DE102007056918B3

DE102007056918B3 - Verfahren zur Regelung eines Spülgangs in einem wasserführenden Haushaltsgerät

Info

Publication number: DE102007056918B3
Application number: DE102007056918A
Authority: DE
Inventors: Michael Georg Rosenbauer
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2027-11-28
Also published as: EP2217131A1; CN101877993B; WO2009068391A1; CN101877993A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Spülgangs in einem wasserführenden Haushaltsgerät, insbesondere Geschirrspül- oder Waschmaschine, auf eine vorbestimmte Abtragsleistung durch Anpassen von wenigstens einem Betriebsparameter des wasserführenden Haushaltsgeräts, wenigstens umfassend die Schritte: (a) Erfassen (S10) einer in das wasserführende Haushaltsgerät eingelassenen Füllmenge (Vist), (b) Bestimmen (S12) einer Füllmengenabweichung (DeltaV) der eingelassenen Füllmenge (Vist) von einer vorbestimmten Soll-Füllmenge (Vsoll), und (c) Anpassen (S24, S26) zumindest eines Betriebsparameters derart, dass unter Berücksichtigung der Füllmengenabweichung (DeltaV) die vorbestimmte Abtragsleistung erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Spülgangs in einem wasserführenden Haushaltsgerät.
Bei wasserführenden Haushaltsgeräten, wie bspw. Geschirrspülmaschinen, werden bei der Bemessung der für den Spülgang einzufüllenden Wassermenge Toleranzen dadurch berücksichtigt, dass die Füllmenge größer als die Soll-Füllmenge gewählt wird. Um sicherzustellen, dass bei einer Geschirrspülmaschine mit einer Füllmengentoleranz von ±0,1 ltr. bei 100% der Geräte aus einer Produktionsreihe eine Soll-Füllmenge V_soll von 3,5 ltr. zuläuft, werden daher 3,6 ltr. ±0,1 ltr. eingefüllt. Viele Geräte arbeiten daher mit mehr Wasser als der Soll-Füllmenge. Da pro Spülgang je nach Gerätetyp und gewähltem Spülprogramm bis zu sechs Wasserwechsel ausgeführt werden, kann der zusätzliche Wassermehrverbrauch erheblich sein.
Um optimale Leistungswerte für die die Leistungsfähigkeit einer Geschirrspülmaschine beeinflussenden Größen zu erzielen, sind auch Toleranzen derjenigen Bauelemente des Geschirrspülmaschine zu minimieren, die diese Größen beeinflussen. Die Toleranzen zu verringern, beispielsweise durch sehr genaue Dosierung der Menge des zugeführten Wassers, ist jedoch aufwändig und wegen der benötigten zusätzlichen Elemente kostspielig.
DE 40 38 802 A1 offenbart eine Geschirrspülmaschine mit einer Regelung des Ablaufs von Arbeitsprogrammen durch einen Mikrocomputer, bei dem die zulaufende Wassermenge über einen an den Mikrocomputer angeschlossenen Mengenmesser erfasst wird. Damit können die Arbeitsprogramme bereits genauer gesteuert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den füllmengetoleranzbedingten Wassermehrverbrauch und damit auch die zum Aufheizen des eingefüllten Wassers benötigte Energie zu verringern, ohne das die Reinigungsleistung reduziert wird.
Das Prinzip der Erfindung besteht darin, auf der Grundlage der tatsächlich eingefüllten Ist-Füllmenge andere Betriebsparameter, wie bspw. den Druck und/oder die Drehzahl einer Umwälzpumpe oder eine Umwälzzeit von Spülflotte so zu regeln, dass eine gleiche Abtragsleistung erreicht wird, die für eine Soll-Füllmenge erforderlich wäre.
Bei einfachen Geschirrspülmaschinen sind einige vorbestimmte Spülgänge mit vorbestimmten Sätzen von Soll-Betriebsparametern, wie Füllmenge des Wassers, Spültemperatur, Volumenstrom beim Umwälzen des Spülwassers und Spüldauer, in einer Steuerungsvorrichtung vorprogrammiert und durch den Benutzer wählbar. Die Soll-Betriebsparameter-Sätze sind auf eine bestimmte Standard-Beladung mit Spülgut ausgelegt. Dafür wird eine bestimmte Abtragsleistung bereitgestellt. Komfortablere Geschirrspülmaschine umfassen Einrichtungen zum Bestimmen der Beladung und zum Bestimmen und Einstellen von beladungsabhängigen Sätzen von Soll-Betriebsparametern entsprechend einer beladungsabhängigen Abtragsleistung, um damit z. B. bei geringer Beladung Zeit und Energie zu sparen.
Die während eines Spülgangs zum Spülen bereitgestellte Abtragsleistung (AE) ist ein Maß für die Reinigungswirkung. Sie ist proportional zu dem Volumenstrom (dV/dt), d. h. der während des Spülgangs umgewälzten Menge des eingefüllten Wassers (Spüllauge), dem Druck (p) an der Sprühdüse und der Umwälzzeit (t) des Spülgangs: AE = const. × dV/dt × p × t. (Gl. AE)
In dieser Gleichung für die Abtragsleistung (AE) berücksichtigt die Konstante „const." weitere, in der Gleichung nicht explizit genannte Betriebsparameter, die die Abtragsleistung ebenfalls beeinflussen. Dazu gehören z. B. die Reinigungstemperatur und die Art des verwendeten Spülmittels.
