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TRAININGS-UNTERLAGE
HAUSGERÄTEMIT
ELEKTRONIK
© AEG Hausgeräte GmbH Publ.-Nr.: Muggenhofer Straße 135 599 50 85 10 D-90429 Nürnberg Germany DE
Fax +49 (0)911 323 1420
TSE-NEdition: 10.00
DIAGNOSEUND
FEHLERSUCHEIN
HAUSGERÄTENMIT
ELEKTRONIK
TSE-N 10.00 AS - 2 - 599 50 85 10 DE
Inhaltsübersicht
1. Warum verwenden wir Elektronikbausteine in Hausgeräten 3
2. Allgemeine Funktionen der Elektroniken in Hausgeräten 4
3. Eingangsparameter und Sensoren 9
3.1 Typische Eingangsparameter 9
3.2 Die wichtigsten Sensoren 10
3.2.1 Schalter 10
3.2.2 Thermostat 10
3.2.3 Druckschalter (Druckwächter) 11
3.2.4 Strömungsschalter 12
3.2.5 Reedschalter 13
3.2.6 Hall-Generator 14
3.2.7 Temperaturabhängige Widerstände 15
3.2.7.1 NTC-Widerstände (Heißleiter) 15
3.2.7.2 PTC-Widerstände (Kaltleiter) 17
3.2.7.3 Platinfühler 17
3.2.8 Feuchtigkeitssensor 18
3.2.9 Tachogenerator 19
3.2.10 Drucksensor 20
3.2.11 Optischer Sensor 22
4. Ausgänge und Verbraucher (Funktionselemente) 23
4.1 Leistungsstellglieder 24
4.1.1 Relais 24
4.1.2 Triac und Thyristor 24
4.2 Leistungstregelung 25
4.2.1 Phasenanschnittsteuerung 26
4.2.2 Pulsweitenmodulation 28
5. Vorgehensweise bei der Fehlersuche (Service-Handbücher undSchaltpläne) 30
6. Verwendung von integrierten Kundendienst-Testprogrammen 32
7. Meßmöglichkeiten 35
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1. Warum verwenden wir Elektronikbausteine in Hausgeräten?
Elektronische Steuerungen unterschiedlichster Komplexität gehören heute zu unseremAlltag. Sie sind auch aus Hausgeräten nicht mehr wegzudenken. Allerdings wird derNamenszusatz „electronic“ manchmal etwas inflationär verwendet. Er erscheint oft beieinfachen Geräten, in denen vielleicht ein einzelnes elektronisches Bauteil vorhandenist. Wir wollen den Begriff nur dann verwenden, wenn das Gerät komplexere elektroni-sche Schaltungen enthält, die seine Funktion wesentlich bestimmen.
Dafür gibt es viele gute Gründe, denn sie bieten gegenüber elektromechanischenSteuerungen viele Vorteile:
x Programmparameter können genauer geregelt werden
x Die Funktion des Gerätes kann durch fuzzy Logic optimiert werden.
x beides führt zu geringerem Verbrauch an Energie, Wasser, Chemieprodukten, somitzu geringerer Umweltbelastung
x Programme sind flexibler und können an neue Gegebenheiten angepaßt werden.Der Electrolux-Konzern spielt hier eine Vorreiterrolle: so wurde erstmals bei AEG-Waschautomaten eine Update-Funktion eingeführt. Hier wird die Software der Elek-tronik aktualisiert, um das Gerät dem neuesten Stand der Technik sowie den aktuel-len Gegebenheiten anzupassen: z.B. neue Waschmittel, neue Textilien, aber auchveränderte Waschgewohnheiten.
x Benutzer wird entlastet, d.h., er muß sich nicht mit der Funktion des Gerätes ausein-andersetzen, bzw. einzelne Parameter selbst auswählen und eingeben (z.B.Waschtemperatur, Schleuderdrehzahl). Er muß bloß seine „Wünsche“ eingeben.
x verbesserte Fertigungsmöglichkeiten, daher preisgünstiger in der Herstellung
x keine beweglichen Kontakte, somit verschleißarm
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2. Allgemeine Funktionen der Elektroniken in Hausgeräten:
Elektronikbauteile werden im wesentlichen in folgenden Funktionen eingesetzt:
x als Benutzeroberfläche (Ein/Ausgabe-Elektronik), welche:
x dem Gerät die Benutzereingabe übermittelt, z. B. gewähltes Programm, ge-wünschte Temperaturen, Wäscheart, Verschmutzungsgrad, Garzeit, usw.
x dem Benutzer wiederum die für ihn relevanten Funktionsparameter, Pro-grammabläufe, Warnungen, anzeigt.
x als Regelungselement : aufgrund der Benutzereingabe sowie der aktuell gemesse-nen Funktionsparameter (z. B. Schalterzustände, Temperatur, Wasserstand, Mo-tordrehzahl, u.a.) wird der genaue Programmablauf bestimmt. Die Ausgabesignaledienen zur:
x Ansteuerung der Funktionselemente, ggf. über eine Leistungselektronik
x Anzeige der Funktionszustände über die Benutzeroberfläche
x als Leistungselektronik , welche die Spannungsversorgung der Funktionselementesicherstellt.
EIN-/AUS-GABEELEK-
TRONIK
LEI-STUNGS-
ELEK-TRONIK
REGE-LUNGBENUTZER
FUNKTIONS-ELEMENTE
(MOTOR,VENTIL,
HEIZUNG,USW.)
SENSOREN
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Je nach Komplexität und Bauart des Gerätes können diese Funktionen auf einem einzi-gen oder auf getrennten Bauteilen untergebracht sein.
Im folgenden wird nicht bezweckt, die Vorgänge im Inneren der Elektronik zu erklären.Es gibt dort in der Regel keine zugänglichen Meßpunkte. Einzelheiten hierzu sind meistdas Gebiet spezialisierter Lieferanten, und sind in der Service-Dokumentation des Ge-rätes nicht zu finden.
