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Die Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät, insbesondere eine Geschirrspülmaschine, mit zumindest einer Gerätekomponente, die über eine Arbeitsleitung mit elektrischem Strom versorgbar ist, und einer Überwachungseinheit, mit der ein durch die Arbeitsleitung in einem Fehlerfall fließender Fehlerstrom erfasst werden kann.
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Im Spülflüssigkeitskreislauf einer Geschirrspülmaschine sind bekanntermaßen Gerätekomponenten, etwa ein Zulaufventil, ein Regenerierventil und/oder eine Wasserweiche, geschaltet. Diese können elektromagnetisch betätigbare Stellglieder oder Aktoren aufweisen, die mittels einer Steuereinrichtung ansteuerbar sind und über eine Arbeitsleitung mit elektrischem Strom versorgbar ist. Hierzu ist jedem Aktor ein Ansteuerelement zugeordnet, das in der zum Aktor führenden Arbeitsleitung angeordnet ist und von der Steuereinrichtung ansteuerbar ist. In der Geschlossenstellung des Ansteuerelementes ist die Stromversorgung zum Aktor unterbrochen, während in der Offenstellung des Ansteuerelementes die Stromversorgung zum Aktor freigegeben ist. Das Ansteuerelement des Aktors kann ein Triac, ein Relais, ein Transistor oder ein Mosfet sein.
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Im Falle des Zulaufventils, des Regenerierventils oder der Wasserweiche sind deren Aktoren während eines Spülzyklus insgesamt lediglich über eine Zeitdauer von wenigen Minuten in Betrieb. Aus Gründen der Betriebssicherheit sind jedoch diese Aktoren für einen Dauerbetrieb auszulegen. Ein solcher Dauerbetrieb des Aktors würde sich bei einem Fehlerfall ergeben, in dem der Triac defekt ist und daher dauerhaft stromleitend ist. In diesem Fall würde der zugeordnete Aktor dauerhaft angesteuert sein. Die Aktoren sind daher für den Normalbetrieb, in dem diese lediglich kurzzeitig in Betrieb sind, weit überdimensioniert.
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Bei Haushaltsgeräten, etwa der oben genannten Geschirrspülmaschine, können unterschiedliche Fehlerfälle auftreten. So kann eines der Ansteuerelemente durchbrennen, wodurch dieses dauerhaft stromleitend wird. In diesem Fall würde der dem defekten Ansteuerelement zugeordnete Aktor in unzulässiger Weise im Dauerbetrieb arbeiten.
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In einem weiteren Fehlerfall können unzulässige Kriechströme im Haushaltsgerät auftreten. Ein solcher Fehlerfall kann in einem, aus der
DE 101 63 197 A1 bekannten gattungsgemäßen Haushaltsgerät mit Hilfe einer Überwachungseinheit erfasst werden. Mit Hilfe der Überwachungseinheit wird zunächst ein Soll-Wert einer zulässigen Stromaufnahme der zumindest einen Gerätekomponente eingestellt. Außerdem wird ein Ist-Wert der Gerätekomponente beziehungsweise des Haushaltsgerätes gemessen und mit dem entsprechenden Soll-Wert verglichen. Bei Überschreiten des Soll-Wertes wird eine Sicherheitsmaßnahme ausgelöst.
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Aus der
EP 1 021 123 B1 und aus der
EP 1 269 906 A1 ist ein weiteres Haushaltsgerät bekannt, das ein Heizelement aufweist. Das Heizelement ist über einen Netzphasenleiter und einem Neutralleiter an einem Stromversorgungsnetz angeschlossen. In dem Stromkreis ist ein Differenzstromwandler vorgesehen, der eine Spannung in einer Wicklung erzeugt, wenn in dem Netzphasenleiter und dem Neutralleiter ein Strom vorliegt, der asymmetrisch ist. Übersteigt die erzeugte Spannung einen vorgegebenen Wert, so wird der Stromfluss zu dem Heizelement unterbrochen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Haushaltsgerät, insbesondere eine Geschirrspülmaschine, bereitzustellen, bei dem in einfacher sowie zuverlässiger Weise die Betriebssicherheit gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß ist mittels der Überwachungseinheit ein zu der Gerätekomponente fließender Strom und ein davon abfließender Strom erfassbar. Somit können mit der Überwachungseinheit verschiedene Fehlerfälle erfasst werden, und es sind erweiterte Diagnosemöglichkeiten gegeben, da durch Erfassung des zufließenden und des abfließenden Stroms sowie in Beziehung zueinander setzen eine Fehlerdiagnose ermöglicht wird, bspw. ob ein Kurzschluss eines Leistungselementes vorliegt und/oder ein Leckstrom in der Arbeitsleitung vorliegt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Differenz zwischen zu- und abfließenden Strom zur Erfassung des Fehlerfalls auswertbar ist. Somit ist auf einfache Weise zusätzlich möglich zu überprüfen, ob ein Fehlerfall durch einen Erdschluss gegeben ist, der eine Differenz zwischen zufließenden und abfließenden Strom zur Folge hat. Ferner ist es möglich, in einem Fehlerfall in die Arbeitsleitung eingekoppelte elektrische Ströme zu erfassen.
