which the pressing force is correlated with the actuator current 20, for example, as shown above, a proportionality to the square of the actuator current 20, also results for the time course of the pressing force, an increasing envelope.
  • the second switching element 24 represents a safety circuit (PEC). The manner of implementation of this second switching element 24 is not relevant to the invention.
  • the relationship between the Aktorstrom 20 and the time course of the Aufdrückkraft generated therefrom may have a very different characteristics depending on the type of electromechanical actuator used 1 1.
  • the use of a pulse-shaped coupling signal 19 as a curve train consisting of a plurality of individual pulses thus allows according to the second embodiment, a free adjustability of the curve of the actuator current 20 according to the requirements of a set course of the pressing force.
  • the dynamic behavior of the opening process can be optimized in terms of a safe and comfortable operation.
  • the illustrated circuitry has several advantages in the door opening process.
  • a pulse train with increasing pulse width can be provided to the coupling device 13, for example with a continuous increase from 0 percent to 100 percent duty cycle.
  • Different rise curves can be generated depending on the circuit arrangement and the mechanical properties of the actuator 1 1, for example, with a slight overshoot towards the end of the door opening operation.
  • the increase of the duty cycle can be adapted to the amount of available DC voltage, which is obtained, for example, for the electrical supply of other components of the household appliance 1 such as a drive motor or a heater from the feeding AC voltage or AC network.
  • a better compensation of possible input voltage fluctuations is also possible.
  • a slow rise behavior serves to reduce the impression of an abrupt door impact and also to reduce the noise development. If the rise is slow enough, this additional impact does not occur.
  • the door opening device can be deactivated immediately in order to avoid a much stronger additional impact on the door already released by the door-holding mechanism.
  • the second embodiment offers a significantly higher degree of flexibility and in particular also allows independence from the mains frequency and the mains input voltage.
  • a door opening device 10 in particular a DC-controlled door opening device 10 as shown in the second embodiment, can be configured to improve safety and comfort in a door opening operation performed by the home appliance.
  • a DC-based activation of the door opening device 10 an improved AC-based activation of the door opening device 10 has also been proposed.

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  • Control Of Washing Machine And Dryer (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer einen elektromechanischen Aktor (11) umfassenden Türöffnungsvorrichtung (10) eines eine Tür (2) umfassenden Haushaltsgeräts (1) während eines Öffnungsvorgangs, wobei der Aktor (11) zwei Aktoranschlüsse (14, 15) zur elektrischen Ansteuerung umfasst, durch: Bereitstellen einer elektrischen Versorgungsspannung (18) zwischen einem elektrischen Versorgungsanschluss (16) und einem elektrischen Bezugsanschluss (17) der Türöffnungsvorrichtung (10), welche eine in einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Haushaltsgeräts (1) vorgegebene Spannungsform aufweist, Bereitstellen einer elektrischen Koppelvorrichtung (13) zum bedarfsweise Koppeln eines ersten der zwei Aktoranschlüsse (14,15) an den Versorgungsanschluss (16) und/oder eines zweiten der zwei Aktoranschlüsse (14, 15) an den Bezugsanschluss (17), Koppeln der Versorgungsspannung (18) und der zwei Aktoranschlüsse (14,15) mittels der Koppelvorrichtung (13) in Abhängigkeit von einem pulsförmigen Koppelsignal (19) zur elektrischen Ansteuerung des Aktors (11), Erzeugen einer Aufdrückkraft zur Einwirkung auf die Tür (2) in Abhängigkeit von der elektrischen Ansteuerung des Aktors (11), und Erzeugen des pulsförmigen Koppelsignals (19) in Abhängigkeit von der vorgegebenen Spannungsform und/oder in Abhängigkeit von der bereitgestellten Koppelvorrichtung (13) zur Erzielung eines zeitlichen Verlaufs der Aufdrückkraft, welcher eine ansteigende Hüllkurve aufweist.

Description

Dynamische Ansteuerung einer Türöffnungsvorrichtung eines Haushaltsgeräts, insbesondere mit DC-Versorgungsspannung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Türöffnungsvorrichtung eines Haushaltsgeräts sowie eine Türöffnungsvorrichtung in einem Haushaltsgerät gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. Überdies betrifft die Erfindung ein Haushaltsgerät mit einer derartigen Türöffnungsvorrichtung.
Haushaltsgeräte zur Pflege von Wäschestücken, welche über einen mittels einer Tür verschließbaren Innenraum verfügen, beispielsweise eine Waschmaschine, ein Wäschetrockner oder eine Wasch-Trockner-Kombination, verfügen üblicherweise über eine Schließeinrichtung, welche die Tür durch einen Kraftschluss in einer geschlossenen Position hält. Moderne Haushaltsgeräte können mit einer elektromechanischen Türöffnungseinrichtung zum Ausüben einer Aufdrückkraft auf die Innenseite der Haushaltsgerätetür ausgestattet sein, um den von der Schließeinrichtung ausgeübten Kraftschluss zu überwinden. Ein Haushaltsgerät mit einer solchen Türöffnungseinrichtung ist aus der DE 10 2013 223 431 B3 sowie aus der DE 10 2014 201 924 A1 bekannt.
Ein solcher selbsttätiger Öffnungsvorgang muss jedoch vorgegebenen Anforderungen an die Sicherheit und den Komfort des Öffnungsvorgangs genügen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, eine Türöffnungsvorrichtung sowie ein Haushaltsgerät bereitzustellen, welche eine höhere Sicherheit und einen verbesserten Komfort beim Öffnungsvorgang der Tür bereitstellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und durch eine Türöffnungsvorrichtung sowie durch ein Haushaltsgerät gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ansteuerung einer einen elektromechanischen Aktor umfassenden Türöffnungsvorrichtung eines eine Tür umfassenden Haushaltsgeräts während eines Öffnungsvorgangs, wobei der Aktor zwei Aktoranschlüsse zur elektrischen Ansteuerung umfasst. Das Verfahren umfasst Bereitstellen einer elektrischen Versorgungsspannung zwischen einem elektrischen Versorgungsanschluss und einem elektrischen Bezugsanschluss der Türöffnungsvorrichtung, welche eine in einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Haushaltsgeräts vorgegebene Spannungsform aufweist, Bereitstellen einer elektrischen Koppelvorrichtung zum bedarfsweise Koppeln eines ersten der zwei Aktoranschlüsse an den Versorgungsanschluss und/oder eines zweiten der zwei Aktoranschlüsse an den Bezugsanschluss. Weiterhin umfasst das Verfahren Koppeln der Versorgungsspannung und der zwei Aktoranschlüsse mittels der Koppelvorrichtung in Abhängigkeit von einem pulsförmigen Koppelsignal zur elektrischen Ansteuerung des Aktors und Erzeugen einer Aufdrückkraft zur Einwirkung auf die Tür in Abhängigkeit von der elektrischen Ansteuerung des Aktors. Bei dem elektromechanischen Aktor kann es sich um einen Aktor mit einer zwischen die zwei Aktoranschlüsse geschalteten Magnetspule, vorzugsweise mit einer Zylinderspule, handeln, welche derart ansteuerbar ist, dass eine magnetische Kraft auf ein bewegliches Aktorelement ausgeübt werden kann. Vorzugsweise handelt es sich bei dem beweglichen Aktorelement um ein magnetisierbares Material, insbesondere ein ferromagnetisches Material. Das bewegliche Aktorelement kann so angeordnet sein, dass es in einer Ruhestellung zumindest teilweise außerhalb eines Innenbereichs der Magnetspule gelagert ist und bei einer elektrischen Ansteuerung des Aktors in Richtung der Magnetspule gezogen wird.