Die elektronische Schaltung bleibt für uns ein einziges Ersatzteil und ist im wesentlicheneine „black box“. Keinesfalls sollen einzelne Bauelemente auf einer Platine ausge-tauscht werden. Dies ist auch aus Sicherheitsgründen nicht zulässig, weil der Einbauungeeigneter Komponenten z. B. zu Bränden führen könnte.
Wir wollen vielmehr darauf eingehen, was sich um die Elektronik herum abspielt, d.h.Ein- und Ausgänge messen, soweit möglich, und die Funktion der Bauteile überprüfen,die mit der Elektronik kommunizieren.
Damit soll erreicht werden, daß Fehler genauer eingegrenzt und nur die tatsächlich not-wendigen Teile ausgetauscht werden.
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Beispiele:
1. Hauptplatine2. Programmwähler3. Benutzerschnittstelle4. analoger Druckwächter5. Sicherheitsdruckwächter6. Thermofühler7. Motor8. Heizelement9. Ventil10. Türverriegelung11. Umwälzpumpe12. Ablaufpumpe13. Trommelpositionierhilfe (DSP)
Hauptelektronik eines Topladers mit Verbindungen zu Sensoren und Funktionssele-menten
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EAC-Elek tronik fü r W a s cha u tom a ten Ba u reihe 1998
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EW M 20 0 0 -Elektronik für neue Waschautomaten-Baureihen (Front- und Toplader)
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3. Eingangsparameter und Sensoren
3.1 Typische Eingangsparameter
Sind:
x Schalterzustände (Binärcodes)
x Temperatur
x Niveau (Wasser, Schaum)
x Motordrehzahl
x Feuchtegrad
x Wassertrübung
Diese Eingangsparameter werden mit Hilfe von Sensoren gemessen, welche die physi-kalische Abhängigkeit einer elektrischen Größe von unserem Parameter nutzen, oft inmehreren Schritten, z. B. Temperatur à elektrischer Widerstand des Fühlers à Span-nungsabfall.
Mit dem Konzept der „unscharfen“ Logik – gebräuchlich ist der englische Begriff fuzzylogic – verwendet das Programm weitere Größen, welche nicht gemessen werden, son-dern über andere Eingangsparameter, oder über deren zeitliches Verhalten, „geschätzt“.In diesem Fall kann die Abhängigkeit der beiden Größen nicht genau definiert werden;es besteht eine eher intuitiv erfaßbare Verbindung.Z. B.: Geschirrmenge wird über die Aufheizzeit des Wassers bestimmt; diese ist aberauch von anderen Faktoren abhängig, z.B. vom Geschirrmaterial.
Solche Größen sind:
x Wäschemenge – über Saugverhalten der Wäsche, also letztendlich über Zeitverlaufdes Wasserniveaus
x Geschirrmenge – über Aufheizgeschwindigkeit, also über Wassertemperatur
x Verschmutzung – über Wassertrübung
x Unwucht – über Drehzahlschwankungen
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3.2 Die wichtigsten Sensoren
3.2.1 Schalter
Sind die häufigsten Sensoren überhaupt. Über Schalter werden der Elektronik System-zustände gemeldet. Die Schalter werden:
x entweder vom Benutzer gesetzt, und zwar
x direkt, z. B. Ein/Aus-Schalter, verschiedene Wahlschalter
x indirekt, wie Türschalter
x oder während des Programmablaufs vom System aktiviert
Ø Meßmöglichkeiten
x Ohm’sche Messung (Kontinuität): es kann so festgestellt werden, ob sich derSchalter im zu erwartenden Schaltzustand befindet (offen oder geschlossen).
x Spannungsmessung: Schaltzustand kann auch auf diesem Wege festgestelltwerden: bei offenem Schalter liegt Spannung an
3.2.2 Thermostat
Ist ein elektromechanischer Temperaturschalter, der bei einer bestimmten Temperatureinen Stromkreis öffnet oder schließt. Die Schalttemperatur ist:
x entweder mechanisch einstellbar à Temperaturregler
x oder fest eingestellt à Temperaturbegrenzer (wird üblicherweise als Sicherheitsele-ment verwendet)
Vom Aufbau her unterscheiden wir:
x Bimetallregler
x Stabausdehnungsregler
x Flüssigkeitsausdehnungsregler
x Dampfkondensationsregler (in Kühl- und Gefriergeräten)
Ø Meßmöglichkeiten
x wie Schalter (3.2.1). Um den zu erwartenden Schaltzustand zu ermitteln, sinddie Schaltwerte den Service-Handbüchern zu entnehmen
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3.2.3 Druckschalter (Druckwächter)
Besteht aus einer Druckdose, in der eine Membran befestigt ist. Diese verformt sichunter Druckeinwirkung und aktiviert mechanisch einen oder mehrere Schaltkontakte beivorgegebenen Druckwerten.
Druckwächter werden üblicherweise als Niveauschalter verwendet. Die Druckdose istüber einen Schlauch mit dem Bottich der Wasch- oder Spülmaschine verbunden. DasAnsteigen der Wassersäule bewirkt einen steigenden Luftdruck in diesem Schlauch.
1 Druckdose2 Membran3 Schaltkontakte
Ø Meßmöglichkeiten
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x wie Schalter (3.2.1).
3.2.4 Strömungsschalter
Um das Vorhandensein der Strömung festzustellen, also z. B. das Fließen des Wassersdurch ein Rohr, macht man sich die physikalische Eigenschaft zunutze, daß in einerStrömung die Summe aus Fließdruck und statischem Druck konstant bleibt (Bernoulli-Effekt).