Die Lösung der Aufgabe besteht daher in einem Verfahren zur Regelung eines Spülgangs in einem wasserführenden Haushaltsgeräts, insbesondere Geschirrspül- oder Waschmaschine, auf eine vorbestimmte Abtragsleistung durch Anpassen von wenigstens einem Betriebsparameter des wasserführenden Haushaltsgeräts, wenigstens umfassend die Schritte:

(a) Erfassen (S10) einer in das wasserführende Haushaltsgerät eingelassenen Füllmenge (V_ist),
(b) Bestimmen (S12) einer Füllmengenabweichung (ΔV) der eingelassenen Füllmenge (V_ist) von einer vorbestimmte Soll-Füllmenge (V_soll), und
(c) Anpassen (S24, S26) zumindest eines Betriebsparameters, derart, dass unter Berücksichtigung der Füllmengenabweichung (ΔV) die vorbestimmte Abtragsleistung erreicht wird

Die in Schritt c) zu regelnden Betriebsparameter können beispielsweise eine Fördermenge pro Zeiteinheit (F = dV/dt) der umgewälzten Spülflotte, deren Druck (p), eine Drehzahl (n) von Umwälzmitteln sowie die Umwälzzeit bzw. Spüldauer (t) des Spülgangs umfassen. Diese Betriebsparameter sind mit in herkömmlichen Geschirrspülmaschinen ohnehin vorhandenen Bauelementen leicht und mit deutlich geringeren Toleranzen regelbar als die Füllmenge.
Nach diesem Verfahren ist es nicht notwendig, die Füllmenge genau, z. B. auf 3,5 ± 0,1 Liter zu dosieren bzw. zu regeln. Stattdessen wird zunächst die eingelassene Ist-Füllmenge gemessen, was technisch weniger aufwändig ist, und in Schritt (b) die Füllmengen-Abweichung bestimmt. Dann wird in Abhängigkeit von der Füllmengenabweichung ein anderer, von der Füllmenge verschiedener Betriebsparameter so bestimmt und angepasst, dass trotz bzw. mit der von der Soll-Füllmenge abweichenden Ist-Füllmenge die Abtragsleistung und mithin die gewünschte Reinigungsleistung erzielt wird. So kann die Füllmenge von bspw. 3,6 ± 0,1 Liter, um eine Mindestmenge von 3,5 Litern zu gewährleisten, auf 3,5 ± 0,1 Liter reduziert werden.
Zur Erfassung der tatsächlichen Füllmenge (V_ist) kann bei einem konstanten Einfüll-Volumenstrom die Füllzeit eines Referenzvolumens gemessen werden. Auch kann ein Flügelradsensor bereitgestellt und ausgelesen werden.
In Schritt (c) können die Fördermenge (F) pro Zeiteinheit oder die Drehzahl (n) von Umwälzmitteln während des Spülgangs angepasst bzw. geregelt werden. Insbesondere kann die Fördermenge pro Zeiteinheit (F = dV/dt) in Abhängigkeit von der Füllmengenabweichung (ΔV) auf eine Regel-Fördermenge (F_regel) angepasst werden, wenn sie um eine Fördermengen-Abweichung (ΔF = F_regel – F_soll) von einer Soll- Fördermenge (F_soll) abweicht. Bei einer drehzahlregelbaren Umwälzpumpe gilt Entsprechendes für eine Drehzahl (n) der Umwälzpumpe, die auf eine Regel-Drehzahl (n_regel) angepasst wird, wenn sie um eine Drehzahl-Abweichung (Δn = n_regel – n_soll) von der Soll-Drehzahl (n_soll) abweicht. Wenn die Ist-Füllmenge (V_ist) größer ist als die Soll-Füllmenge (V_soll) bzw. die Füllmengenabweichung (ΔV = V_ist – V_soll) positiv (Überfüllung), ist die Fördermengen-Abweichung (ΔF) ebenfalls positiv bzw. die Regel-Fördermenge (F_regel) größer als die Soll-Fördermenge (F_soll) einzustellen und umgekehrt.
Die Fördermenge der Umwälzmittel ist im Normalfall direkt proportional zur Drehzahl der Umwälzpumpe. Bei einer Unterfüllung muss die Fördermenge bzw. die Drehzahl verringert werden, um zu vermeiden, dass die Umwälzpumpe aufgrund des geringeren Wasserdrucks an ihrer Ansaugseite „leerläuft" und Luft ansaugt. Dies führt zu erhöhter Geräuschentwicklung, Drehzahlschwankungen und einer reduzierten Förderleistung. Umgekehrt wird bei einer Überfüllung der erhöhte Wasserdruck an der Ansaugseite der Umwälzpumpe dadurch ausgenutzt, dass die Fördermenge bzw. die Drehzahl erhöht und dabei z. B. bei gleicher Abtragsleistung die Zeit verkürzt wird.
Die Abweichung von der Soll-Fördermenge oder der Soll-Drehzahl kann so bestimmt werden, dass die relative Abweichung der Fördermenge (ΔF/F_soll) in Bezug auf die Soll-Fördermenge (F_soll) bzw. die relative Abweichung der Drehzahl (Δn/n_soll) in Bezug auf die Soll-Drehzahl (n_soll) gleich der relativen Füllmengenabweichung (ΔV/V_soll) in Bezug auf die Soll-Füllmenge (V_soll) ist. Dies führt zu einem im Wesentlichen proportionalen, d. h. hardware-technisch und/oder software-technisch einfachen und stabilen Regelalgorithmus.