Bei der Verwendung eines magnetisierbaren Materials als bewegliches Aktorelement beruht die Anziehung auf der Reluktanzkraft, welche auf der Änderung des magnetischen Widerstands beruht. Die resultierende Kraft ist hierbei proportional zum Quadrat des Stroms, welcher durch die Magnetspule fließt und das Magnetfeld erzeugt. Die Kraftwirkung auf das bewegliche Aktorelement ist somit unabhängig vom Vorzeichen des Stroms durch die Magnetspule, was eine derartige Ausführung des elektromechanischen Aktors auch für eine direkte Ansteuerung mit einem Wechselsignal (AC) verwendbar macht. Alternativ kann die Verwendung eines permanentmagnetischen Materials für das bewegliche Aktorelement vorgesehen sein, was bei der Verwendung einer elektrischen Versorgungsspannung in Form einer AC-Spannung eine zusätzliche Gleichrichtung zur elektrischen Ansteuerung der Magnetspule erfordert. Erfindungsgemäß wird das Verfahren weitergebildet durch Erzeugen des pulsförmigen Koppelsignals in Abhängigkeit von der vorgegebenen Spannungsform und/oder in Abhängigkeit von der bereitgestellten Koppelvorrichtung zur Erzielung eines zeitlichen Verlaufs der Aufdrückkraft, welcher eine ansteigende Hüllkurve aufweist. Unter Hüllkurve wird hierbei ein Kurvenzug verstanden, welcher den Graphen des zeitlichen Verlaufs der Aufdrückkraft jeweils nahe eines lokalen Minimums berührt. Im einfachsten Fall ist die Hüllkurve eine Folge von Geradenstücken. Vereinfachend kann die Hüllkurve auch dadurch ermittelt werden, dass die jeweiligen lokalen Maxima durch die Geradenstücke verbunden werden. In diesem Fall kann es vorkommen, dass die Hüllkurve den Graphen des zeitlichen Verlaufs der Aufdrückkraft in der Nähe der lokalen Maxima nicht berührt, sondern schneidet, wobei die Abweichung zu einer„idealen Hüllkurve" vernachlässigbar klein ist. Vereinfachend lässt sich somit die Hüllkurve durch einen interpolierten, insbesondere linear interpolierten, Verlauf der lokalen Maxima mit positivem Vorzeichen des Graphen des zeitlichen Verlaufs der Aufdrückkraft beschreiben. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit üblicherweise für den Einsatz in derartigen Türöffnungsvorrichtungen verwendeten Ansteuerungen auf der Basis einer elektrischen Wechselspannung, welche eine sehr einfache Implementierung eines Ansteuerschaltkreises auf der Basis eines Triac oder eines Relais erlauben, Einschränkungen hinsichtlich der einstellbaren zeitlichen Charakteristik der Aufdrückkraft unterliegen.
Eine aktuelle Implementierung einer Türöffnungsvorrichtung verwendet einen extra Stift, um die Tür aus ihrer geschlossenen Position zu drücken/stoßen. Dieser Stift wird geführt durch die Ansteuerung einer Magnetspule. Der Stift und die Magnetspule benötigen dabei eine bestimmte Kraft, um die Haltekraft einer Türschließeinrichtung zu überwinden. Gleichwohl muss bei der Verwendung einer AC-An Steuerung für die Magnetspule die Energie, welche zum Öffnen der Tür benötigt wird, innerhalb der Zeit einer halben Periode (bei 50 Hertz 10 Millisekunden) verfügbar gemacht werden. Dies bedeutet, dass genug Energie innerhalb von ungefähr 10 Millisekunden verfügbar sein muss. Danach steigt die Energie in der Magnetspule nicht weiter an.
Diese kurze Zeit führt zu einigen Nachteilen. Die Betriebsdauer eines Stoßes weißt eine größere Abhängigkeit von der Frequenz auf. Im Falle einer längeren Betriebsdauer, während der die Magnetspule aktiviert ist, können Vibrationen auftreten aufgrund der Nulldurchgänge, in denen der Strom durch die Magnetspule zu Null wird. Die Tür, das Haushaltsgerät und der Türhaltemechanismus sind mechanische Teile, welche zusammengebaut sind. Daher kann der Fall eintreten, dass sie die Einwirkung eines schnellen Stoßes der Türöffnungsvorrichtung absorbieren, indem sie ein mechanisches Filter für einen maximal 10 Millisekunden dauernden Stoß bilden. Des Weiteren ist ein großer Strompuls für die Ansteuerung des Aktors erforderlich. Weiterhin können Spannungsschwankungen zu unterschiedlichen Stoßkräften führen, aufgrund der unterschiedlichen Energie, welche innerhalb der 10 Millisekunden an die Magnetspule bereitgestellt wird. Eine Feinanpassung für Spannungen zwischen 170 Volt und 260 Volt ist damit nicht realisierbar. Um sicherzustellen, dass die Tür in jedem Fall öffnet, auch bei einer geringen Spannung in Höhe von 170 Volt AC, ist im Gegenzug ein überdimensionierter Stoß bei 260 Volt AC zu erwarten.