Wird die Strömung über eine Querschnittsverengung (Venturi-Düse) geleitet, erhöht sichlokal die Fließgeschwindigkeit und damit der Fließdruck. Der statische Druck verringertsich, und ist somit niedriger als der Druck vor der Düse. Wenn wir die beiden Drückeüber dünne Röhrchen in eine Druckdifferenzdose leiten, löst dort die Verformung derMembran den Schaltvorgang aus.
Bei fehlender Strömung sind die Drücke vor und nach der Venturi-Düse gleich, derDruckdifferenzschalter öffnet also wieder.
Wird Wasser mittels eines Durchlauferhitzers erwärmt, muß das Heizelement über einenStrömungsschalter geschaltet werden, um auf jeden Fall zu verhindern, daß bei fehlen-dem Durchfluß geheizt wird.
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Ø Meßmöglichkeiten
x wie Schalter (3.2.1).
3.2.5 Reedschalter
Bei diesem Schaltertyp werden Federzungen aus ferromagnetischem Material (engl.“reeds”) als Schaltkontakte verwendet. Der Schaltvorgang wird durch ein Magnetfeldausgelöst.
Typische Anwendungsbeispiele:
x Salz- oder Klarspüler-Vorratsanzeige bei Geschirrspülern: im Behälter befindet sichein Schwimmer mit einem permanenten Magneten, der in der gewünschten Stellungeinen außerhalb des Behälters befindlichen Reedschalter aktiviert.
x DSP = Trommelpositionierhilfe bei Topladern: ein Dauermagnet hält denReedschalter des Fühlers in normal geschlossener Stellung; wenn Trommel mit Öff-nungsklappe oben ist, streut ein an der Riemenscheibe angebrachter Metallstreifendas Magnetfeld, und der Reedschalter öffnet. Dient der Elektronik als Eingangs-signal für die Anzeige, sowie um Positionierung der Trommel über Motorsteuerunganzustreben.
x Gelegentlich als Türschalter in Kühlgeräten: Magnet in der Türe, Reedschalter imTürrahmen.
Ø Meßmöglichkeiten
x wie Schalter (3.2.1). Schaltvorgang kann mittels eines Dauermagneten aus-gelöst werden
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3.2.6 Hall-Generator
Ist ein elektronischer Signalgenerator, in dem die durch Magnetfelder erzeugte soge-nannte Hall-Spannung verstärkt wird. Er kann zum Nachweis und zur Messung dieserMagnetfelder verwendet werden.
Der Anwendungsfall in Hausgeräten ist relativ einfach: er wird z.B. in Geschirrspülernzur Erkennung der Drehung des oberen Sprüharms verwendet. Das Magnetfeld wirddurch eine Dauermagneten im Sprüharm erzeugt, der Hall-Generator ist in der Tür.Beim Vorbeiziehen des Sprüharms liegt die Ausgangsspannung bei 4-5 V, sonst bei0-1 V.
Der Anwendungsfall ist dem eines Reedschalters ähnlich, darum erscheint er in dieserAufzählung hier.
Ø Meßmöglichkeiten
x Spannung: anders als bei Schaltern sind die Spannungen für die beidenSchaltzustände nicht 0 und 5 V (oder etwaige andere Signalspannung), son-dern sie bewegen sich innerhalb der für Digitalschaltungen festgelegten Gren-zen.
Alle bisher aufgeführten Schalter u.ä. sind sogenannte binäre Sensoren. Alle meldender Elektronik bloß 2 Zustände: „ja“ oder „nein“ (1 oder 0). Egal welche Größe zugrundegelegt wird, es wird bloß gemeldet, ob ein vorbestimmter Zustand erreicht worden istoder nicht.
Anders als diese dienen die nachfolgend aufgeführten Sensoren zur Messung eines Pa-rameters über den gesamten relevanten Meßbereich. Der Sensor liefert analoge oderdigitale Signale, die in einer festen Abhängigkeit zum gemessenen Parameter liegt. Dieserweitert die Möglichkeiten der Programmgestaltung.
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3.2.7 Temperaturabhängige Widerstände
Zu dieser Gruppe der Temperatursensoren gehören NTC- und PTC-Widerstände, sowiePlatinfühler. Als Sammelbezeichnung wird auch der Begriff Thermistor verwendet.
Ø Meßmöglichkeiten (gilt für alle temperaturabhängigen Widerstände)
x Widerstandsmessung: der gemessene Ω − Wert muß der Umgebungstempe-ratur entsprechen; bei Erwärmung, z.B. mit der Hand, muß sich der Wert ent-sprechend verändern (Werte sind in Tabellen oder Kurven im Service-Handbuch zu finden)
x Spannungsmessung: Spannung kann an den Klemmen des Fühlers, bzw. amentsprechenden Eingang der Elektronik gemessen werden. Da der Fühler ineiner Spannungsteiler-Schaltung liegt, ist der zu erwartende Wert unterhalbder Signalspannung. Bei einer Signalspannung von 5 V können wir etwa 2-3 Verwarten. Bei Erwärmung wird die Spannung beim NTC abfallen, beim PTCansteigen.
3.2.7.1 NTC-Widerstand (Heißleiter)
Gehört zu der Gruppe der Halbleiter (üblicherweise Mischung verschiedener Metalloxi-de). Hat bei niedriger Temperatur einen sehr hohen Widerstand. Bei steigender Tempe-ratur werden mehr Elektronen aus der Bindung herausgelöst, wodurch der elektrischeWiderstand abnimmt. Der Widerstand hat also einen negativen Temperaturbeiwert (NTCist die Abkürzung für „negative temperature coefficient“). Die deutsche BezeichnungHeißleiter will sagen, daß der Widerstand in heißem Zustand besser leitet.