In Schritt (c) kann entsprechend auch die Umwälzzeit (T) angepasst werden. Insbesondere kann sie sich in Abhängigkeit von der Füllmengenabweichung (ΔV) auf eine Regel-Umwälzzeit (T_regel) einstellen, die um eine zur Füllmengenabweichung (ΔV) betragsgleiche Abweichung (ΔT) in Bezug auf eine Soll-Umwälzzeit (T_soll) abweicht. Wenn die Ist-Füllmenge (V_ist) größer ist als die Soll-Füllmenge (V_soll) bzw. die Füllmengenabweichung (ΔV = V_ist – V_soll) positiv, d. h. großer als Null, ist jetzt die Regel-Umwälzzeit (T_regel) allerdings kleiner als die Soll-Umwälzzeit (T_soll) bzw. die Abweichung der Umwälzzeit (ΔT) negativ zu wählen und umgekehrt.
Die Regelung der Umwälzzeit kann mit der Regelung der Fördermenge bzw. Drehzahl der Umwälzmittel vorteilhaft kombiniert werden. Denn bei einer Unterfüllung wird die Verringerung der Fördermenge bzw. der Drehzahl, die einer Reduzierung des Volumenstroms (dV/dt) und des Drucks (p) in Gleichung (AE) entspricht, durch eine Verlängerung der Umwälzzeit t kompensiert, so dass die Abtragsleistung nach Gleichung (AE) konstant bleibt. Der Energieverbrauch der längeren Umwälzzeit wird durch die Energieeinsparung aufgrund der geringeren Füllmenge kompensiert. Umgekehrt wird bei einer Überfüllung die Erhöhung der Fördermenge bzw. der Drehzahl, der eine Vergrößerung des Volumenstroms (dV/dt) und des Drucks (p) in Gleichung (AE) entspricht, durch eine Verkürzung der Umwälzzeit t kompensiert, so dass die Abtragsleistung nach Gleichung (AE) wiederum konstant bleibt. Der Energieverbrauch durch die erhöhte Füllmenge wird durch die Energieeinsparung aufgrund der verkürzten Umwälzzeit teilkompensiert.
Dabei kann die Abweichung (ΔT) so bestimmt werden, dass die relative Abweichung (ΔT/T_soll) der Umwälzzeit in Bezug auf die Soll-Umwälzzeit (T_soll) gleich der relativen Abweichung (ΔV/V_soll) der eingelassenen Füllmenge in Bezug auf die Soll-Füllmenge (V_soll) ist. Auch dies führt zu einem im Wesentlichen proportionalen, d. h. technisch einfachen und stabilen Regelungsalgorithmus.
In Kombination mit der proportionalen Regelung der Fördermenge bzw. Drehzahl der Umwälzpumpe kompensieren sich also die Regelungen der Fördermenge bzw. Drehzahl und der Umwälzzeit so, dass nach der Gleichung (AE) die Abtragsleistung und damit das Reinigungsergebnis konstant bleiben. In dieser Kombination kann der Schritt (c) folgende Teilschritte umfassen:

(i) Vergleichen der eingelassenen Füllmenge (V_ist) mit der Soll-Füllmenge (V_soll). Ist die eingelassene Füllmenge (V_ist) kleiner, wird die Drehzahl (n) auf eine Soll-Drehzahl (n_soll) und die Umwälzzeit (T) auf eine Soll-Umwälzzeit (T_soll) einangepasst.
(ii) Ist die eingelassene Füllmenge (V_ist) größer als die Soll-Füllmenge (V_soll), wird die Drehzahl (n) auf eine Soll-Drehzahl (n_soll) und die Umwälzzeit (T) auf eine Soll-Umwälzzeit (T_soll) angepasst.

Aus der Drehzahl (n) wird die Fördermenge pro Zeiteinheit (F) angepasst. Die Soll-Drehzahl (n_soll) ist dabei eine Drehzahl, die kleiner als eine einem Arbeitspunkt der Umwälzmittel entsprechende Drehzahl. Entsprechend ist die Soll-Umwälzzeit (T_soll) eine Umwälzzeit, die größer als eine der vorbestimmten Abtragsleistung entsprechende Umwälzzeit ist.
Wenn die eingelassene Ist-Füllmenge größer als die Soll-Füllmenge ist, verringert sich das Risiko des Leerlaufens der Ansaugseite der Umwälzmittel. Die Umwälzmittel können dann mit einer größeren Fördermenge pro Zeiteinheit, also mit einer höheren Drehzahl (n) betrieben werden. Damit gehen eine Erhöhung des Drucks (p) in den Umwälzmitteln und ein durch die größere Füllmenge erhöhter Energieverbrauch sowie eine Erhöhung der Abtragsleistung einher (vgl. Gleichung AE). Der erhöhte Energieverbrauch und die erhöhte Abtragsleistung werden durch eine entsprechende Verkürzung der Umwälzzeit (t) teilkompensiert.