Indem die Ansteuerung des Aktors so vorgenommen wird, dass der zeitliche Verlauf der Aufdrückkraft eine ansteigende Hüllkurve aufweist, kann eine höhere Sicherheit und ein verbesserter Komfort der Türöffnungsvorrichtung erzielt werden. Insbesondere kann damit verhindert werden, dass die Tür einem Benutzer heftig entgegengestoßen wird und diesen verletzt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Bereitstellen der Koppelvorrichtung und das Erzeugen des pulsförmigen Koppelsignals derart ausgeführt, dass der zeitliche Verlauf der Aufdrückkraft während einer aktiven Pulsphase des Koppelsignals eine Folge von zumindest zwei lokalen Maxima aufweist, welche jeweils auf oder nahe der ansteigenden Hüllkurve liegen, wobei ein auf ein erstes lokales Maximum der zumindest zwei lokalen Maxima zeitlich später folgendes zweites lokales Maximum der zumindest zwei lokalen Maxima einen höheren Wert aufweist als das erste lokale Maximum. Auf diese Weise kann sukzessive die Maximalkraft, welche auf die Tür ausgeübt wird, erhöht werden. Besonders bevorzugt wird das Bereitstellen der Koppelvorrichtung und das Erzeugen des pulsförmigen Koppelsignals derart ausgeführt, dass die Folge der zumindest zwei lokalen Maxima ein auf das zweite lokale Maximum zeitlich später folgendes drittes lokales Maximum aufweist, welches einen höheren Wert aufweist als das zweite lokale Maximum. Hierdurch kann die gestufte Ausübung der Öffnungskraft auf die Tür weiter verfeinert werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die elektrische Versorgungsspannung durch eine Gleichspannungsquelle bereitgestellt. Hierdurch ergibt sich eine größere Flexibilität in der Art der Ansteuerung des elektromechanischen Aktors, insbesondere entfallen die Einwirkungen durch die bei Verwendung einer Wechselspannung prinzipbedingt vorhandenen Nulldurchgänge.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die elektrische Versorgungsspannung durch eine Wechselspannungsquelle bereitgestellt wird. Vorzugsweise wird in diesem Fall ein Gleichrichter zwischen die Versorgungsspannung und den elektromechanischen Aktor geschaltet. Die Verwendung eines Gleichrichters bei Speisung aus einer Wechselspannungsquelle ermöglicht somit auch die Verwendung eines permanentmagnetischen Materials als bewegliches Aktorelement. Überdies kann hinter dem Gleichrichter, das heißt auf der gleichgerichteten Seite, an welche der Aktor angeschlossen wird, ein elektrisches Filterelement vorgesehen werden, welches eine Reduktion der durch die Nulldurchgänge der Wechselspannung verursachten Einbrüche in dem zeitlichen Verlauf der Aufdrückkraft reduziert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Koppelsignal während des Öffnungsvorgangs mit einer Folge von mehreren zeitlich zueinander beabstandeten Einzelpulsen erzeugt. Hierdurch kann der Verlauf der Aufdrückkraft, welcher eine ansteigende Hüllkurve aufweist, gemäß den Anforderungen hinsichtlich eines sicheren und komfortablen Öffnungsvorgangs der Tür optimiert werden.
Alternativ kann das Koppelsignal während des Öffnungsvorgangs mit einem einzigen Einzelimpuls erzeugt werden. Die Form des zeitlichen Verlaufs der Aufdrückkraft und der ansteigenden Hüllkurve wird hierbei durch das elektrische Koppelelement selbst bestimmt. Durch die Auswahl eines entsprechenden, geeigneten elektrischen Koppelelements, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellt wird, kann somit der gewünschte zeitliche Verlauf der Aufdrückkraft erzielt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Koppelsignal in Abhängigkeit von einem ersten Signal, welches einen Öffnungszustand der Tür signalisiert, und/oder in Abhängigkeit von einem zweiten Signal, welches einen Verneglungszustand der Tür signalisiert, erzeugt. Die Türöffnungsvorrichtung wird damit in die Lage versetzt, die Tür sanft zu öffnen und dabei gleichzeitig zu überprüfen, ob die Tür bereits geöffnet ist. Für den Fall, dass die Tür bereits geöffnet ist, würde die Türöffnungsvorrichtung die Ansteuerung des Aktors unterbrechen, um einen zusätzlichen Stoß auf die Tür, welcher möglicherweise einen Benutzer des Haushaltsgeräts treffen könnte, zu vermeiden. Überdies können Haushaltsgeräte mit einem Türverschlusssystem ausgestattet sein, welches außerdem eine Verriegelung der Tür bereitstellt, was insbesondere bei einer Waschmaschine in Form eines Frontladers mit einer frontseitig angebrachten Beladungsöffnung von erheblicher Bedeutung ist. Denn hierbei kann ein Wasserschaden verursacht werden, wenn die Tür geöffnet wird, während in der Trommel ein kritischer Wasserstand überschritten ist. In dem Fall einer Türverriegelung wird zweckmäßigerweise auch der Türöffnungsmechanismus blockiert, um eine Beschädigung von Komponenten des Haushaltsgeräts, insbesondere der Verriegelungsvorrichtung oder der Türöffnungsvorrichtung, zu verhindern. Die Erfindung geht des Weiteren aus von einer Türöffnungsvorrichtung in einem eine Tür umfassenden Haushaltsgerät, wobei die Türöffnungsvorrichtung einen elektrischen Versorgungsanschluss und einen elektrischen Bezugsanschluss umfasst, zwischen denen eine elektrische Versorgungsspannung, welche eine in einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Haushaltsgeräts vorgegebene Spannungsform aufweist, bereitstellbar ist. Des Weiteren umfasst die Türöffnungsvorrichtung einen elektromechanischen Aktor zum Erzeugen einer Aufdrückkraft zur Einwirkung auf die Tür in Abhängigkeit von einer elektrischen Ansteuerung des Aktors, der zwei Aktoranschlüsse zur elektrischen Ansteuerung umfasst, und eine elektrische Koppelvorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, zur elektrischen Ansteuerung des Aktors in Abhängigkeit von einem pulsförmigen Koppelsignal einen ersten der zwei Aktoranschlüsse an den Versorgungsanschluss und/oder einen zweiten der zwei Aktoranschlüsse an den Bezugsanschluss zu koppeln. Das pulsförmige Koppelsignal ist insbesondere ein binäres Signal, welches zwei Zustände annehmen kann, nämlich gekoppelt (Ein) und nicht gekoppelt (Aus).