Das verwendete Schaltzeichen ist:
ϑ
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Eine typische Kennlinie sieht so aus:
Um einen NTC-Fühler zur Temperaturregelung einzusetzen, kann eine Brückenschal-tung verwendet werden, wie unten vereinfacht dargestellt. Ein regelbarer Widerstand RT
wird – über den Temperaturwähler oder auch über die Programmelektronik – auf jenenWert gesetzt, welchen der NTC-Fühler bei der gewünschten Temperatur haben wird.Solange die beiden Widerstände ungleich sind, entsteht die Spannung U1, welche zurAnsteuerung des Heizelementes dienen kann. Sobald die eingestellte Temperatur er-reicht ist, wird U1 = 0.
RT R1
U1
RNTC R1
ϑ
U0
Wollen wir die Temperatur, also den Widerstand RNTC messen, z. B. für eine Anzeige,tun wir es über die Messung des Spannungsabfalls.
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3.2.7.2 PTC-Widerstand (Kaltleiter)
Ist ebenfalls ein Halbleiter-Bauteil, hat aber im Arbeitsbereich einen positiven Tempera-turbeiwert, d.h. Widerstand steigt bei Erwärmung. Er leitet also in kaltem Zustand bes-ser. Die Anwendung ist der von NTC-Widerständen ähnlich.
ϑ
Typische PTC-Kennlinie
10
100
1000
10000
100000
1000000
0
100
200
Temperatur (°C)
Wid
erst
and
(Ohm
)
3.2.7.3 Platinfühler
Ist ein Platinwiderstand mit konstanten positivem Temperaturbeiwert, d.h. sein Wider-standsanstieg ist linear.
Als Bezeichnung verwenden wir das chemische Symbol Pt mit dem Zahlenwert in Ω desWiderstands bei 0°C.
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So z. B. hat Pt500 einen Widerstand vom 500 Ω bei 0°C à s. Bild.Weitere gebräuchliche Werte sind Pt100, Pt1000.
3.2.8 Feuchtigkeitssensor
Wird in Wäschetrocknern zur Messung des Feuchtegrads der Wäsche verwendet. DieTrommel ist über einen Kohleabtaster mit der Gerätemasse (hintere Gehäusewand)verbunden. Die Trommelrippen andererseits sind vom Rest der Trommel elektrisch iso-liert, und nur mit einem Blechstreifen außen an der Trommel verbunden; dieser wird mitHilfe einer Metallbürste abgetastet. Diese Bürste und die Gerätemasse stehen alsoelektrisch nur über die feuchte Wäsche in Verbindung. Deren elektrischer Widerstandsteigt mit zunehmendem Trocknungsgrad. Über die Messung dieses Widerstands wirdder Trocknungsvorgang gesteuert.
Ø Meßmöglichkeiten
Veränderung des Widerstands kann ohne feuchte Wäsche nicht festgestellt wer-den. Eine häufige Ursache für Fehlfunktionen sind aber Kontaktprobleme, des-halb können gemessen werden:
x Kontaktwiderstand zwischen Trommelrippen und Eingang von der Abtastbür-ste auf der Elektronikplatine
x Kontaktwiderstand zwischen Trommel und Gehäuse.
x als auch Isolationswiderstand zwischen Rippen und Trommel
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3.2.9 Tachogenerator
Dient zur Messung der Motordrehzahl. Der Tachogenerator ist fest mit der Motorwelleverbunden. In einer in einem Magnetfeld rotierenden Spule wird eine Spannung erzeugt,welche proportional mit der Drehzahl ist. Er kann ausgelegt sein als:
x Gleichspannungs-Tachogenerator, bei dem die Spannung über einen Kommutatorabgenommen wird;
x Wechselspannungs-Tachogenerator: ist heute gebräuchlicher, weil der Kommutatorentfällt. Die wesentlich einfachere umgekehrte Konstruktion – also rotierender Dau-ermagnet und feste Spule – ist in diesem Fall möglich. Weil zudem ist bei diesemTyp die Frequenz der Wechselspannung ebenfalls proportional zur Drehzahl ist; indigitalen Schaltungen ist die Drehzahlmessung über die Frequenz vorteilhafter undgenauer als jene über die Spannung.
Ø Meßmöglichkeiten
x Schon beim Drehen mit der Hand ist eine kleine Spannung meßbar
x Es kann der Widerstand der Wicklung gemessen werden.
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3.2.10 Drucksensor
Wird genauso angeschlossen wie der elektromechanische Druckwächter. Im Unter-schied zu letzterem werden nicht bloß Schaltvorgänge bei vorgegebenen Druckwertenausgelöst, sondern der Druck (und somit das Niveau) wird kontinuierlich gemessen.
1 Lufteinlaß2 Membrane3 Spule4 Oszillator ( Elektronik )5 Magnetring6 Feder7 Justierungsschraube8 Anschlußstecker
Kontakt 1 = OutKontakt 2 = GNDKontakt 3 = 5V DC
Das Ansteigen des Luftdrucks im Schlauch bewirkt ein Anheben des Magnetrings. Diedamit verbundene Änderung der magnetischen Eigenschaften bewirkt eine Verringerungder Oszillatorfrequenz.
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Ø Meßmöglichkeiten
x Frequenzmessung ist mit einfachem Vielfachmeßgerät nicht möglich.
x Vorhandensein einer Ausgangsspannung kann einen Anhaltspunkt über dieFunktionsfähigkeit liefern. Da es sich um eine oft verwendete Komponentehandelt und Austausch relativ einfach ist, wäre das in diesem Fall auch eineÜberprüfungsmöglichkeit.
3.2.11 Optischer Sensor
Wird z. B. in Geschirrspülern als Trübungssensor verwendet.
Eine LED und eine Photodiode sind in einem vom Spülwasser durchströmten Bauteilgegenüberliegend angeordnet. Bei Trübung des Wassers wird das von der LED ausge-strahlte Licht bis zur Photodiode abgeschwächt. Dementsprechend verringert sich derenAusgangsspannung. Aufgrund dieser Spannung schätzt die Elektronik den Verschmut-zungsgrad des Geschirrs, bzw. das Vorhandensein von Spülmittelrückständen, undkann so über den weiteren Programmablauf entscheiden.
