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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Haushaltsgerätes mit einem Durchlauferhitzer, wobei das Verfahren die Ermittlung des Verkalkungsgrads des Durchlauferhitzers umfasst. Außerdem betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, das in einem Speicher des Haushaltsgerätes gespeichert ist, sowie ein entsprechendes Haushaltsgerät mit Durchlauferhitzer.
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Haushaltsgeräte mit einem Durchlauferhitzer sind zum Beispiel Kaffeemaschinen oder Kaffeevollautomaten für den Hausgebrauch. Sie besitzen in der Regel ein Rohrleitungssystem zur Zuleitung von Wasser zu einem Durchlauferhitzer bzw. zur Ableitung von Wasser aus dem Durchlauferhitzer in eine Brühkammer. Ein Durchlauferhitzer kann dabei ein Rohrleitungssystem sein, durch das am Einlauf kaltes Wasser eingeleitet wird, im Rohrbereich des Durchlauferhitzers aufgeheizt wird und am Auslauf des Durchlauferhitzers mit einer entsprechend höheren Temperatur wieder herausfließt. Das Prinzip kann aber auch auf Haushaltsgeräte mit einem sogenannten Boilersystem angewendet werden.
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Um einen guten Wärmeübergang in dem Durchlauferhitzer zu erzielen, sind die Rohrquerschnitte meist relativ gering, so dass es leicht zu Kalkablagerungen (CaCO3) an den Innenwänden der Rohre kommt. Kalkablagerungen verursachen zum einen eine Verringerung des Rohrquerschnittes und zum anderen eine Verschlechterung des Wärmeübergangs. Beides beeinträchtigt die Leistungsfähigkeit des Durchlauferhitzers und belastet das Gesamtsystem.
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Üblicherweise wird bei herkömmlichen Kaffeemaschinen oder Kaffeevollautomaten, der Grad der Verkalkung an Hand des Temperaturanstiegs des Heizsystems während des Betriebs ermittelt. In anderen herkömmlichen Geräten wird über eine vorbestimmte Anzahl von Heizzyklen ein Entkalkungsbedarf des Gerätes angezeigt ohne den eigentlichen Verkalkungsgrad zu ermitteln.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Betriebsverfahren für ein Haushaltsgerät mit einem Durchlauferhitzer bereitzustellen, mit welchem der Verkalkungsgrad eines Durchlauferhitzers in dem Gerät zuverlässig ermittelt werden kann, sowie ein Computerprogrammprodukt und ein damit ausgestaltetes Haushaltsgerät.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Betrieb eines Haushaltsgerätes mit Durchlauferhitzer gemäß Oberbegriff mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 7 sowie ein Haushaltsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren umfasst dabei eine Methode zur Ermittlung des Verkalkungsgrades des Durchlauferhitzers. Dabei umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- a) Bestimmen eines Härtegradwertes des Wassers stromauf des Durchlauferhitzers,
- b) Bestimmen eines Härtegradwertes des Wassers stromab des Durchlauferhitzers,
- c) Ermittlung der Differenz des Härtegrades des Wassers zwischen Einlauf und Auslauf des Durchlauferhitzers aus den in den Schritten a und b bestimmten Härtegradwerten, und
- d) Bestimmung des Verkalkungsgrades des Durchlauferhitzers aus der ermittelten Differenz des Härtegrades.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren unter Bestimmung des Verkalkungsgrades eines Durchlauferhitzers aus der vorab ermittelten Differenz von Härtegradwerten kann man im Betrieb eines Haushaltsgerätes den Grad der Verkalkung qualitativ bzw. auch quantitativ anzeigen und entsprechend weiter verwenden. So kann zum Beispiel dem Benutzer die Notwendigkeit zur Entkalkung des Geräts angezeigt werden oder auch eine automatische Entkalkung vorgenommen werden. Im Gegensatz zu den bisherigen Methoden wie der Bestimmung des Verkalkungsgrades an Hand des Temperaturanstiegs des Heizsystems oder einer bloßen Abschätzung des Verkalkungsgrades an Hand der Anzahl der Heizzyklen nutzt das erfindungsgemäße Verfahren eine direkte Bestimmungsmethode. Dadurch kann eine höhere Genauigkeit der Bestimmung des Verkalkungsgrades erreicht werden, was zu einer Optimierung der Entkalkungsmittelnutzung führt, da unter Umständen unnötige Entkalkungsschritte vermieden werden.