In einem ersten Schritt kann eine mit einem drehzahlsteuerbaren Motor angetriebene Umwälzpumpe auf einen drehzahlstabilen Lauf angepasst werden, indem sie mit einem vom Soll-Arbeitspunkt abweichenden Arbeitspunkt und mit einer in Bezug auf eine Soll-Drehzahl (n_soll) abweichenden Regel-Drehzahl (n(V_ist+) bzw. n(V_ist–)) betrieben wird. Dazu kann in einem zweiten Schritt eine von einer Soll-Umwälzzeit abweichenden Regel-Umwälzzeit bestimmt werden. Eine im ersten Schritt erfolgte Drehzahlverringerung wird durch eine Verlängerung der Umwälzzeit (T) bzw. eine im ersten Schritt erfolgte Drehzahlerhöhung durch eine Verringerung der Umwälzzeit (T) so kompensiert, dass die Abtragsleistung gleich bleibt. In dieser Ausführungsform des ersten Schritts werden in einem wasserführenden Haushaltsgerät in der Regel ohnehin vorhandene Bauelemente benutzt, und es sind keine gesonderten Mittel zum Messen der tatsächlichen Füllmenge erforderlich.
Als Grundlage für das Vorbestimmen der Abtragsleistung für jeden Beladungsgrad kann zuerst die Beladung bestimmt werden. Dazu können beispielsweise das Gewicht des zu spülenden Spülguts oder dessen Gesamtoberfläche erfasst werden. Zu Beginn des Verfahrens kann ferner die Abtragsleistung einschließlich der Soll-Füllmenge (V_soll) und/oder die Soll-Umwälzzeit (T_soll) in Abhängigkeit von der bestimmten Beladung vorbestimmt werden. Bei einem größeren Beladungsgrad als einem Standard wird eine größere Abtragsleistung vorbestimmt und umgekehrt. Vorzugsweise erfolgt die Bestimmung der Abtragsleistung proportional zur Beladung, um für jeden Beladungsgrad ein zufriedenstellendes Reinigungsergebnis zu erzielen. Bspw. wird für Glas eine geringe Abtragsleistung als für normales Spülgut und für besonders stark verschmutztes Spülgut eine besonders hohe Abtragsleistung vorsehen. Ferner kann in einer bevorzugten Ausführungsform ein Wahl der Abtragsleitung durch eine Programmwahl erfolgen, mit der eine bestimmte Abtragsleitung vorgegeben wird, deren Erreichung durch das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet wird.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe dient auch ein wasserführendes Haushaltsgerät, wie bspw. eine Geschirrspül- oder ein Waschmaschine. Sie umfasst dazu insbesondere eine Messeinrichtung für die tatsächlich eingelassene Füllmenge (V_ist). Als Betriebsparameter eines Arbeitsgangs sind in der Regel eine Umwälzzeit sowie eine Fördermenge oder eine Drehzahl der Umwälzmittel vorgesehen. In herkömmlichen wasserführenden Haushaltsgeräten sind dafür eine bestimmte Soll-Umwälzzeit (T_soll) sowie eine einem Arbeitspunkt der Umwälzmittel entsprechende, bestimmte Soll-Fördermenge (F_soll) oder Soll-Drehzahl (n_soll) vorbestimmt und in einer Regelungseinheit vorprogrammiert.
Erfindungsgemäß umfasst das wasserführende Haushaltsgerät eine Regelungseinheit zur Umsetzung des oben beschriebenen Verfahrens. Sie bestimmt Abweichungen der Betriebsparameter von den bestimmten Betriebsparametern der Umwälzmittel, um die Betriebsparameter auf eine vorbestimmte Abtragsleistung zu regeln.
Die Umwälzmittel können eine Umwälzpumpe mit einem drehzahlsteuerbaren Elektromotor umfassen. Er kann ein Asynchronmotor, ggf. mit Phasenanschnitt und Drehzahlanpassung, ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einem Permanentmagneten (BLDC-Motor) oder ein Synchronmotor mit Frequenzumrichter sein, der eine sensorlose Drehzahlerfassung ermöglicht.
Die tatsächliche Füllmenge (V_ist) kann mittels eines Behälters mit einem Referenzvolumen, beispielsweise einem in herkömmlichen wasserführenden Haushaltsgeräts bereits verwendeten Wasserspeicher, der in wärmeleitendem Kontakt mit dem Spülraum steht, oder mit einem Füllstandssensor erfasst werden. Der Wasserpeicher besteht vorzugsweise aus einem an einer Seite einer Spülkammer angeordneten, mit Wasser befüllbarer Behälter, der eine schmale und hohe Form aufweist. Durch diese Form kann die Höhe des Wasserspiegels bzw. die Füllmenge mit einer hohen Auflösung bestimmt werden. Der Füllstandssensor kann als kapazitiver oder als induktiver Sensor ausgebildet sein, oder er kann eine sich über das vom Sensor abgedeckte Höhenintervall erstreckende, fächer- oder blattförmige Lichtschranke umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die tatsächlich eingelassene Füllmenge mit einer in einer Wassereinlassleitung angeordneten Flügelradzähler erfasst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Mittel zum Erfassen der tatsächlich eingelassenen Füllmenge einen zum Antrieb der Umwälzpumpe dienenden Elektromotor mit einer lastabhängigen Drehmoment-Kennlinie, Mittel zum Erfassen der Zeitabhängigkeit der Drehzahl, Mittel zum Regeln der Drehzahl des Elektromotors und Mittel zum Erkennen eines Arbeitspunkts des Elektromotors mit konstanter Drehzahl, die so miteinander zusammenarbeiten, dass der Elektromotor auf einer von der tatsächlichen Füllmenge (V_ist) abhängigen Drehzahl eine konstante Last erfährt. Da die dazu erforderliche Hardware ohnehin in herkömmlichen Geschirrspülmaschinen vorhanden ist, sind lediglich eine durch Software realisierbare Regelung und jedenfalls keine Kosten verursachenden Messgeräte erforderlich, um die Füllmenge zu messen.