Wichtig anzumerken ist, daß sich die Ausgangsspannung wegen Ablagerungen an denSensorwänden auch im Laufe der Zeit langsam verringern würde. Um dem entgegen-zuwirken, wird der in Electrolux-Geschirrspülern verwendete Sensor jedesmal im Klar-spülgang neu kalibriert. Die Eingangsspannung wird dabei langsam erhöht - dies ist imBereich 6 bis 11,4 V möglich - so daß die Ausgangsspannung in diesem Programm-schritt immer 4,3 V beträgt. Dieser Wert signalisiert der Elektronik klares Wasser.
Anmerkung: Wird der Sensor in Luft kalibriert - dies ist im Kundendienst-Prüfprogrammder Fall – muß die Ausgangsspannung 3,5 V betragen.
Ø Meßmöglichkeiten
x Spannungsmessung (s. oben)
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4. Ausgänge und Verbraucher (Funktionselemente)
Sinn und Zweck des in der Elektronik ablaufenden Regelvorgangs ist es, Ausgangs-signale zu liefern, welche gewährleisten, daß
x erstens: die Verbraucher (Funktionselemente) des Hausgerätes die erforderliche Ar-beit verrichten - zum richtigen Zeitpunkt und in der benötigten Art und Weise -, umdas vom Benutzer gewünschte Ergebnis zu erreichen
x zweitens: der Benutzer in geeigneter Weise über den Zustand des Gerätes informiertund in Fehlersituationen gewarnt wird.
Typische Ausgänge und Verbraucher sind:
x Antriebsmotor für Waschtrommel, Umwälz- oder Entleerungspumpe, Verdichter,Lüfter, usw.
x Schrittmotor, z. B. für Wasserweiche, DPS (Trommelpositioniersystem)
x Türverriegelung
x Magnetron
x Magnetventil (Wasserzulauf)
x Heizelement
x Displays und Anzeigen zur Funktionsüberwachung und Warnung
x elektromechanische Anzeigen
x Leuchtanzeigen
x Akustische Anzeigen
x digitale Anzeigen (LED, LC)
Die Elektronik liefert in der Regel Kleinspannungs-Steuersignale. Damit können Anzei-geelemente manchmal direkt angesteuert werden.
Bei Leistungselementen aber muß die Versorgungsspannung über ein sogenanntesLeistungsstellglied geschaltet werden. Solche sind:
x Relais
x Triac
Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu Geräten mit elektromechanischen Programm-schaltwerken, wo der gesamte Arbeitsstrom über die PGS-Kontakte fließt.
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(Hier eine Anmerkung: da sich Triacs oder Relais manchmal auf der Hauptplatine befin-den, ist am meßbaren Ausgang bereits die Arbeitsspannung festzustellen.
4.1 Leistungsstellglieder
4.1.1 Relais
Ist ein elektromechanisches Leistungsstellglied. Die Steuerspannung wird an die Re-laisspule angelegt. Ein Elektromagnet schließt den(die) Relaiskontakt(e). Über dieseKontakte wird der Arbeitsstrom eines Verbrauchers (Motor, Heizelement, o.a.) geführt.
4.1.2 Triac und Thyristor
Sind Halbleiterbauelemente aus der Gruppe der steuerbaren Dioden.
Eine steuerbare Diode wird durch einen Stromimpuls an der Steuerelektrode gezündet,d. h. in leitenden Zustand gebracht. Der Zündpunkt kann mit Hilfe eines veränderbarenWiderstands innerhalb einer Halbwelle verschoben werden.
Der Thyristor ist nur in einer Stromrichtung steuerbar und liefert daher pulsierendenGleichstrom.
Der Triac ist praktisch zwei antiparallel geschalteten Thyristoren gleichzusetzen. Er istin beiden Stromrichtungen steuerbar und nutzt beide Halbwellen der Wechselspannung.Aus diesem Grund wird er vorzugsweise zur Leistungsschaltung und –regelung einge-setzt.
Wird der Triac verwendet, um die Arbeitsspannung des Verbrauchers zu stellen – alsonicht zu regeln, enthält die Schaltung immer einen sog. Nullspannungsdetektor, der da-für sorgt, daß der Zündimpuls beim Nulldurchgang der Netzspannung erfolgt.
TSE-N 10.00 AS - 25 - 599 50 85 10 DE
Dadurch behält die Spannungskurve ihre Sinusform.. Es wird vermieden, daß sich durchVerzerrung hochfrequente Störungen überlagern (näheres im Abschnitt „Phasenan-schnitt Steuerung“)
4.2 Leistungsregelung
Die Aktivierung der Verbraucher beschränkt sich in vielen Fällen auf deren Ein- undAusschalten zum jeweils geeigneten Zeitpunkt, also um Stellung der Betriebsspannung.
In manchen Fällen ist aber auch eine Leistungsregelung erforderlich, etwa:
x der Heizleistung
x der Motordrehzahl
Das übliche Verfahren zur Regelung der Heizleistung, oder auch der Magnetronleistung,ist das periodische Ein- und Ausschalten mit einem relativ langen Taktintervall, nämlich20 – 40 Sekunden. Über das Verhältnis von Ein- und Auszeit (% ED = Einschaltdauer)kann die Leistung geregelt werden. Das Verfahren ist für Energieregler bei konventio-nellen Heizelementen mit hoher thermischer Trägheit gut geeignet, zeigt aber bei Mi-krowellengeräten schon manchmal seine Nachteile.