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Türöffnungsvorrichtung weist die elektrische Koppelvorrichtung ein elektrisch in Serie zu dem Aktor geschaltetes Widerstandselement mit einem variablen elektrischen Widerstand auf. Insbesondere handelt es sich bei dem variablen elektrischen Widerstand um einen temperaturabhängigen Widerstand, vorzugsweise einen Heißleiter (NTC), dessen Widerstandswert einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. Ein derartiges Widerstandselement ist sowohl mit einer elektrischen Versorgungsspannung in Form einer Gleichspannung als auch einer elektrischen Versorgungsspannung in Form einer Wechselspannung verwendbar. Ausgehend von einem Ruhezustand der Türöffnungsvorrichtung, bei dem sich das Widerstandselement auf Umgebungstemperatur befindet und einen hohen Widerstandswert aufweist, führt ein Stromfluss durch das Widerstandselement zu einer Eigenerwärmung des Widerstandselements und damit zu einer Abnahme des elektrischen Widerstandswerts. Dies führt zu einem Anstieg des Stroms durch den Aktor, beispielsweise durch eine Magnetspule des Aktors, welche zwischen die zwei Aktoranschlüsse geschaltet ist, wobei im Fall eines Betriebs mit einer Wechselspannung als Versorgungsspannung korrekterweise anstelle eines Anstiegs des Stroms ein Anstieg der Amplitude des Stroms genannt werden sollte, um Missverständnisse hinsichtlich eines durch die Spannungskurvenform bedingten Rückgangs des Stromzeitwerts zu vermeiden. Somit lässt sich durch eine passende Auswahl des Widerstandselements mit auf die Magnetspule des Aktors angepassten Parametern unter Berücksichtigung der als elektrische Versorgungsspannung vorgesehenen Betriebsspannung ein zeitlicher Verlauf der Aufdrückkraft erzielen, welcher eine ansteigende Hüllkurve aufweist, sobald das Koppelsignal die elektrische Koppelvorrichtung in einen Koppel-Zustand (Ein) steuert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Türöffnungsvorrichtung weist die elektrische Koppelvorrichtung ein erstes elektronisches Schaltelement auf, welches elektrisch in Serie zu dem Aktor geschaltet ist. Für den Fall einer Gleichspannung (DC) als elektrische Versorgungsspannung ist das elektronische Schaltelement bevorzugt als Transistor ausgebildet, insbesondere als Bipolartransistor oder Feldeffekttransistor, besonders bevorzugt als Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate (MOSFET beziehungsweise IGFET). Im Falle einer Wechselspannung (AC) als Versorgungsspannung ist das erste elektronische Schaltelement bevorzugt als Zweirichtungs-Thyristortriode (Triac) oder als Relais, insbesondere als Halbleiter-Relais ausgebildet sein. Hierbei kann bevorzugt eine galvanisch getrennte Ansteuerung über eine optische Verbindung, beispielsweise über einen Lichtleiter, erfolgen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Türöffnungsvorrichtung weist die elektrische Koppelvorrichtung ein zweites elektronisches Schaltelement auf, welches elektrisch in Serie zu dem ersten elektronischen Schaltelement geschaltet ist. Somit sind der Aktor, welcher elektrisch durch eine zwischen den zwei Aktoranschlüssen angeschlossene Magnetspule repräsentiert sein kann, sowie das erste elektronische Schaltelement und das zweite elektronische Schaltelement zueinander elektrisch in Serie verschaltet. Mittels des zweiten elektronischen Schaltelements kann ein Sicherheitsschaltkreis implementiert werden, welcher dazu ausgelegt ist, bei einer fehlerhaften Ansteuerung des ersten elektronischen Schaltelements durch das pulsförmige Koppelsignal eine Unterbrechung der elektrischen Ansteuerung des Aktors zu bewirken. Beispielsweise kann die Signalerzeugungseinheit durch eine programmgesteuerte Recheneinheit, insbesondere durch einen Mikrocontroller/Mikroprozessor realisiert sein, welcher das Koppelsignal an das erste elektronische Schaltelement bereitstellt. Das zweite elektronische Schaltelement kann in diesem Fall bevorzugt von einem unabhängigen analogen Schaltkreis angesteuert werden, welcher damit die Funktion einer elektronischen Sicherung übernimmt. Dadurch kann beispielsweise auch bei einem Programmabsturz der programmgesteuerten Recheneinheit eine Überlastung des Aktors verhindert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Türöffnungsvorrichtung ist die Signalerzeugungseinheit dazu ausgelegt, das Koppelsignal in Abhängigkeit von einem elektrischen Strom durch den Aktor zu erzeugen. Dadurch kann der Strom durch den Aktor so geregelt werden, dass sich ein gewünschter zeitlicher Verlauf entsprechend einem vorgegebenen Sollwertprofil der Aufdrückkraft ergibt. Insbesondere können damit durch Spannungsschwankungen hervorgerufene Einflüsse kompensiert werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Türöffnungsvorrichtung ist die Signalerzeugungseinheit dazu ausgelegt, das Koppelsignal als Pulsweitenmodulationssignal zu erzeugen. Das heißt das Erzeugen des Koppelsignals erfolgt mit einer konstanten, vorgebbaren Pulsperiode, nämlich dem Kehrwert einer Pulsweitenmodulationsfrequenz (PWM-Frequenz), wobei eine variable Pulsweite eingestellt wird. Das Verhältnis der Pulsweite zu der Pulsperiode wird hierbei durch den sogenannten Tastgrad (englisch duty cycle) bestimmt. Alternativ dazu kann eine Pulsfolgesteuerung vorgesehen sein, bei der eine konstante, vorgebbare Einschaltzeit eingestellt wird, und der Tastgrad durch eine Steuerung der jeweiligen Ausschaltzeit realisiert wird. Ebenso kann eine konstante Ausschaltzeit vorgesehen sein und in entsprechender Weise die Einschaltzeit variiert werden.
Bevorzugt kann der Tastgrad für jeden Taktzyklus gemäß einer sogenannten Cycle-by- Cycle-Steuerung realisiert werden. Ebenso kann vorgesehen sein, das Koppelsignal basierend auf einem Zweipunktreglerverfahren zu erzeugen, indem das Koppelsignal eingeschaltet wird, wenn der Strom durch den Aktor unter einen vorgebbaren Mindestwert gefallen ist und das Koppelsignal ausgeschaltet wird, wenn der Strom durch den Aktor einen vorgebbaren Maximalwert überschreitet. Der jeweils gültige Minimalwert und/oder der jeweils gültige Maximalwert können hierbei zeitabhängig sein. Auf diese Weise lässt sich ein besonders einfaches Regelungsverfahren implementieren.