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Der Ort der Bestimmung des Härtegradwertes stromauf des Durchlauferhitzers kann vor einem oder in einem Einlauf in den Durchlauferhitzer liegen, stromab folglich in einem oder nach einem Auslauf des Durchlauferhitzers. Die Reihenfolge der Schritte a) und b) ist dabei nicht festgelegt. So kann zum Beispiel der Härtegradwert des Wassers im Auslauf auch nach der Bestimmung des Härtegradwertes des Wassers im oder vor dem Einlauf in den Durchlauferhitzer durchgeführt werden. Alternativ kann der Wert vor dem oder im Einlauf auch abgeschätzt, voreingestellt oder nur in bestimmten Intervallen, z.B. bei jeder neuen Befüllung des Haushaltsgerätes mit Wasser oder nach einer Anzahl von Kaffeebezügen, z.B. nach 5, 10, 15, 20, 25, oder 50 durchgeführten Kaffeebezügen, bestimmt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt a) der Härtegradwert des Wassers vor dem oder im Einlauf durch Übernahme eines vorab festgelegten Härtegradwertes an Hand eines abgeschätzten oder vorab gemessenen Wertes bestimmt. Der vorab festgelegte Wert kann in einen Gerätespeicher eingelesen und darin gespeichert werden, bis der Wert durch einen erneut festgelegten Wert zu einem späteren Zeitpunkt ersetzt wird. Dies bietet sich zum Beispiel dann an, wenn ein Haushaltsgerät beispielsweise mit einem Filter zur teilweisen Entfernung der im Wasser enthaltenen, leicht ausfallenden Verbindungen betrieben wird, da dann gewöhnlich der Härtegrad nicht so stark schwankt bzw. weitgehend konstant über einen längeren Zeitraum ist. Auch bei im Härtegrad wenig variierenden Wasserreserven kann ein solches Verfahren zweckmäßig sein, da verfahrenstechnisch ein Messschritt weggelassen werden kann und durch einen konstant bleibenden Wert ersetzt wird.
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Der Härtegrad von Wasser wird im Allgemeinen von der Gesamthärte oder der Karbonathärte bestimmt. Dabei tragen zur Gesamthärte sowohl die schwerlöslichen Sulfatsalze, wie zum Beispiel MgSO4 oder CaSO4, als auch die Karbonatsalze, wie z.B. Ca(HCO3)2, bei. Die Karbonathärte dagegen beruht alleine auf den Karbonatsalzen, die gegenüber den Sulfatverbindungen im wässerigen Medium leichter löslich sind. Demnach wird in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Schritten a) oder b) oder in beiden Schritten die Karbonathärte des Wassers gemessen und zur Ermittlung des oder der Härtegradwerte(s) herangezogen.
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Für die Messung des Härtegradwertes kann in einem bevorzugten Verfahren in den Schritten a) oder b) oder in beiden Schritten der Leitwert des Wassers vor und nach dem Durchlauferhitzer gemessen werden. Der Leitwert, der auch Konduktanz bezeichnet wird, ist der Kehrwert des elektrischen Widerstandes am jeweiligen Messpunkt bzw. der jeweiligen Messstrecke am Einlauf bzw. am Auslauf des Durchlauferhitzers.