TSE-N 10.00 AS - 26 - 599 50 85 10 DE
Der für uns wichtigste Regelungsfall ist der Antriebsmotor von Waschautomaten, dessenDrehzahl einen sehr weiten Bereich – von der Drehzahl im Woll- oder Handwaschpro-gramm bis zur maximalen Schleuderdrehzahl – abdecken muß. Der Drehzahlbereichkann über Hinzuschalten oder Abschalten von Feldwicklungen gewählt werden. Für diestufenlose Regelung innerhalb eines Bereichs stehen 2 Verfahren zu Verfügung:
x die Phasenanschnittsteuerung
x die Pulsweitenmodulation
Im Grunde sind die beiden Verfahren nichts anderes als das schon erwähnte Takten,bloß wird das Taktintervall erheblich kürzer: eine Halbperiode der Netzfrequenz, also10 ms bei der Phasenanschnittsteuerung, und 50 – 60 µs bei der Pulsweitenmodulation.
4.2.1 Die Phasenanschnittsteuerung
Bei diesem Verfahren werden mit Hilfe elektronischer Bauteile – etwa mit einem Triac -Teile der symmetrischen Sinuskurve „abgeschnitten“:
Dadurch erhält man eine Leistungreduzierung, die über die Größe des „herausge-schnittenen“ Abschnitts geregelt werden kann. Der große Nachteil der Phasenanschnitt-steuerung ist, daß die Stromkurve erheblich von ihrer ursprünglichen Sinusform ab-weicht. Dies bedeutet, daß sich der Netzfrequenz von 50 Hz harmonische Oberschwin-gungen überlagern - also Schwingungen mit Frequenzen, die Vielfache von 50 Hz dar-stellen. Die Oberschwingungsströme verursachen im elektrischen VersorgungsnetzOberschwingungsspannungen, die sowohl das Netz, als auch die anderen daran ange-schlossenen Verbraucher erheblich belasten.
Die Phasenanschnittsteuerung ist bei höheren Leistungen problematisch, denn:
x zum einen schreibt die neuere Normung verschärfte Grenzwerte für die Oberschwin-gungsspannungen vor
x zum anderen ist die Einhaltung dieser Normen heute „zwingender“, denn sie ist Be-dingung für das Inverkehrbringen des Gerätes in der EU (die Einhaltung wird sichtbardeklariert durch das auf dem Gerät angebrachte CE-Zeichen)
x und nicht zuletzt sind die durch Oberschwingungsspannungen verursachten Störun-gen gerade bei Geräten mit elektronischer Steuerung problematischer geworden;Spannungsspitzen und hohe Frequenzen , die die Störfestigkeit des Gerätes über-steigen, können hier zu Störungen führen
Wenn diese Art der Steuerung verwendet wird, ist der Entstöraufwand verhältnismäßighoch.
TSE-N 10.00 AS - 27 - 599 50 85 10 DE
TSE-N 10.00 AS - 28 - 599 50 85 10 DE
4.2.2 Pulsweitenmodulation (PWM)
Bei diesem Verfahren wird der Motor mit hoher Frequenz (16-20 kHz) vom Netz ge-trennt. Über den Mikroprozessor kann das Verhältnis von Ein- und Ausschaltzeit variiertwerden. Die Weite der einzelnen Impulse ändert sich, daher die Bezeichnung PWM =Pulsweitenmodulation. Damit läßt sich die Motordrehzahl in einem sehr weiten Bereichregeln. Der Motor wird dabei mit pulsierendem Gleichstrom gespeist.
TSE-N 10.00 AS - 29 - 599 50 85 10 DE
Signalübertragung zwischen Steuerelektronik EWM3000 und Motorelektronik bei neuerWaschautomaten-Baureihe (verwendet Pulsweitenmodulation)
TSE-N 10.00 AS - 30 - 599 50 85 10 DE
5. Vorgehensweise bei der Fehlersuche (Service-Handbücher undSchaltpläne)
Hier soll betont werden, wie wichtig es ist, bei der Fehlersuche systematisch und logischvorzugehen. Sehr wichtig ist dabei die Nutzung der Produktdokumentation, also derService-Handbücher und der Schaltpläne.
x Bei der Aufnahme des Auftrages bitte Gerät immer eindeutig identifizieren(PNC/E-Nr. und möglichst auch Serien-Nr./F-Nr.). Service-Handbücher können sovorbereitet und mitgenommen werden. Das war zwar schon immer wünschenswert,ist aber bei Geräten mit integrierten Diagnoseprogrammen von entscheidenderWichtigkeit, denn diese können nur mit Hilfe der Dokumentation aufgerufen undrichtig interpretiert werden.
Allgemeine Grundlagen der Fehlersuche bei konventionellen Geräten bleiben größten-teils gültig.
x Erstens bitte prüfen, ob tatsächlich ein Fehler vorliegt. In vielen Fällen arbeitet dasGerät ordnungsgemäß, aber der Kunde hat – berechtigterweise oder nicht – andereErwartungen. Dies ist bei Kühl- und Gefriergeräten relativ häufig der Fall. Es soll ver-sucht werden, den Kunden mit Argumenten überzeugen und ggf. an die Kundenbe-treuung zu verweisen. Keinesfalls sollen Teile, oder gar das Gerät ausgetauschtwerden, weil so nur Kosten entstehen, ohne daß das Problem behoben wird.
x Wenn ein Fehler vorliegt, fehlerhaften Stromkreis eingrenzen
x über Fehlercode, falls vorhanden
x wenn nicht, anhand der Fehlersymptome
x in diesem Stromkreis nicht gleich Komponenten tauschen, sondern den gesamtenStrompfad anhand des Schaltbilds durch Messungen überprüfen (s. Abschnitt 6.)
x erst nach „banale“ Fehlern suchen:
x richtiger Anschluß
x Kontakte (sehr häufige Fehlerursache!), besonderes Augenmerk auf Stecker-kontakte bei Elektroniken à bewegen
x Schlauchverbindungen, Verstopfungen
x wenn möglich, Komponenten direkt ansteuern und überprüfen
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Als Beispiel: Schaltbild Toplader:
TSE-N 10.00 AS - 32 - 599 50 85 10 DE
6. Verwendung von integrierten Kundendienstprogrammen
Sofern die Geräte über integrierte Kundendienstprogramme verfügen – dies ist bei denneueren Geräten zunehmend der Fall – sollen diese das zuerst eingesetzte Mittel beider Fehlersuche sein.