Bevorzugt kann ein Haushaltsgerät, insbesondere zur Pflege von Wäschestücken, eine erfindungsgemäße Türöffnungsvorrichtung sowie eine Tür aufweisen, die durch die Türöffnungsvorrichtung aus einer Schließposition herausdrückbar ist, wodurch sich ein erfindungsgemäßes Haushaltsgerät ergibt. Die Tür des Haushaltsgeräts kann dabei durch die Türöffnungsvorrichtung mit einer besseren zeitlichen Steuerbarkeit sowie einem sanften Anstiegsverhalten aufgestoßen werden. Dabei ist auch eine verbesserte Kompensation einer möglichen Schwankung der Eingangsspannung, welche als Versorgungsspannung des Haushaltsgeräts verwendet wird, möglich. Zusätzlich kann die Verwendung einer Rückmeldung vorgesehen sein, die dazu genutzt wird, einen viel stärkeren Stoß auf die Tür zu vermeiden, wenn die Tür bereits geöffnet ist. Gleichwohl tritt ein solcher zusätzlicher Stoß überhaupt nicht auf, wenn der Anstieg langsam genug erfolgt. Darüber hinaus kann ein Absorptionseffekt, welcher durch die mechanischen Teile des Haushaltsgeräts erzeugt wird, überwunden werden. Längere Pulse, beispielsweise bei der Verwendung eines ganzen Pulszuges, bedeuten auch weniger Geräuschentwicklung der Türöffnungsvorrichtung. Insbesondere bei der Verwendung einer Gleichspannung als interne Versorgungsspannung der Türöffnungsvorrichtung kann somit die Unabhängigkeit von der Netzfrequenz und Netzspannung eines speisenden Netzes, an dem das Haushaltsgerät betrieben wird, erreicht werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die 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 verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder abweichen.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Berücksichtigung der beigefügten Figuren. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
Es zeigen:
Fig. 1 in vereinfachter schematischer Frontansicht ein Haushaltsgerät gemäß der Erfindung;
Fig. 2 in vereinfachter schematischer Darstellung eine zum Betrieb einer Türöffnungsvorrichtung, wie sie in dem Haushaltsgerät gemäß Fig. 1 angeordnet ist, verwendete Schaltungsanordnung;
Fig. 3 in vereinfachter schematischer Darstellung eine Modifikation der in der Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Türöffnungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten ersten Ausführungsform; und
Fig. 4 in vereinfachter schematischer Darstellung eine bevorzugte zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Türöffnungsvorrichtung. Ein Haushaltsgerät 1 zur Pflege von Wäschestücken ist in der Fig. 1 dargestellt. Dabei kann es sich um eine Waschmaschine, einen Wäschetrockner oder um ein Kombigerät aus Waschmaschine und Wäschetrockner handeln. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich um einen sogenannten Frontlader, welcher eine nach vorne öffnende Tür 2 aufweist, welche zum Verschließen einer beispielsweise kreisrunden Beladungsöffnung 3 dient. Das Haushaltsgerät 1 umfasst ein Gehäuse 4, in dem eine Trommel 5 zur Aufnahme von Wäschestücken angeordnet ist. Die Beladungsöffnung 3 ist eine frontseitige Öffnung der Trommel 5. Das Haushaltsgerät 1 umfasst darüber hinaus eine in Ausgestaltung und Position nur beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehenden Bedienvorrichtung 6, die zumindest ein Bedienelement 7 und eine Anzeigeeinheit 8 aufweist. Darüber hinaus ist eine schubladenartige Einspülschale 9 gezeigt.
Die schwenkbar angeordnete und insbesondere bullaugenartig ausgebildete Tür 2 steht in mechanischem Kontakt mit einer innerhalb des Haushaltsgeräts 1 angeordneten Türöffnungsvorrichtung 10. Im Ausführungsbeispiel ist diese Türöffnungsvorrichtung 10 so angeordnet, dass sie auf die Innenseite eines Randstücks der Tür 2 wirken kann. Dieses Randstück liegt einem weiteren Randstück der Tür 2 gegenüber, an dem die Tür 2 mittels eines in der Fig. 1 nicht dargestellten Scharniers schwenkbar an dem Haushaltsgerät 1 gelagert ist. Die Türöffnungsvorrichtung 10 umfasst einen elektromechanischen Aktor 1 1 , welcher eine Magnetspule sowie ein im Wirkungsbereich eines durch die Magnetspule erzeugbaren Magnetfelds beweglich gelagerten Aktorelements aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material aufweist, vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material. Die Türöffnungsvorrichtung 10 umfasst ferner eine Signalerzeugungseinheit 12, welche dazu ausgelegt ist, ein pulsförmiges Koppelsignal an eine elektrische Koppelvorrichtung 13 bereitzustellen, welche die elektrische Ansteuerung des elektromechanischen Aktors 1 1 bewirkt.
Das Öffnen der Tür 2 mittels der Türöffnungsvorrichtung 10 kann selbsttätig am Ende eines Wasch- beziehungsweise Trockenvorgangs erfolgen, wenn ein entsprechend eingestelltes Programm zur Behandlung von Wäschestücken abgelaufen ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Tür 2 des Haushaltsgeräts 1 durch die Türöffnungsvorrichtung 10 geöffnet wird, wenn ein Benutzer des Haushaltsgeräts 1 eine entsprechende Bedienhandlung über die Bedienvorrichtung, beispielsweise über einen Knopfdruck an der Bedienvorrichtung 6 oder eine Eingabe mittels eines Eingabeelements auf einem Touchscreen, beispielsweise der Anzeigeeinheit 8, vornimmt.
Fig. 2 zeigt den elektrischen Teil einer Türöffnungsvorrichtung 10, welcher in einem Haushaltsgerät 1 gemäß der Darstellung in der Fig. 1 einsetzbar ist. Die Türöffnungsvorrichtung 10 umfasst einen Versorgungsanschluss 16 sowie einen Bezugsanschluss 17. Der Bezugsanschluss 17 kann mit einem Neutralleiteranschluss (N) eines speisenden Wechselspannungsnetzes- beziehungsweise Drehstromnetzes elektrisch verbunden sein. Der Versorgungsanschluss 16 kann mit einem Außenleiteranschluss (L) des speisenden Wechselspannungs- beziehungsweise Drehstromnetzes elektrisch verbunden sein. Eine derartige Anordnung kann mit einer Spannung von 230 Volt und einer Frequenz von 50 Hertz gespeist sein. Ein erster Aktoranschluss 14 von zwei Aktoranschlüssen 14, 15 ist elektrisch leitend mit dem Versorgungsanschluss 16 verbunden. Ein zweiter Aktoranschluss 15 der zwei Aktoranschlüsse 14, 15 ist über eine elektrische Koppelvorrichtung 13 in Form eines ersten Schaltelements 21 , welches als Mehrweg-Thyristortriode (Triac) ausgebildet ist, mit dem Bezugsanschluss 17 elektrisch gekoppelt.