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Aus den beiden in den Schritten a) und b) bestimmten Härtegradwerten des Wassers vor oder im Einlauf in den Durchlauferhitzer oder im oder nach dem Auslauf aus dem Durchlauferhitzer wird im Schritt c) die Differenz der Härtegradwerte bestimmt. Aus dieser Differenz der Härtegradwerte wird im Schritt d) der Verkalkungsgrad des Durchlauferhitzers bestimmt. Ist der Durchlauferhitzer nicht verkalkt ist der Härtegradwert am Ein- bzw. Auslauf nur unwesentlich unterschiedlich. Der Grund dafür ist, dass in einem wenig verkalkten Durchlauferhitzer nur wenige Kristallisationskeime an den Oberflächen vorhanden sind, an denen sich weiterer Kalk ablagern könnte. Deshalb gelangen mehr Ionen durch den Durchlauferhitzer. Andersherum ist bei einem stark verkalkten Durchlauferhitzer die Kalkablagerungsgeschwindigkeit auf Grund der Vielzahl an Kristallisationskeimen deutlich schneller, so dass die Ionenkonzentration im Durchlauferhitzer schneller abnimmt. Je nach Stärke des Verkalkungsgrades weicht der Härtegradwert am oder nach dem Auslauf von dem Härtegradwert am Einlauf in einem messbaren Maße ab. Über das Ergebnis der Ermittlung der Differenz der Härtegradwerte am Ein- und Auslauf kann man so auf den Verkalkungsgrad des Durchlauferhitzers zurückschließen.
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Darüber hinaus kann man in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, nicht nur den Verkalkungsgrad bestimmen, sondern auch den Benutzer entsprechend informieren oder anleiten, Maßnahmen zur Entkalkung zu ergreifen. Dazu kann das Verfahren den zusätzlichen Schritt der Anzeige des Verkalkungsgrades oder der Notwendigkeit der Entkalkung des Haushaltsgerätes umfassen. Eine beispielhafte Möglichkeit der Anzeige des Verkalkungsgrades ist ein Aufleuchten einer Kontrolllampe bei Überschreiten eines vorab festgelegten Schwellenwertes, die angibt, dass entweder eine Verkalkung vorliegt oder dass bei Vorliegen einer Verkalkung eine Entkalkung angeraten wird. Alternativ kann die Anzeige auch den Verkalkungsgrad etwa an Hand einer Skala, z. B. von 0 bis 100 Prozent, angeben. Dies kann wiederum in Form entsprechender Kontrolllämpchen oder aber auch über eine Digitalanzeige erfolgen. Dadurch wird der Benutzer des Haushaltsgerätes über den aktuellen Zustand des Durchlauferhitzers, also des Warmwassererzeugers, des Haushaltsgeräts informiert. Das ermöglicht dem Benutzer, den optimalen Zeitpunkt für eine Entkalkung festzustellen und die Entkalkung entsprechend durchzuführen. Bei einer frühzeitigen Entkalkung, d.h. einem geringen Verkalkungsgrad von z. B. 40 bis 70 %, reicht auch eine geringe Menge an Entkalkungsmittel, um den Durchlauferhitzer wieder in einen weitgehend gereinigten Betriebszustand zurückzusetzen. Dadurch kann man nicht nur die Menge an benötigtem Entkalkungsmittel verringern, sondern man kann auch mit weniger konzentrierten Lösungen arbeiten. Diese sind in der Regel nicht so aggressiv und materialschonender, so dass dadurch auch die Lebenszeit eines Haushaltsgeräts verlängert werden kann.
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Alternativ kann der Zeitpunkt des Entkalkungsbedarfs durch die vorstehend beschriebene Verkalkungserkennung im Gegensatz zu den bisher üblichen vorgeschriebenen, meist häufigen Entkalkungszyklen genauer bestimmt werden. Dadurch werden durch die verbesserte Bestimmung des Entkalkungsbedarfs die Zeitintervalle zwischen den Entkalkungszyklen verlängert und bei herkömmlichen Systemen häufig durchgeführte, unnötige Entkalkungsschritte vermieden. Dies spart wiederum Entkalkungsmittel ein.