Über den angezeigten Fehlercode ist schon eine erste Eingrenzung des Fehlers mög-lich, was nicht zuletzt den Vorteil hat, das bei der Fehlersuche Zeit gespart werdenkann.
Dieser Fehlercode liefert eine „objektive“ Aussage über einen tatsächlich festgestelltenFehlerzustand, im Gegensatz zu der zunächst subjektiven Einschätzung des Benutzers,der vielleicht nur einen Folgefehler sieht. (Dies soll nicht ausschließen, daß man durcheine gezielte Befragung des Benutzers viel über den Fehlerverlauf erfahren kann !).
Zudem bieten die Kundendienstprogramme die Möglichkeit, einzelne Schaltkreise direktanzusteuern, womit der Fehler auch schnell eingegrenzt werden kann.
Bei einigen Geräten, z.B. Geschirrspülern, kann zu KD-Zwecken ein standardisiertesTestprogramm gefahren werden. Dies ist wichtig, weil die Arbeitsprogramme des Gerä-tes adaptiv gestaltet sind, und dadurch keinen festen Ablauf haben. Reklamiert derKunde z.B., daß das Gerät nach dem Vorspülen nicht abpumpt, könnte dies von einemGerätefehler herrühren, oder aber normal sein, wenn der Trübungssensor keine nen-nenswerte Verschmutzung festgestellt hat. Erst durch das Testprogramm lassen sich diebeiden Fälle auseinanderhalten.
Sofern das Gerät nicht über ein Display verfügt, welches den Fehlercode in Klarschrift(z.B. „C2“) anzeigt, verwendet man zu diesem Zweck die auf dem Bedienpanel befindli-chen LEDs, etwa für die Programmablaufanzeige. Da ein LED nur 2 Zustände hat – ANoder AUS – muß die Anzeige im Binärcode erfolgen. Es steht:x AUS (LED leuchtet nicht) für: 0x AN (LED leuchtet) für : 1.
Mit einer Gruppe von 4 LEDs lassen sich 16 Zeichen darstellen, das sind die Ziffern 0bis 9 sowie die Buchstaben A bis F (diese 16 Zeichen sind die „Ziffern“ des Hexadezi-malsystems, also des Zählsystems mit der Basis 16).
In der Tafel unten auch die meßbaren Signale angegeben, die gemessen werden kön-nen, wenn z.B. defekte LEDs vermutet werden.
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Hier die Übersicht:
Dualzahl 23 22 21 20
ê ê ê ê
Dezimal-zahl
Dezimalwert
8 4 2 1
0 LEDSignal
1 LED ¤Signal
2 LED ¤Signal
3 LED ¤ ¤Signal
4 LED ¤Signal
5 LED ¤ ¤Signal
6 LED ¤ ¤Signal
7 LED ¤ ¤ ¤Signal
8 LED ¤Signal
9 LED ¤ ¤Signal
10 – A LED ¤ ¤Signal
11 – B LED ¤ ¤ ¤Signal
12 – C LED ¤ ¤Signal
13 – D LED ¤ ¤ ¤Signal
14 – E LED ¤ ¤ ¤Signal
15 - F LED ¤ ¤ ¤ ¤Signal
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Den LEDs sind die Zweierpotenzen 1, 2, 4 und 8 zugeordnet. Man erhält das ange-zeigte Zeichen, indem man die den leuchtenden LEDs zugeordeten Zahlen addiert. ZumBeispiel:
8 4 2 1¤ ¤ ¤
1 + 4 + 8 = 13, oder der Buchstabe D (es ist A = 10, B = 11, ..., F = 15).
Mit zwei 4-er Gruppen läßt sich der zweistellige Code darstellen, z. B. „C2“:
8 4 2 1 8 4 2 1¤ ¤ ¤
Die Fehlercodes und die Anordnung der LED-Gruppen sind in den jeweiligen Service-Handbüchern beschrieben.
Eine Schablone, auf der die Zahlen 1 – 2 – 4 – 8 neben den entsprechenden LEDs ste-hen, oder eine notfalls ein Klebestreifen, können leicht helfen, Fehler beim Ablesen desCodes zu vermeiden.
Die gleiche Anzeige wird zum Ablesen und Einstellen des Konfigurationscodes verwen-det. Die Elektronikplatinen für Waschautomaten sind von der Hardware her identisch füreine gesamte Baureihe, und müssen über diesen Code auf die Besonderheiten des Ein-zelne Modells programmiert werden. Dies muß beim Austausch der Platine erfolgen,und hier ist Fehlervermeidung entscheidend.
D
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7. Meßmöglichkeiten
Bei der Aufzählung von Meßmöglichkeiten wollen wir nicht darauf eingehen, was mitspezielleren Meß- und Anzeigeinstrumenten in der Werkstatt oder im Labor möglich ist.
Vielmehr beschränken wir uns auf jene Messungen, die mit einem üblichen Vielfach-meßgerät relativ schnell an Ort und Stelle zu machen sind. Dieses eine Gerät sollteaber auch immer bei der Hand sein, und die Meßmöglichkeiten aber sollen vom KD-Techniker aktiv genutzt werden.
Es können gemessen werden:
x Funktionsparameter
x Elektrische Größen an Komponenten, mit dem Vielfachmeßgerät; hier wiederum:
x wenn Gerät am Netz: Spannungen, u. U. Ströme
x wenn Gerät vom Netz getrennt: Widerstände
Hier muß aber gesagt werden, daß nicht immer alle Möglichkeiten uneingeschränkt zurVerfügung stehen. Messungen am unter Spannung stehenden offenen Gerät sind ineinigen Ländern, z. B. Großbritannien, grundsätzlich verboten. Auch wo dies nicht derFall ist, sind sie nur in dem Umfang durchzuführen, in dem die volle Sicherheit des KD-Technikers und der Umgebung gewährleistet werden kann.