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In einer einfachen Ausführungsform kann die Überwachungseinheit eine erste und eine zweite Strommesseinrichtung aufweisen, die in einer Reihenschaltung in der Arbeitsleitung vor und nach der zumindest einen Gerätekomponente geschaltet ist. Mittels der beiden Strommesseinrichtungen kann eine Differenzstrommessung erfolgen, bei der die Differenz zwischen zu- und abfließendem Strom erfasst wird. Bei Erfassen einer solchen Differenz kann ein Fehlerstrom beziehungsweise Kriechstrom erkannt werden.
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Die Strommesseinrichtungen können beispielhaft Messshunts sein, mit denen der Stromfluss durch die Arbeitsleitung beziehungsweise durch die Gerätekomponente erfasst wird. Der erfasste Differenzstrom kann für eine Funktions- und Plausibilitätskontrolle mit einem Schwellwert verglichen werden. Die Größe des Schwellwertes kann dabei in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebszuständen der zu überprüfenden Gerätekomponente variieren. Bei Verwendung eines Messshunts kann der Spannungsabfall an einem, in die Arbeitsleitung geschalteten Messwiderstand erfasst werden. Ein solcher Spannungsabfall wird erfasst, sofern Strom durch den Messwiderstand fließt.
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Alternativ zu dem oben angegebenen Fehlerfall kann mit der Überwachungseinheit auch eine Funktionsüberwachung des Ansteuerelements des jeweiligen Aktors erfolgen. Dabei wird geprüft, ob das Ansteuerelement fehlerfrei auf- und zusteuerbar ist oder unzulässigerweise dauerhaft stromleitend ist, wie es bei einem durchgebrannten Ansteuerelement der Fall ist.
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Zum Erfassen eines solchen Fehlerfalls kann die Überwachungseinheit bei nicht angesteuertem Ansteuerelement einen elektrischen Strom in einer Arbeitsleitung der Gerätekomponente erfassen und mit einem Schwellwert vergleichen. Auf der Grundlage dieses Vergleichs ist der Defektzustand des Ansteuerelementes erkennbar.
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Wird ein solcher Defektzustand des Ansteuerelementes erfasst, so können geeignete Maßnahmen eingeleitet werden, um eine Stromversorgung zur zumindest einen zugeordneten Gerätekomponente zu unterbrechen. Da erfindungsgemäß ein fehlerhafter Aktor erkannt werden kann, muss daher die zugeordnete Gerätekomponente nicht mehr auf den Dauerbetrieb ausgelegt sein, wie es ohne eine solche Überwachungseinheit der Fall ist. Bei einer solchen Funktionsüberwachung kann somit die Überwachungseinheit anhand einer Spannungs- oder Strommessung erkennen, ob das Ansteuerelement leitend oder nichtleitend ist.
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Das Ansteuerelement der Gerätekomponente kann ein Steuerelement sein, beispielhaft ein Triac, ein Transistor oder ein Mosfet, das zwischen einer stromleitenden Geschlossenstellung und einer Offenstellung schaltbar ist.
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In einer Ausführungsform kann der Steuereinrichtung – neben dem Ansteuerelement der Gerätekomponente – ein zusätzliches Abschaltelement zugeordnet sein, etwa ein Relais oder ein Halbleiter. Mit dem zusätzlichen Abschaltelement kann die Steuereinrichtung unabhängig von einer Schaltstellung des Ansteuerelementes eine Stromversorgung zur Gerätekomponente unterbrechen oder freigeben.