Das wasserführende Haushaltsgerät kann Mittel zum Bestimmen der Beladung umfassen und ferner Mittel zum Vorbestimmen der Abtragsleistung einschließlich der Soll-Füllmenge (V_soll) und/oder der Soll-Umwälzzeit (T_soll) in Abhängigkeit von der Beladung aufweisen. Damit wird erreicht, dass auch bei variablem Beladungsgrad stets ein gleich bleibend zufrieden stellendes Reinigungsergebnis erzielt wird. Die Mittel zum Bestimmen der Abtragsleistung können so ausgebildet sein, dass die Abtragsleistung proportional zur Beladung angesetzt wird. Dies ist technisch, vor allem software-technisch besonders einfach zu realisieren.
Zur Bestimmung der Beladung können das Gewicht des Spülguts und/oder dessen Gesamtoberfläche erfasst werden. Dazu können Gewichts- oder Drucksensoren an den Spülgutkörben angeordnet sein. Zur Bestimmung der Gesamtoberfläche können optische Mittel dienen, z. B. ein System von in der Spülkammer angeordneten Lichtschranken und/oder eine Kamera mit angeschlossenen Bildverarbeitungsmitteln, mit denen jeweils der Grad der Beladung eines oder mehrerer Spülgutkörbe erfasst werden kann.
Das Prinzip der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beispielshalber noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Geschirrspülmaschine,
2 eine schematische Darstellung von Kennlinien einer mit einem Elektromotor angetriebenen Umwälzpumpe,
3 einen Ablaufplan für das Verfahren zum Regeln eines Spülgangs.
Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen.
Eine schematisch dargestellte Geschirrspülmaschine 2 umfasst eine von einem Spülkammergehäuse 6 begrenzte Spülkammer 4, in der Spülkammer verschiebbar gelagerte und herausnehmbare Spülgutkörbe 8 zum Aufnehmen von Spülgut 10 und einen in der Spülkammer 4 drehbar gelagerten Sprüharm 14 mit einer Vielzahl von Sprühdüsen 16 zum Anstrahlen des Spülguts 10 mit Wasser bzw. Spüllauge.
Die Geschirrspülmaschine 2 enthält ferner ein Wasserzufuhrsystem mit einem neben einer Seitenwand des Spülkammergehäuses 6 angebrachten Wasserreservoir 30 als Wärmespeicher zum Aufnehmen von Wasser mit einer bestimmten Temperatur, einem an der Oberseite des Wasserreservoirs 30 angeordneten Entlüftungsventil 32, einer Anschlussleitung 38 an einem Wasseranschluss 42 mit einem Wasseranschlussventil 44 zum Absperren einer Frischwasserzufuhr (in 1 gekennzeichnet durch einen Pfeil), einer Zulaufpumpe 36, einer Reservoirzulaufleitung 34, einem steuerbaren ersten Zulaufventil 37 zum Öffnen bzw. Schließen der Reservoirzulaufleitung 34, einer Zulaufleitung 50, einem steuerbaren, zweiten Zulaufventil 52 und einem am Wasserreservoir 30 angebrachten Füllstandssensor 48 im Wasserreservoir in der Nähe einer Referenz-Füllstandshöhe 46.
Die Geschirrspülmaschine 2 umfasst ferner einen Umwälzkreislauf, der besteht aus einer Spülkammer 4, einem am Boden der Spülkammer 4 angeordneten Ablauf 18, einer Umwälzansaugleitung 20, einer Ansaugleitung 22, einer Zuführungsleitung 12, dem Sprüharm 14 sowie einer Umwälzpumpe 24 als Umwälzmittel mit einem hinsichtlich seiner Drehzahl steuerbaren Elektromotor 26 als Antrieb. Er ist direkt oder über ein Getriebe mit der Umwälzpumpe 24 gekoppelt.
Schließlich gehört zu der Geschirrspülmaschine 2 ein nicht näher beschriebenes Ablaufsystem 64.
An eine Regelungseinheit (Controller) 76 sind folgende für die Ausführung der Erfindung wichtigen Elemente angeschlossen: Eine Signalleitung 58 überträgt ein Messsignal des Füllstandssensors 48 und ermöglicht so eine direkte Messung der Zulaufmenge V_ist. Eine Motorsteuerleitung 62 leitet Messsignale bezüglich der Drehzahl des Elektromotors 26 an den Controller 76 und übermittelt umgekehrt Signale zum Einschalten und Ausschalten und zum Regeln der Drehzahl.
In dem Wasserzufuhrsystem verbindet die Anschlussleitung 38 den Wasseranschluss 42 mit der Saugseite der Zulaufpumpe 36. Die Reservoirzulaufleitung 34 verbindet, mittels des ersten Zulaufventils 37 schaltbar, die Druckseite der Zulaufpumpe 36 mit dem Wasserreservoir 30. Die Zulaufleitung 50 verbindet, mittels des zweiten Zulaufventils 52 schaltbar, das Wasserreservoir 30 mit dem Umwälzkreislauf und geht nach Einmündung der Umwälzansaugleitung 20 in die Umwälzpumpen-Ansaugleitung 22 über.