Zwischen dem Versorgungsanschluss 16 und dem Bezugsanschluss 17 liegt eine Versorgungsspannung 18 an, welche einen sinusförmigen Verlauf aufweist. Insbesondere handelt es sich dabei um eine Spannung in Höhe von 230 Volt mit einer Netzfrequenz von 50 Hertz. Mittels eines pulsförmigen Koppelsignals 19 erfolgt eine elektrische Ansteuerung des Aktors 1 1 , welcher in der Darstellung der Fig. 2 durch seine Magnetspule repräsentiert ist. Der Strom durch den magnetischen Aktor ist schematisch als Aktorstrom 20 dargestellt. Der Aktorstrom 20 weist sowohl positive als auch negative Halbwellen auf, deren Amplitude jeweils gleich ist. Bei der Verwendung eines Aktorelements in Form eines ferromagnetischen Elements, dessen Anziehungskraft auf der Reluktanzkraft basiert, ergibt sich eine Anziehungskraft, welche zum Quadrat des Aktorstroms 20 proportional ist. Aus diesem Grund ergibt sich ein vorzeichenloser Verlauf der von dem Aktorelement mittels eines Stößels auf die Tür 2 übertragenen Aufdrückkraft unabhängig von einer momentanen Fließrichtung des Aktorstroms 20. Bezogen auf die Darstellungen in der Fig. 2 ergeben sich damit für den Verlauf der Aufdrückkraft nur aufeinanderfolgende positive Halbwellen. Die elektrische Ansteuerung der Magnetspule des Aktors 1 1 mit einem Wechselstrom (AC), welche in der Fig. beispielhaft zur Veranschaulichung mit drei Halbperioden dargestellt ist, muss somit die zum Öffnen benötigte Kraft bereits innerhalb der ersten halben Periode, das heißt bei einer Netzfrequenz von 50 Hertz innerhalb von 10 Millisekunden, bereitstellen. Mit anderen Worten wird innerhalb einer Halbperiode, das heißt innerhalb von 10 Millisekunden, die gesamte Energie (W), welche sich aus der halben Induktivität (L) der Spule, welche ihrerseits von der Position des beweglichen Aktorelements in Bezug auf die Magnetspule des Aktors 1 1 abhängt, mal dem Quadrat des Stroms (I) durch den Aktor 1 1 ergibt (W = 1 - L- l2). Danach steigt die Energie in der Magnetspule nicht weiter an, sodass sich hieraus auch kein weiterer Kraftanstieg für die Ausdrückkraft erzielen lässt.
Diese kurze Zeit hat mehrere Nachteile. Zum einen hängt die wirksame Pulsdauer von der Frequenz ab. Wenn die Magnetspule für eine längere Zeit aktiviert bleibt, kann es zu Vibrationen kommen aufgrund der Nulldurchgänge des Aktorstroms 20 bei einer Phasenlage von 0 Grad und 180 Grad. Die Tür 2, das Haushaltsgerät 1 und ein Türhaltemechanismus sind mechanische Teile, die miteinander verbunden sind. Unter Umständen können sie die Wirkung eines schnellen durch die der Türöffnungsvorrichtung 10 ausgeführten Stoßes mit einer Dauer im Bereich kleiner gleich 10 Millisekunden größtenteils absorbieren, da sie als ein mechanisches Filter wirken. Daher wird ein großer Puls benötigt. Weiterhin können Spannungsschwankungen zu unterschiedlichen Aufdrückkräften führen, da hierbei eine unterschiedliche Energie an die Magnetspule innerhalb der 10 Millisekunden bereitgestellt wird, eine Feineinstellung für Spannungen zwischen 170 Volt und 260 Volt ist daher nicht möglich. Um sicherzustellen, dass die Tür 2 jederzeit auch bei 170 Volt AC öffnet, muss daher ein stärkerer Stoß bei 260 Volt AC zugelassen werden. Die Pulsweite der Ansteuerung des pulsförmigen Koppelsignals 19, welches zur Ansteuerung des ersten Schaltelements 21 in Form des Triacs verwendet wird, ist in der Fig. 2 lediglich stellvertretend und nicht einschränkend zu verstehen. Zur Erzielung eines zeitlichen Verlaufs der Aufdrückkraft, welche eine ansteigende Hüllkurve aufweist, ist gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in der Fig. 3 dargestellt ist, in den elektrischen Teil der Türöffnungsvorrichtung 10 des Weiteren ein elektrisch in Serie zu dem Aktor 1 1 geschaltetes Widerstandselement 22 in Form eines Heißleiters, welcher einen temperaturabhängigen Widerstandswert mit einem negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, ergänzt. Das Widerstandselement 22 ist somit zwischen den ersten Aktoranschluss 14 und den Versorgungsanschluss 16 geschaltet und tritt an die Stelle der direkten elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Aktoranschluss 14 und dem Versorgungsanschluss 16 gemäß der Darstellung der Fig. 2.
Prinzipiell kann auch bei einer Türöffnungsvorrichtung 10 gemäß der Darstellung der Fig. 3 bei einer längeren Aktivierungsdauer des Aktors eine Vibration in Abhängigkeit der Systemfrequenz und der mechanischen Charakteristik auftreten. Eine derartige Schwingungsneigung kann reduziert werden, indem die Magnetspule des Aktors 1 1 über einen Vollweggleichrichter (Brückengleichrichter) angekoppelt wird. In diesem Fall ist es auch möglich, ein Glättungselement, beispielsweise einen Kondensator, hinter dem Gleichrichter zu integrieren, um damit eine Filterung von netzfrequenten Anteilen aus dem Anregungssignal zu erzielen.