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Dies kann insbesondere bei dem oben erwähnten Fehlerfall von Vorteil sein, bei dem das Ansteuerelement der Gerätekomponente defekt ist und unsachgemäß dauerhaft in einer stromleitenden Geschlossenstellung ist, in der es von der Steuereinrichtung nicht mehr angesteuert werden kann. In diesem Fall würde sich die bereits erwähnte, nachteilige Daueransteuerung der Gerätekomponente ergeben. Eine solche Daueransteuerung kann dadurch vermieden werden, dass die Steuereinrichtung die Stromversorgung zur Gerätekomponente mit Hilfe des zusätzlichen Abschaltelementes unterbricht. Mit dem zusätzlichen Abschaltelement ist somit eine Daueransteuerung ausgeschlossen. Die Gerätekomponenten beziehungsweise deren Aktoren müssen deswegen nicht kostspielig auf diesen Fehlerfall ausgelegt werden.
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Bevorzugt sind zwei oder mehrere Gerätekomponenten in der Arbeitsleitung vorgesehen. Deren Ansteuerelemente können in Signalverbindung mit der Steuereinrichtung sein. Die Gerätekomponenten können in Teilleitungen der Arbeitsleitung parallel zueinander geschaltet sein, wobei jeder Gerätekomponente ein Ansteuerelement zugeordnet sein kann. Bevorzugt kann dabei der Mehrzahl von Gerätekomponenten ein gemeinsames Abschaltelement zugeordnet sein. Das Abschaltelement kann insbesondere in Reihe zu den in Parallelschaltung verbundenen Gerätekomponenten geschaltet sein.
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Zusätzlich kann bei der Stromversorgung der Gerätekomponente eine Pulsweitenmodulation eingesetzt werden. Dadurch kann unabhängig von Netzschwankungen die zur Gerätekomponente geführte elektrische Energie konstant gehalten werden.
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Für eine solche Pulsweitenmodulation kann im Stromkreis der Gerätekomponente ein Gleichrichter geschaltet werden, der die Netzspannung gleichrichtet. Gleichzeitig kann die Steuereinrichtung das oben erwähnte Abschaltelement oder das Ansteuerelement in einem einstellbaren Tastverhältnis getaktet ansteuern. Das Tastverhältnis kann insbesondere in einem Frequenzbereich größer als 1000 Hz, bevorzugt größer als hörbare Frequenzen, das heißt größer als 10 bis 12 kHz liegen. Bei einer Schwankung der Netzspannung kann das Tastverhältnis des Abschaltelementes oder des Ansteuerelements derart variiert werden, dass an der Gerätekomponente eine arithmetisch gemittelte Spannung anliegt, auf die in etwa der Spannung entspricht, auf die die Gerätekomponente ausgelegt ist.
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Mit der oben erwähnten Pulsweitenmodulation kann somit die Gerätekomponente unabhängig von der Größe der Netzspannung eingesetzt werden. Beispielsweise kann im Falle einer Netzspannung von 230 V (Wechselspannung) bei direkter Gleichrichtung der Netzspannung eine Gleichspannung von 320 V erzeugt werden. Die Gleichspannung kann vom Abschaltelement oder vom Ansteuerelement beispielsweise in einem Tastverhältnis von 50:50 sowie mit in einer vorgegebener Schaltfrequenz getaktet werden. Auf diese Weise liegt an der Gerätekomponente eine arithmetisch gemittelte Gleichspannung von 160 V an. Bei einer veränderten Netzspannung kann das Taktverhältnis derart verändert werden, dass sich wiederum eine arithmetisch gemittelte Gleichspannung von 160 V an der Gerätekomponente einstellen kann. Eine auf 160 V ausgelegte Gerätekomponente kann somit für variierende Netzspannungen eingesetzt werden.