Was kann gemessen werden?
1. Spannungsversorgung des Gerätes, also:
x Liegt die korrekte Spannung am Geräteanschluß (Steckdose / Festanschluß) an?
x Ist das Gerät richtig angeschlossen?
x Ist Spannung an der Anschlußbuchse im Gerät vorhanden?
2. Spannungsverlauf zu den Komponenten:
x nachdem die möglicherweise defekte Komponente identifiziert worden ist, einenBetriebszustand wählen, in dem zu erwarten ist, daß diese Komponente mitSpannung versorgt wird. Spannung kann nun an den Anschlußklemmen gemes-sen werden. Falls vorhanden, ist Defekt in der Komponente selbst zu suchen.
Falls nicht, ist der Verlauf der Anschlußkabel zu verfolgen und die Spannung anweiteren geeigneten Stellen zu messen. So können Kabel- oder Kontaktschädenidentifiziert, bzw. der Fehler weiter eingegrenzt werden. Anmerkung: anhand vonService-Handbuch und Schaltbild sicherstellen, daß fehlende Spannung nicht aufAuslösung einer Sicherheitsfunktion zurückzuführen ist.
x ist geeignetes Meßgerät vorhanden (z.B. Zangen-Amperemeter), kann in einigenFällen auch der Strom gemessen werden. Messung von Arbeitsströmen mit demVielfachmeßgerät ist oft nicht praktikabel.
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3. Signalspannungen an Ein- und Ausgängen der Elektronik sowie an Sensoren
x An temperaturabhängigen Widerständen: es sind Werte zu erwarten, die grob beider Hälfte der Signalspannung liegen; bei Erwärmung muß sich die Spannung indie gleiche Richtung wie der Widerstand verändern
x an Schaltern jeder Art (Reedschalter, Druckwächter, Thermostat, Strömungs-schalter, usw.): Spannung = Null bei geschlossenem, Signal- oder Betriebsspan-nung bei offenen Schalter. Es soll die Veränderung des Schaltzustandes herbei-geführt werden, um beide Zustände zu messen.
x Tachogenerator: durch Drehen mit der Hand kann eine Spannung von einigenVolt erzeugt werden
4. Funktionsparameter
x Temperaturen
x bei Kochgeräten: Backofentemperatur
x bei Kühl- und Gefriergeräten: in erster Linie Temperaturen im Innenraum, au-ßerdem Temperaturen am Kühlkreislauf. Bei Messungen im Innenraum istdarauf zu achten, daß nicht die Lufttemperatur, sondern die mittlere Lager-temperatur erfaßt wird à z. B. in einem Wasserglas, das schon ca. 30 Minu-ten im Kühlschrank gelegen hat
x bei verschiedenen Geräten: Schalttemperaturen von Thermostaten
x Zeit / Programmablauf: anhand des Service-Handbuches soll festgestellt undgemessen werden, daß die Programmschritte in der vorgegebenen Reihenfolgeund Zeit ablaufen. Es ist wenn möglich, ein KD-Testprogramm zu wählen, da an-dere Programme variabel ablaufen können.
5. Widerstände, und zwar:
x von Komponenten (Heizelemente, Motorwicklungen, Spulen von Magnetventilen):es soll gemessen werden, daß der Widerstand dem vorgegebenen Wert ent-spricht. Dieser ist in der Regel im Service-Handbuch zu finden. Auch ohneKenntnis des genauen Wertes kann die Messung wichtige Anhaltspunkte liefern:
x ein sehr geringer Wert läßt auf einen Kurzschluß schließen
x ein sehr hoher auf eine Unterbrechung
x von Sensoren:
x bei temperaturabhängigen Widerständen (NTC, PTC, Pt..): Tabellen oder Kur-ven sind in der Regel im Handbuch zu finden Auf jeden Fall soll der Wider-stand bei Erwärmung, etwa mit der Hand, die zu erwartende Veränderungzeigen: fallend bei NTC, steigend bei PTC oder Pt.. .
Alternativ können temperaturabhängige Widerstände mit einer Widerstands-dekade simuliert werden.
x bei Schaltern: sehr geringer Wert bei geschlossenem, sehr hoher bei offenenSchalter. Es soll die Veränderung des Schaltzustandes herbeigeführt werden,um beide Zustände zu messen.
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x von Verdrahtung und Kontakten:
x sind auf niedrigen Widerstand zu prüfen. Kontakte bewegen, um festzustellen,ob sich der Wert ändert.
Bei allen Widerstandsmessungen sollte, sicher auch abhängig von der Zugänglichkeit,möglichst die gesamte Verdrahtung „mitgenommen“ werden. Also z.B. Stecker von derElektronik abziehen und ab hier messen. Liegen die Werte im normalen Bereich, so hatman mit einer einzigen Messung sowohl Verdrahtung, als auch Bauteil geprüft. Erstwenn die Meßwerte von den Vorgaben abweichen, muß man sich bis zum Bauteil selbstdurcharbeiten.
Hier muß auch gesagt werden, daß es für einige Komponenten keine einfachen Meß-möglichkeiten gibt. Manchmal bietet sich die Überprüfung durch Austausch an, z.B. fürden analogen Drucksensor. Wichtig, wenn man diese Methode wählt: stellt es sich her-aus, daß das Bauteil nicht defekt war, bitte das alte Teil wieder einsetzen.
Bitte nicht vergessen: es nimmt nicht viel Zeit, die Meßergebnisse und –bedingungenzu protokollieren, kann aber enorm helfen, wenn sich der Fall später als komplizierterherausstellt, wenn Rückfragen oder Reklamationen zu bearbeiten sind.