Ein NTC benötigt einige Zeit, um wieder abzukühlen, was dazu führt, dass das System nicht so effizient arbeitet für den Fall, dass die Tür 2 zweimal innerhalb einer kurzen Zeit geöffnet werden soll. Eine nachfolgend dargestellte zweite Ausführungsform stellt in diesem Fall einen effektiveren Weg bereit, um die Türöffnungsvorrichtung 12 mittels einer gleichspannungsgespeisten Schaltungsanordnung anzusteuern.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung entsprechend der Darstellung in der Fig. 4 ist an dem Versorgungsanschluss 16 und dem Bezugsanschluss 17 eine Gleichspannung als Versorgungsspannung 18 angeschlossen. Die Versorgungsspannung 18 kann hier bevorzugt 175 Volt DC bis 400 Volt DC betragen. Diese Werte sind nicht einschränkend zu verstehen, vielmehr kann ein beliebiger Spannungspegel, insbesondere auch kleiner 175 Volt DC, vorgesehen sein. Die Koppelvorrichtung 13, welche in bekannter Weise in Serie zu dem elektromechanischen Aktor 1 1 gekoppelt ist, weist in dem dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ein erstes Schaltelement 21 sowie ein zweites Schaltelement 24 auf, welche zueinander in Serie geschaltet sind. Das erste Schaltelement 21 und/oder das zweite Schaltelement 24 können als Bipolartransistoren realisiert sein. Parallel zu der Magnetspule des Aktors 1 1 ist an den ersten Aktoranschluss 14 und den zweiten Aktoranschluss 15 eine Freilaufdiode 23 gekoppelt. Die Freilaufdiode 23 dient der Verhinderung von Überspannungsspitzen, welche ansonsten bei einem Abschalten des ersten Schaltelements 21 und/oder des zweiten Schaltelements 24 auftreten können. Das erste Schaltelement 21 , welches vorliegend als Bipolartransistor ausgeführt ist, erhält an seinem Basisanschluss das pulsförmige Koppelsignal 19 zugeführt. In der zweiten Ausführungsform ist das pulsförmige Koppelsignal 19 als Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) ausgebildet. Dabei weist das Koppelsignal 19 in einem nachfolgenden Taktzyklus jeweils eine höhere Pulsbreite als in dem vorhergehenden Taktzyklus auf. Daraus resultiert ein Aktorstrom 20, welcher eine ansteigende Hüllkurve aufweist. Aus dem funktionalen Zusammenhang, gemäß dem die Aufdrückkraft mit dem Aktorstrom 20 korreliert ist, beispielsweise wie voranstehend gezeigt eine Proportionalität zum Quadrat des Aktorstroms 20, ergibt sich auch für den zeitlichen Verlauf der Aufdrückkraft eine ansteigende Hüllkurve.
Das zweite Schaltelement 24 repräsentiert einen Sicherheitsschaltkreis (PEC). Die Art der Implementierung dieses zweiten Schaltelements 24 ist für die Erfindung nicht von Bedeutung.
Der Zusammenhang zwischen dem Aktorstrom 20 und dem daraus erzeugten zeitlichen Verlauf der Aufdrückkraft kann in Abhängigkeit von der verwendeten Art des elektromechanischen Aktors 1 1 eine stark unterschiedliche Charakteristik aufweisen. Die Verwendung eines pulsförmigen Koppelsignals 19 als Kurvenzug bestehend aus mehreren Einzelpulsen erlaubt somit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine freie Einstellbarkeit des Kurvenverlaufs des Aktorstroms 20 entsprechend den Anforderungen an einen einzustellenden Verlauf der Aufdrückkraft. Dadurch kann das dynamische Verhalten des Öffnungsvorgangs unter dem Aspekt eines sicheren und komfortablen Ablaufs optimiert werden.
Die dargestellte Schaltungsanordnung hat einige Vorteile in dem Türöffnungsprozess. Eine Pulsfolge mit ansteigender Pulsbreite kann an die Koppelvorrichtung 13 bereitgestellt werden, beispielsweise mit einem kontinuierlichen Anstieg von 0 Prozent bis 100 Prozent Tastgrad (englisch: duty cycle). Unterschiedliche Anstiegskurven können abhängig von der Schaltungsanordnung und den mechanischen Eigenschaften des Aktors 1 1 erzeugt werden, beispielsweise mit einem geringfügigen Überschwingen gegen Ende des Türöffnungsvorgangs. Ebenso kann der Anstieg des Tastgrads an die Höhe der verfügbaren Gleichspannung angepasst sein, welche beispielsweise zur elektrischen Versorgung weiterer Komponenten des Haushaltsgeräts 1 wie einem Antriebsmotor oder einer Heizvorrichtung aus dem speisenden Wechselspannungsnetz beziehungsweise Drehstromnetz gewonnen wird. Eine bessere Kompensation von möglichen Eingangsspannungsschwankungen ist ebenfalls möglich.
Ein langsames Anstiegsverhalten dient der Reduzierung des Eindrucks eines abrupten Türstoßes und ebenso einer Reduktion der Geräuschentwicklung. Falls der Anstieg langsam genug erfolgt, tritt dieser zusätzliche Stoß nicht auf.
Wenn der Anstieg so langsam ausgeführt wird, dass zusätzlich ein Türöffnungssignal (Feedbacksignal) erkannt werden kann, kann die Türöffnungsvorrichtung unverzüglich deaktiviert werden, um einen viel stärkeren zusätzlichen Stoß auf die dann von dem Türhaltemechanismus bereits schon freigegebene Tür zu vermeiden.
Während die erste Ausführungsform der Erfindung mit sehr einfachen Mitteln realisiert werden kann, bietet die zweite Ausführungsform einen deutlich höheren Grad an Flexibilität und erlaubt insbesondere auch eine Unabhängigkeit von der Netzfrequenz und der Netzeingangsspannung.
Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend. Insbesondere die konkrete Ausgestaltung der schaltungstechnischen Mittel, mit deren Hilfe die Erfindung implementiert wird, kann beliebig gestaltet sein, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
Somit wurde voranstehend gezeigt, wie eine Türöffnungsvorrichtung 10, insbesondere eine mittels Gleichspannung angesteuerte Türöffnungsvorrichtung 10 wie in der zweiten Ausführungsform dargestellt, zur Verbesserung der Sicherheit und des Komforts bei einem durch das Haushaltsgerät ausgeführten Türöffnungsvorgang ausgestaltet sein kann. Neben einer DC-basierten Aktivierung der Türöffnungsvorrichtung 10 wurde des Weiteren auch eine verbesserte AC-basierte Aktivierung der Türöffnungsvorrichtung 10 vorgeschlagen. Bezugszeichenliste
1 Haushaltsgerät
2 Tür
3 Beladungsöffnung
4 Gehäuse
5 Trommel
6 Bedienvorrichtung
7 Bedienelement
8 Anzeigeeinheit
9 Einspülschale
10 Türöffnungsvorrichtung
1 1 elektromechanischer Aktor
12 Signalerzeugungseinheit
13 elektrische Koppelvorrichtung
14 erster Aktoranschluss
15 zweiter Aktoranschluss
16 Versorgungsanschluss
17 Bezugsanschluss
18 Versorgungsspannung
19 pulsförmiges Koppelsignal
20 Aktorstrom
21 erstes Schaltelement
22 Widerstandselement, variabel
23 Freilaufdiode
24 zweites Schaltelement

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zur Ansteuerung einer einen elektromechanischen Aktor (1 1 ) umfassenden Türöffnungsvorrichtung (10) eines eine Tür (2) umfassenden Haushaltsgeräts (1 ) während eines Öffnungsvorgangs, wobei der Aktor (1 1 ) zwei Aktoranschlüsse (14, 15) zur elektrischen Ansteuerung umfasst, durch:
- Bereitstellen einer elektrischen Versorgungsspannung (18) zwischen einem elektrischen Versorgungsanschluss (16) und einem elektrischen Bezugsanschluss (17) der Türöffnungsvorrichtung (10), welche eine in einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Haushaltsgeräts (1 ) vorgegebene Spannungsform aufweist,
- Bereitstellen einer elektrischen Koppelvorrichtung (13) zum bedarfsweise Koppeln eines ersten der zwei Aktoranschlüsse (14,15) an den Versorgungsanschluss (16) und/oder eines zweiten der zwei Aktoranschlüsse (14, 15) an den Bezugsanschluss (17),
- Koppeln der Versorgungsspannung (18) und der zwei Aktoranschlüsse (14 ,15) mittels der Koppelvorrichtung (13) in Abhängigkeit von einem pulsformigen Koppelsignal (19) zur elektrischen Ansteuerung des Aktors (1 1 ), und
- Erzeugen einer Aufdrückkraft zur Einwirkung auf die Tür (2) in Abhängigkeit von der elektrischen Ansteuerung des Aktors (1 1 ),
gekennzeichnet durch:
- Erzeugen des pulsformigen Koppelsignals (19) in Abhängigkeit von der vorgegebenen Spannungsform und/oder in Abhängigkeit von der bereitgestellten Koppelvorrichtung (13) zur Erzielung eines zeitlichen Verlaufs der Aufdrückkraft, welcher eine ansteigende Hüllkurve aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Koppelvorrichtung (13) und das Erzeugen des pulsformigen Koppelsignals (19) derart ausgeführt wird, dass der zeitliche Verlauf der Aufdrückkraft während einer aktiven Pulsphase des Koppelsignals (19) eine Folge von zumindest zwei lokalen Maxima aufweist, welche jeweils auf oder nahe der ansteigenden Hüllkurve liegen, wobei ein auf ein erstes lokales Maximum der zumindest zwei lokalen Maxima zeitlich später folgendes zweites lokales Maximum der zumindest zwei lokalen Maxima einen höheren Wert aufweist als das erste lokale Maximum.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Koppelvorrichtung (13) und das Erzeugen des pulsförmigen Koppelsignals (19) derart ausgeführt wird, dass die Folge der zumindest zwei lokalen Maxima ein auf das zweite lokale Maximum zeitlich später folgendes drittes lokales Maximum aufweist, welches einen höheren Wert aufweist als das zweite lokale Maximum.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Versorgungsspannung (18) durch eine Gleichspannungsquelle bereitgestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Versorgungsspannung (18) durch eine Wechselspannungsquelle bereitgestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelsignal (19) während des Öffnungsvorgangs mit einer Folge von mehreren zeitlich zueinander beabstandeten Einzelpulsen erzeugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelsignal (19) während des Öffnungsvorgangs mit einem einzigen Einzelpuls erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelsignal (19) in Abhängigkeit von einem ersten Signal, welches einen Öffnungszustand der Tür (2) signalisiert, und/oder in Abhängigkeit von einem zweiten Signal, welches einen Verriegelungszustand der Tür (2) signalisiert, erzeugt wird.
9. Türöffnungsvorrichtung (10) in einem eine Tür (2) umfassenden Haushaltsgerät (1 ), wobei die Türöffnungsvorrichtung (10) umfasst:
- einen elektrischen Versorgungsanschluss (16) und einen elektrischen Bezugsanschluss (17), zwischen denen eine elektrische Versorgungsspannung (18) , welche eine in einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Haushaltsgeräts (1 ) vorgegebene Spannungsform aufweist, bereitstellbar ist,
- einen elektromechanischen Aktor (1 1 ) zum Erzeugen einer Aufdrückkraft zur Einwirkung auf die Tür (2) in Abhängigkeit von einer elektrischen Ansteuerung des Aktors (1 1 ), der zwei Aktoranschlüsse (14, 15) zur elektrischen Ansteuerung umfasst, und
- eine elektrische Koppelvorrichtung (13), welche dazu ausgelegt ist, zur elektrischen Ansteuerung des Aktors (1 1 ) in Abhängigkeit von einem pulsförmigen Koppelsignal (19) einen ersten der zwei Aktoranschlüsse (14,15) an den Versorgungsanschluss (16) und/oder einen zweiten der zwei Aktoranschlüsse (14, 15) an den Bezugsanschluss (17) zu koppeln,
gekennzeichnet durch:
- eine Signalerzeugungseinheit (12), welche dazu ausgelegt ist, das Koppelsignal
(19) in Abhängigkeit von der vorgegebenen Spannungsform und/oder in Abhängigkeit von der Koppelvorrichtung (13) zu erzeugen zur Erzielung eines zeitlichen Verlaufs der Aufdrückkraft, welcher eine ansteigende Hüllkurve aufweist.
Türöffnungsvorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Koppelvorrichtung (13) ein elektrisch in Serie zu dem Aktor (1 1 ) geschaltetes Widerstandselement (22) mit einem variablen elektrischen Widerstand aufweist.
Türöffnungsvorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Koppelvorrichtung (13) ein erstes elektronisches Schaltelement (21 ) aufweist, welches elektrisch in Serie zu dem Aktor (1 1 ) geschaltet ist.
Türöffnungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Koppelvorrichtung (13) ein zweites elektronisches Schaltelement (24) aufweist, welches elektrisch in Serie zu dem ersten elektronischen Schaltelement (21 ) geschaltet ist.
Türöffnungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerzeugungseinheit (12) dazu ausgelegt ist, das Koppelsignal (19) in Abhängigkeit von einem elektrischen Strom durch den Aktor (1 1 ) zu erzeugen.
Türöffnungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalerzeugungseinheit (12) dazu ausgelegt ist, das Koppelsignal (19) als Pulsweitenmodulationssignal zu erzeugen.
Haushaltsgerät (1 ), insbesondere zur Pflege von Wäschestücken, mit einer Türöffnungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, und mit einer Tür (2), die durch die Türöffnungsvorrichtung (10) aus einer Schließposition herausdrückbar ist.
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