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Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1 in einem schematischen Blockdiagramm eine Geschirrspülmaschine;
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2 einen Stromlaufplan gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; und
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3 einen Stromlaufplan gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In der 1 ist grob schematisch eine Geschirrspülmaschine mit einem, einem Spülraum begrenzenden Spülbehälter 1 gezeigt. In einen Pumpentopf 3 des Spülbehälters 1 mündet eine Frischwasserzuleitung 5, in der ein Zulaufventil 7 geschaltet ist. Der Pumpentopf 3 ist außerdem über eine Umwälzleitung 9 mit einer Umwälzpumpe 13 in Verbindung, die die Spülflüssigkeit über eine Wasserheizung 14 sowie über eine Wasserweiche 15 entweder zu Sprüharmen 16 im Spülraum des Spülbehälters 1 oder zu einem Flottenspeicher 17 führt, in dem Spülflüssigkeit zwischengespeichert werden kann. Die in den Flüssigkeitskreislauf der Geschirrspülmaschine geschalteten Gerätekomponenten, etwa das Einlaufventil 7, die Umwälzpumpe 13 oder die Wasserweiche 15, sind über Signalleitungen 19 von einer Steuereinrichtung 21 ansteuerbar.
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Anhand des in der 2 gezeigten Stromlaufplans wird die Stromversorgung der Gerätekomponenten sowie deren Ansteuerung veranschaulicht. Beispielhaft sind in der 2 die Stellglieder beziehungsweise Aktoren 23, 24, 25 gezeigt, mit deren Hilfe das Zulaufventil 7, die Wasserweiche 15 oder andere Gerätekomponenten, wie etwa ein nicht näher gezeigtes Regenerierventil, betätigbar sind. Die Aktoren 23, 24, 25 werden über eine am Stromversorgungsnetz angeschlossene Arbeitsleitung 30 mit elektrischer Energie versorgt. Die Aktoren 23, 24, 25 sind dabei in zueinander parallelen Teilleitungen 30a, 30b, 30c der Arbeitsleitung 30 geschaltet. Jedem der Aktoren 23 bis 25 ist jeweils ein Ansteuerelement 26, 27, 28 in Reihe vorgeschaltet.
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Die Ansteuerelemente 26, 27, 28 sind im gezeigten Anwendungsfall Triacs, die über die Signalleitungen 19 mittels der Steuereinrichtung 21 ansteuerbar sind. In Reihe zu den drei parallel geschalteten Aktoren 23 bis 25 ist ein Abschaltelement 29 in der Arbeitsleitung 30 angeordnet, das ebenfalls über eine Signalleitung 19 mit der Steuereinrichtung 21 gekoppelt ist. Das Abschaltelement 29 ist während eines Spülzyklus in seiner stromleitenden Geschlossenstellung und stellt, wie später beschrieben ist, einen zweiten Abschaltweg bereit.
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Den parallel zueinander verlaufenden Teilleitungen 30a, 30b, 30c ist in der Arbeitsleitung jeweils ein erster und ein zweiter Messshunt 31 einer Überwachungseinheit 32 vor- und nachgeschaltet.
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Mit der Überwachungseinheit 32 kann der durch die Arbeitsleitung 30 beziehungsweise durch die Gerätekomponenten 23, 24, 25 fließende elektrische Strom erfasst werden. Der erfasste Strom kann in einer Auswerteeinrichtung der Überwachungseinheit 32 mit einem Schwellwert verglichen werden. Dadurch können unterschiedliche Fehlerfälle, das heißt Defektzustände von Aktoren oder Kriechströme, erfasst werden, wie es später beschrieben ist.
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Während eines Spülzyklus der Geschirrspülmaschine sind die Aktoren 23, 24, 25 zeitweilig in Betrieb, das heißt mit einem gewissen Puls-Pausen-Verhältnis oder nur sehr kurzzeitig. Die Aktoren 23, 24, 25 können beispielhaft Elektromagnetspulen aufweisen, die bei Aktivierung einen Ventilstössel des Zulaufventils 7 oder des Regenerierventils um einen Ventilhub bewegen. Hierzu steuert die Steuereinrichtung 21 beispielhaft den Triac 26 auf, wodurch der Aktor 23 mit elektrischer Energie versorgt wird. Anschließend kann der Triac 26 wieder zugesteuert werden, wodurch die Stromversorgung zum Aktor 23 unterbrochen wird.
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Im Gerätebetrieb kann zum Beispiel der Triac 26 durchbrennen. Bei defektem Triac 26 kann sich dieser dauerhaft in einer stromleitenden Geschlossenstellung befinden, wodurch der Aktor 23 dauerhaft, das heißt auch im nicht angesteuertem Zustand, mit Strom beaufschlagt ist. Dieser Fehlerfall wird mittels der Überwachungseinheit 32 erkannt. Hierzu vergleicht die Überwachungseinheit 32 die vom ersten Messshunt 31 gemessene Stromstärke mit dem Schwellwert, der einer vorgegebenen Sollstromstärke entspricht. Der oben erwähnte Fehlerfall wird anhand einer Abweichung der tatsächlich gemessenen Stromstärke von dieser Sollstromstärke erkannt.