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Anschließend an die Schritte der Ermittlung des Verkalkungsgrades, kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise den zusätzlichen Schritt des Auslösens und/oder des Steuerns eines Entkalkungsprozesses umfassen. Ein solches an die Verkalkungsermittlung anschließende Steuerungsverfahren kann insbesondere den Schritt zur Steuerung einer Verkalkungsgradanzeige und/oder eines Entkalkungsmechanismus eines Haushaltsgerätes mit einem Durchlauferhitzer sein, in dem der in Schritt d) ermittelte Verkalkungsgrad angezeigt wird oder ein Entkalkungsprozess in Abhängigkeit des in dem Verfahren ermittelten Verkalkungsgrades gestartet und optional auch gesteuert wird. Alternativ kann auch eine Steuerung des Entkalkungsprozesses in Abhängigkeit des zuvor ermittelten Verkalkungsgrades gesteuert werden. So kann zum Beispiel je nach der Höhe des ermittelten Verkalkungsgrades, die Menge oder die Konzentration des verwendeten Entkalkungsmittels oder die Länge des Entkalkungsprozesses entsprechend eingestellt werden. Es ist auch eine Feedback-Steuerung des Entkalkungsprozesses in Abhängigkeit des ermittelten Verkalkungsgrades denkbar. So kann zum Beispiel das Verfahren so lange durchgeführt werden, bis die Differenz der beiden Härtegradwerte am Einlauf und Auslauf weitgehend null ist, d.h. der Durchlauferhitzer zumindest rechnerisch nicht mehr verkalkt ist.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, das in einem Speicher des Haushaltsgerätes gespeichert ist, das über Mittel zur Steuerung des erfindungsgemäßen Verfahrens der vorgenannten Art verfügt. Dabei können in dem Speicher des Haushaltsgerätes mehrere Betriebsmodi gespeichert sein, die je nach Verkalkungsgrad oder auch nach vom Betreiber ausgewählten Daten, den Betrieb des Haushaltsgerätes weitgehend automatisiert steuern können.
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Außerdem wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein Haushaltsgerät mit Durchlauferhitzer und Mitteln zur Bestimmung des Härtegrades des Wassers stromauf und stromab eines Durchlauferhitzers und mit Mitteln zur Bestimmung des Verkalkungsgrades des Durchlauferhitzers aus der Differenz der bestimmten Härtegrade gelöst, wobei das Haushaltsgerät wenigstens eine Sonde zur Härtegradbestimmung stromauf des Durchlauferhitzers und/oder eine Sonde zur Härtegradbestimmung stromab des Durchlauferhitzers umfasst.
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Sonde heißt im Sinne der Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung des Härtegrades von Wasser, wobei der Härtegrad entweder der Gesamthärtegrad oder der Karbonathärtegrad oder eine Kombination aus beiden sein kann. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts kann die jeweilige Sonde die Karbonathärte des Wassers bestimmen. Die Sonden können dabei den Härtegrad direkt, d.h. Messung der Sulfat und/oder Karbonationen, oder indirekt, z.B. über andere physikalische Parameter bestimmen. Entsprechende Vorrichtungen sind dem Fachmann bekannt.
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Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts umfasst eine Sonde, mit welcher der Leitwert des Wassers bestimmt wird. Der Leitwert ist ein Wert, der beispielsweise aus einem Widerstandswert eines Mediums, hier Wasser, berechnet werden kann. Leitwertmessungen sind zum Beispiel mit Hilfe eines Leitfähigkeits-Messgerätes, z.B. einem Multimeter mit den jeweiligen Elektroden, die als Sonden in das Wasser eintauchen möglich. Je nach Konzentration der Sulfat- bzw. Karbonationen verändern sich die elektrische Leitfähigkeit des Wassers und damit indirekt auch der Leitwert zwischen den beiden Elektroden. Sollte durch einen hohen Verkalkungsgrad die Ionenkonzentration im Wasser am Auslauf im Vergleich zum Einlauf geringer werden, würde sich der Widerstand des Wassers erhöhen und damit auch der Leitwert sinken.