Im Betrieb veranlasst der Controller 76 die Zufuhr von frischem Wasser aus dem Wasseranschluss 42 durch eine Zeitsteuerung der Zulaufpumpe 36 oder des ersten Zulaufventils 37. Eine Regelung der Wasserzulaufmenge V_soll über die Zeitdauer der Förderung durch die Zulaufpumpe 36 bzw. der Öffnung der Reservoirzulaufleitung 34 führt zu relativ großen Toleranzen in der zugeführten Wassermenge z. B. durch Druckschwankungen am Wasseranschluss 42 bzw. im Wasserleitungsnetz, an dem die Geschirrspülmaschine 2 angeschlossen ist, oder durch Variationen der Einbauhöhe des Wasseranschlusses 42 in Bezug auf die Höhe der Mündung der Zulaufleitung 50 in den Umwälzkreislauf bzw. in die Spülkammer 4.
Statt dass sich die Betriebsregelung auf eine Soll-Füllmenge V_soll bezieht, wird nun die tatsächlich zugelaufene Wassermenge V_ist gemessen. Die dafür vorgesehene Messung geschieht über den Füllstandssensor 48 am Wasserreservoir 30 mit Signal an den Controller 76. Das Wasserreservoir 30 ist mit im Wesentlichen vertikalen Wandungen begrenzt, so dass die Größe und Form der Wasseroberfläche im Wasserreservoir 30 unabhängig von der Füllhöhe konstant ist. Das Wasserreservoir ist ein regelmäßig geformter, rechteckförmiger, flacher Behälter, der ungefähr die Abmessung der Seitenwand der Spülkammer 4 aufweist. Der Füllstandssensor 48 ist etwa auf der Höhe einer Referenz-Füllstandshöhe 46 angeordnet und misst den tatsächlichen Füllstand in einem Höhenintervall von ±5% um die Referenz-Füllstandshöhe 46. Er ist als kapazitiver Sensor ausgebildet und gibt über die Signalleitung 58 ein Messsignal für den genauen Füllstand des Wasserreservoirs 30 und damit die tatsächlich zugelaufene Füllmenge V_ist an den Controller 76 weiter.
Es wird nun auf 2 Bezug genommen.
2 dient der Veranschaulichung eines Verfahrens zum Messen der tatsächlichen Füllmenge V_ist, bei dem ohnehin für den Spül- bzw. Umwälzbetrieb vorhandene Bauteile der Geschirrspülmaschine 2 verwendet werden. Im Spül- bzw. Umwälzbetrieb wird die tatsächlich eingelassene Wassermenge von der Umwälzpumpe 24 umgewälzt. Dabei steuert der Controller 76 über die Steuerleitung 62 den Zeitpunkt des Einschaltens und des Ausschaltens des Elektromotors 26 der Umwälzpumpe 24 und mithin die Umwälzzeit T. Im eingeschalteten Zustand des Motors 26 steuert der Controller 76 außerdem die Drehzahl n des Motors 26.
In 2 sind die Drehzahl n des Elektromotors 26 auf der Abszisse 82 und das vom Motor 26 entwickelte Drehmoment M als Ordinate 80 aufgetragen. Die Kurve 84 veranschaulicht den für einen Motor 26 charakteristischen Zusammenhang zwischen dem Drehmoment M und der Drehzahl n, also die Motor-Kennlinie. Die Kurve 86 gibt den für die Umwälzpumpe 24 charakteristischen, monoton steigenden Zusammenhang zwischen der Last M und der Drehzahl n der Umwälzpumpe 24 für eine bestimmte Füllmenge an, also die Pumpenlast-Kennlinie für die Soll-Füllmenge V_soll. Der Schnittpunkt 88 der Pumpenlast-Kennlinie 86 mit der Motor-Kennlinie 84 ist der Arbeitspunkt für die Soll-Füllmenge V_soll der Umwälzpumpe 24 bei der Drehzahl n_soll = n(V_soll).
Am Arbeitspunkt ist die Drehzahl n des Motors 26 in Übereinstimmung mit der Pumpenlast M für die zugehörige Füllmenge und ermöglicht einen ruhigen Lauf des Motors 26 ohne Schwankungen der Drehzahl n. Bei einer in Bezug auf den Arbeitspunkt zu hohen Drehzahl kann die Umwälzpumpe 24 zusätzlich zum Wasser auch Luft ziehen, was zu einer erhöhten Geräuschentwicklung sowie zu einer Last- und Drehzahlschwankung führt. Bei einer in Bezug auf den Arbeitspunkt zu niedrigen Drehzahl n ist der Ansaugdruck für die Umwälzpumpe 24 zu hoch und es kann zu Druckschwankungen in der Ansaugleitung 22 und mithin ebenfalls zu Drehzahlschwankungen kommen.
Jede Füllmenge hat einen eigenen Arbeitspunkt auf einer eigenen Kennlinie. Zu einer im Vergleich zur Soll-Füllmenge V_soll um ΔV größere Füllmenge gehört die Pumpen-Kennlinie 90, die die Motor-Kennlinie 84 am Arbeitspunkt 92 bei der Drehzahl n(V_soll + ΔV) > n_soll schneidet. Zu einer um ΔV/2 kleineren Füllmenge gehört die Pumpen-Kennlinie 94, die die Motor-Kennlinie 84 am Arbeitspunkt 96 bei der Drehzahl n(V_soll – ΔV) < n_soll schneidet. Für eine Pumpen-Motor-Kombination mit bekannter Motor-Kennlinie 84 kann also durch Messen der Drehzahl n des zugehörigen Arbeitspunkts die tatsächliche Füllmenge V_ist bestimmt werden.
Zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Drehzahl n der Pumpen-Motor-Kombination um eine der Soll-Füllmenge V_soll zugeordnete Soll-Drehzahl n_soll variiert, bis sich ein Laufen der Pumpen-Motor-Kombination mit stabiler Drehzahl n einstellt. Bei einer Unterfüllung (V_ist < V_soll) ergibt sich eine Drehzahl n_ist < n_soll. Mit der Verringerung der Drehzahl n verringern sich auch der Pumpendruck p und die Fördermenge F = dV/dt. Im Gegenzug vergrößert sich die Umwälzzeit T so, dass nach der Gleichung (AE) die Abtragsleistung gleich bleibt. Der durch die erhöhte Umwälzzeit T vergrößerte Energieverbrauch wird also durch die Energieeinsparung aufgrund der geringeren Füllmenge V_ist kompensiert.
Bei einer Überfüllung (V_ist > V_soll) stellt sich eine Drehzahl n_ist > n_soll ein. Entsprechend vergrößern sich der Pumpendruck p und die Fördermenge F = dV/dt; die Umwälzzeit T verkleinert sich. Der Energieverbrauch aufgrund der höheren Füllmenge V wird also durch die verkürzte Umwälzzeit T kompensiert.
Die sich ergebende geringere Fördermenge pro Zeiteinheit bei einer Unterfüllung verringert das Risiko des Leerlaufens der Ansaugleitung 22 und vermindert eine damit verbundene Geräuschentwicklung. Mit der Reduzierung der Fördermenge dV/dt bzw. der Drehzahl n geht auch eine Reduzierung des Drucks p einher. Die Reduzierung der Fördermenge dV/dt bzw. Drehzahl n und die Reduzierung des Drucks p würden nach Gleichung (AE) zu einer Verringerung der Abtragsleistung führen. Dies wird durch eine entsprechende Verlängerung der Umwälzzeit T kompensiert. Dadurch wird ein gleichbleibend gutes Reinigungsergebnis gewährleistet.
Es wird jetzt auf 3 Bezug genommen.
3 veranschaulicht die wesentlichen Schritte des Regelungsverfahrens während eines Spülgangs. Nach dem Start S2 wird in S4 zunächst die Beladung 10 der Spülkammer 4 bestimmt. Anschließend wird in S6 die für ein ausreichendes Reinigungsergebnis der Beladung 10 erforderliche Abtragsleistung AE ermittelt. Dazu wird das gemessene tatsächliche Gewicht der Beladung 10 mit dem gespeicherten Standardgewicht W_standard einer Standardbeladung verglichen und die für die Standardbeladung gespeicherte StandardAbtragsleistung AE_standard gemäß der Formel AE = AE_standard × (W_ist/W_standard) angepasst. Dann werden in S8 für die in S4 bestimmte Beladung 10 die Soll-Betriebsparameter ermittelt, die zum Erreichen der Abtragsleistung AE erforderlich sind. Das sind insbesondere die Soll-Füllmenge V_soll, die Soll-Fördermenge (dV/dt)_soll bzw. die Drehzahl n_soll für den Umwälzbetrieb und die Soll-Umwälzzeit T_soll. Anschließend wird in S10 die Soll-Füllmenge V_soll an Frischwasser eingelassen und die tatsächlich eingefüllte Ist-Füllmenge V_ist im beginnenden Spülbetrieb gemessen. Daraufhin bestimmt der Controller 76 in S12 die Füllmengenabweichung ΔV = V_ist – V_soll.
Danach wird in S14 überprüft, ob die Füllmengenabweichung ΔV positiv oder negativ ist. Wenn ΔV positiv ist (V_ist > V_soll) und mithin eine Überfüllung vorliegt, wird in S20 die Drehzahl n der Umwälzpumpe 24 erhöht, bis sich ein drehzahlstabiler Lauf einstellt. Damit ist die (erhöhte) Regel-Drehzahl n_regel für diesen Spülgang bestimmt. Dann wird die für diesen Spülgang einzuhaltende Regel-Umwälzzeit T_regel in S22 derart festgelegt, dass die Erhöhung der Regel-Drehzahl n_regel gegenüber der Soll-Drehzahl n_soll durch eine in Bezug auf die Soll-Umwälzzeit T_soll verringerte Regel-Umwälzzeit T_regel kompensiert und nach Gleichung (AE) die Regel-Abtragsleistung gleich der Soll-Abtragsleistung erreicht wird. Für ein negatives ΔV in S14 (V_ist < V_soll), also für eine Unterfüllung, wird in S16 die Drehzahl n der Umwälzpumpe 24 verringert, bis sie einen drehzahlstabiler Lauf erhält. Damit ist die (verringerte) Regel-Drehzahl n_regel für diesen Spülgang bestimmt. Dann wird in S18 die Regel-Umwälzzeit T_regel derart festgelegt, dass die Verringerung der Regel-Drehzahl durch eine verlängerte Regel-Umwälzzeit T_regel kompensiert und nach Gleichung (AE) die Regel-Abtragsleistung gleich der Soll-Abtragsleistung erreicht wird. Ist V_ist = V_soll, also ΔV = 0, dann muss keine Änderung der Drehzahl vorgenommen werden. Dieser seltene Fall ist in 3 nicht dargestellt.