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Bei erfasstem Fehlerfall leitet die Überwachungseinheit 32 ein Störsignal zur Steuereinrichtung 21. Daraufhin öffnet die Steuereinrichtung 21 das Abschaltelement 29, wodurch die Stromversorgung zu den Aktoren 23 bis 25 unterbrochen ist. Gleichzeitig kann die Steuereinrichtung 21 eine optische Warnanzeige 22 aktivieren.
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Mittels der Überwachungseinheit 32 kann darüber hinaus die Gerätesicherheit bezüglich Fehlerstromsicherheit verbessert werden. So kann mittels der beiden Messshunts 31 eine Differenzstrommessung erfolgen, bei der ein zu den Aktoren 23 bis 25 fließender Strom und ein davon abfließender Strom erfasst wird. Über die Auswertung des erfassten Differenzstromes kann ein weiterer Fehlerfall erfasst werden, bei dem ein Fehlerstrom durch die Arbeitsleitung 30 fließt oder ein Kriechstrom auftritt. Wird ein solcher Fehlerfall erkannt, so kann die Steuereinrichtung 21 die Aktoren 23 bis 25 ausschalten und/oder eine Fehleranzeige generieren.
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In der 3 ist ein Stromlaufplan gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem zusätzlich eine Pulsweitenmodulation eingesetzt wird, mit der unabhängig von Netzschwankungen, die zum jeweiligen Aktor 23 bis 25 geführte elektrische Spannung konstant bleibt. Hierzu ist der Überwachungseinheit 32 ein Gleichrichter 33 vorgeschaltet, mit dem die Netzspannung in eine Gleichspannung umgewandelt wird. Zusätzlich ist in Parallelschaltung zu den Aktoren 23 bis 25 eine Freilaufdiode 34 zum Schutz vor einer Überspannung vorgesehen.
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Das Abschaltelement 29 ist gemäß der 2 im Normalbetrieb nicht konstant in seiner Geschlossenstellung, sondern wird in einem vorgegebenen Tastverhältnis sowie bei vorgegebener Schaltfrequenz getaktet. Das Tastverhältnis wird dabei von der Steuereinrichtung 21 derart eingestellt, dass eine arithmetisch gemittelte Spannung erzeugt wird, die an den Aktoren 23 bis 25 anliegt und in etwa einer Spannung entspricht, auf die die jeweiligen Aktoren 23 bis 25 ausgelegt sind.
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Beispielhaft kann bei einer ersten Netzspannung von 230 V (Wechselspannung) mittels des Gleichrichters 33 eine Gleichspannung von 320 V erzeugt werden. Bei einem Tastverhältnis des Abschaltelementes 29 von 50:50 kann sich somit eine arithmetisch gemittelte Gleichspannung von 160 V ergeben, die an den Aktoren 23, 24, 25 anliegt.
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Wird nunmehr die Geschirrspülmaschine an ein Stromversorgungsnetz mit reduzierter oder erhöhter Netzspannung angelegt, so kann das Tastverhältnis ausgehend von 50:50 ebenfalls so angepasst werden, dass sich wieder eine arithmetisch gemittelte Gleichspannung von 160 V einstellt, die den Aktoren 23, 24, 25 anliegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spülbehälter
- 3
- Pumpentopf
- 5
- Zulaufleitung
- 7
- Zulaufventil
- 9
- Umwälzleitung
- 13
- Umwälzpumpe
- 14
- Wasserheizung
- 15
- Wasserweiche
- 16
- Sprüharme
- 17
- Flottenspeicher
- 19
- Signalleitungen
- 21
- Steuereinrichtung
- 23, 24, 25
- Gerätekomponenten
- 26, 27, 28
- Ansteuerelemente
- 29
- Abschaltelement
- 30
- Arbeitsleitung
- 30a, b, c
- Teilleitungen
- 31
- Strommesseinrichtungen
- 32
- Überwachungseinheit
- 33
- Gleichrichter
- 34
- Freilaufdiode
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10163197 A1 [0005]
- EP 1021123 B1 [0006]
- EP 1269906 A1 [0006]