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Das erfindungsgemäße Haushaltsgerät kann nach einer vorteilhaften Ausführungsform zusätzlich eine Anzeige des Verkalkungsgrades oder der Notwendigkeit der Entkalkung des Haushaltsgerätes umfassen. Die Anzeige kann, wie vorstehend erwähnt, entweder eine Digitalanzeige oder eine optische Anzeige, wie z. B. eine Anzahl von Lampen oder LEDs, sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Haushaltsgerät zu der vorstehenden Anzeige zusätzlich eine optionale Steuerungseinrichtung zum Auslösen und/oder Steuern eines Entkalkungsprozesses umfassen. Damit lässt sich dann das Betriebsverfahren besonders effizient ausgestalten, wie es vorstehend in Bezug auf das Verfahren schon beschrieben wurde.
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Das Prinzip der Erfindung wird im Folgenden anhand von einer Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert, wobei die einiger Figur ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
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In der Figur ist ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Haushaltsgeräts gezeigt, in dem ein Verkalkungsgrad in den ersten vier Schritten, Schritte a) bis d), bestimmt wird, gefolgt von einer optionalen Anzeige des Verkalkungsgrades und/oder einem optionalen Starten eines Entkalkungsprogramms.
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In Schritt a) wird als erstes ein Leitwert GEIN des Wassers vor dem Einlauf in den Durchlauferhitzer über eine Leitfähigkeitsmessung bestimmt. Im darauf folgenden Schritt b) wird ein Leitwert GAUS des Wassers im Auslauf aus dem Durchlauferhitzer über eine Leitfähigkeitsmessung bestimmt. Der jeweilige Leitwert lässt sich über einen Widerstand bestimmen, der sich aus den in den Schritten a) und b) ermittelten Leitfähigkeiten ergibt. Aus den beiden Leitwerten, gemessen vor und nach dem Durchlauferhitzer, kann dann im Schritt c) die Differenz ermittelt werden, bevor sie in dem Haushaltsgerät in einen Verkalkungsgrad des Durchlauferhitzers umgerechnet wird (Schritt d)).
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An die Bestimmung des Verkalkungsgrades können sich die Schritte e) und/oder f) anschließen. Im Schritt e) kann dadurch zum Beispiel der Verkalkungsgrad einfach über eine Leuchte oder eine LED angezeigt werden. Zusätzlich oder anstelle der Anzeige des Verkalkungsgrades kann ein Entkalkungsprogramm (Schritt f)) gestartet werden, in dem der Verkalkungsgrad des Durchlauferhitzers berücksichtigt wird. Durch diese Betriebsverfahren kann nicht nur der Verkalkungsgrad eines Durchlauferhitzers in einem Haushaltsgerät zuverlässig ermittelt werden, sondern das Verfahren kann ebenfalls zur Optimierung des Entkalkungsprozesses eingesetzt werden. Insbesondere bieten sich die Vorteile, dass das Entkalkungsmittel entsprechend des Verkalkungsgrades dosiert werden kann und dadurch weitaus geringere Mengen erforderlich werden.
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Da es sich bei den vorhergehenden, detailliert beschriebenen Verfahren und Haushaltsgeräten 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 Verfahrensschritte in einer anderen Art und Weise oder Reihenfolge durchgeführt werden. Insbesondere können die Härtegrade auch direkt oder mittels anderer physikalischer Parameter als den Leitwert bestimmt werden. Denkbar wäre zum Beispiel eine Messung der Karbonatkonzentration mittels eines entsprechenden Sensors. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Auch die Verwendung der Bezeichnungen „Mittel“ und „System“ schließt nicht aus, dass ein solches Bauteil aus mehreren Komponenten aufgebaut ist.