Mit den so bestimmten Betriebsparametern wird dann in S24 der Spülgang durch- und zu Ende geführt, wobei die Umwälzpumpe 24 während der Regel-Umwälzzeit auf die Regel-Drehzahl n_regel angepasst arbeitet. Beim Erreichen der Regel-Umwälzzeit T_regel in S26 wird die Umwälzpumpe 24 gestoppt und damit die Umwälzung beendet. Damit endet der Spülgang in S28.
Da es sich bei dem vorhergehenden, detailliert beschriebenen Geschirrspülmaschine und dem Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch die konkreten Ausgestaltungen der Umwälzmittel und der Regeleinrichtung in anderer Form als in der hier beschriebenen erfolgen. Ebenso können die Messeinrichtungen in einer anderen Form ausgestaltet werden, wenn dies zum Beispiel aus Platz- bzw. designerischen Gründen notwendig ist. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.

2: Geschirrspülautomat
4: Spülkammer
6: Spülkammergehäuse
8: Spülgutkorb
10: Spülgut
12: Zuführungsleitung
14: Sprüharm
16: Sprühdüsen
18: Umwälzablauf
20: Umwälzansaugleitung
22: Ansaugleitung
24: Umwälzpumpe
26: Motor für Umwälzpumpenantrieb
28: Auslass- bzw. Sprühgeschwindigkeit
30: Wasserreservoir
32: Entlüftungsventil
34: Reservoirzulaufleitung
36: Zulaufpumpe
37: erstes Zulaufventil
38: Anschlussleitung
42: Wasseranschluss
44: Wasseranschlussventil
46: Referenz-Füllstandshöhe
48: Füllstandssensor
50: Zulaufleitung
52: zweites Zulaufventil
54: Steuerleitung für erstes Zulaufventil
56: Steuerleitung für Zulaufpumpe
58: Signalleitung vom Füllstandssensor
60: Steuerleitung für zweites Zulaufventil
62: Steuerleitung/Motorsteuerung
64: Ablaufsystem
76: Steuer- und Regelungseinheit/Controller
80: Drehmoment-Ordinate
82: Motordrehzahl-Abszisse
84: Motor-Kennlinie
86: Pumpenlast für Soll-Füllmenge
88: Soll-Arbeitspunkt
90: Pumpenlast für größere Füllmenge
92: Arbeitspunkt für größere Füllmenge
94: Pumpenlast für kleinere Füllmenge
96: Arbeitspunkt für kleinere Füllmenge

Claims

Verfahren zur Regelung eines Spülgangs in einem wasserführenden Haushaltsgeräts, insbesondere Geschirrspül- oder Waschmaschine, auf eine vorbestimmte Abtragsleistung durch Anpassen von wenigstens einem Betriebsparameter des wasserführenden Haushaltsgeräts, wenigstens umfassend die Schritte: (a) Erfassen (S10) einer in das wasserführende Haushaltsgerät eingelassenen Füllmenge (V_ist), (b) Bestimmen (S12) einer Füllmengenabweichung (ΔV) der eingelassenen Füllmenge (V_ist) von einer vorbestimmten Soll-Füllmenge (V_soll), und (c) Anpassen (S24, S26) zumindest eines Betriebsparameters derart, dass unter Berücksichtigung der Füllmengenabweichung (ΔV) die vorbestimmte Abtragsleistung erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) als Betriebsparameter eine Fördermenge pro Zeiteinheit, eine Drehzahl (S24) und/oder eine Umwälzzeit (T) (S26) von Umwälzmitteln (24, 26) angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) – auf Erfassen eines Unterschreitens der Soll-Füllmenge (V_soll) hin eine Fördermenge (F) oder eine Drehzahl (n) der Umwälzmittel (24, 26) auf eine Drehzahl (n(V_ist–)) eingestellt wird, die kleiner als eine Soll-Drehzahl (n_soll) ist, und die Umwälzzeit (T) auf eine Umwälzzeit eingestellt wird, die größer ist als eine der vorbestimmten Abtragsleistung entsprechende Soll-Umwälzzeit (T_soll); oder – auf Erfassen eines Überschreitens der Soll-Füllmenge (V_soll) hin eine Fördermenge (F) oder eine Drehzahl (n) der Umwälzmittel (24, 26) auf eine Drehzahl (n(V_ist+)) eingestellt wird, die größer als eine Soll-Drehzahl (n_soll) ist, und die Umwälzzeit (T) auf eine Umwälzzeit eingestellt wird, die kleiner ist als eine der vorbestimmten Abtragsleistung entsprechende Soll-Umwälzzeit (T_soll).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) eine Anpassung der Betriebsparameter derart erfolgt, dass Drehzahlschwankungen der Umwälzpumpe (24) minimiert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) eine von einer Soll-Umwälzzeit abweichende Regel-Umwälzzeit bestimmt wird, so dass eine in Schritt (c) erfolgte Drehzahlverringerung durch eine Verlängerung der Umwälzzeit oder eine in Schritt (c) erfolgte Drehzahlerhöhung durch eine Verringerung der Umwälzzeit kompensiert wird, sodass die Abtragsleistung (AE) gleich bleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt (a) die Beladung (S4), die Abtragsleistung (S6), die Soll-Füllmenge (V_soll) und/oder die Soll-Umwälzzeit (T_soll) bestimmt werden.
Wasserführendes Haushaltsgerät, insbesondere Geschirrspül- oder Waschmaschine, ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.