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Der hier vorgestellte Ansatz betrifft ein wasserführendes Haushaltgerät mit einer Flügelradzählervorrichtung.
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Ein als Geschirrspüler ausgebildetes Haushaltgerät mit einer Flügelradzählervorrichtung ist in der
DE10008318 A1 beschrieben.
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Eine ausreichende Wassermenge in einem Geschirrspüler ist Voraussetzung für einen stabilen Umwälzbetrieb in dem Geschirrspüler. Bei zu geringem Wasserstand saugt die Umwälzpumpe Luft an, was zu einem instabilen Lauf und folglich zu Defiziten in der Reinigung führen kann. Die Wassermenge im Geschirrspüler wird durch eine Einlaufmenge des Wassers mittels eines Flügelradzählers bestimmt, der oft Teil einer Wassereinlauftasche des Geschirrspülers ist. Durch die hohe Relevanz einer exakten Wassermenge muss dieser Flügelradzähler möglichst zuverlässig und genau arbeiten und messen. Ein reduzierter Volumenstrom des Wasserzulaufes bei Geschirrspülern kann zu Messfehlen bei der Durchflussmengenbestimmung führen. Zur Korrektur ist es bekannt, die Zuströmung durch ein Strömungshindernis zu modifizieren. Simulationsergebnisse zeigen, dass Strömungsverhältnisse am Flügelrad durch dieses Strömungshindernis deutlich verändert sind.
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Dem hier vorgestellten Ansatz liegt die Aufgabe zugrunde, ein wasserführendes Haushaltgerät mit einer verbesserten Flügelradzählervorrichtung zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein wasserführendes Haushaltgerät mit einer Flügelradzählervorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Ansatzes ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Die mit dem hier vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass durch eine hier vorgestellte Flügelradzählervorrichtung eine homogene Einströmung von Wasser in eine Flügelradzählereinrichtung ermöglicht wird, wodurch wiederum ein genaues Messergebnis beim Messen der einströmenden Wassermenge mittels der Flügelradzählereinrichtung sichergestellt wird.
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Eine Flügelradzählervorrichtung für ein wasserführendes Haushaltgerät umfasst zumindest eine Flügelradzählereinrichtung und eine Strömungshomogenisierungseinrichtung. Die Flügelradzählereinrichtung ist dazu ausgebildet, um eine in oder durch die Flügelradzählereinrichtung strömende Menge an Wasser zu erkennen. Die Strömungshomogenisierungseinrichtung ist mit der Flügelradzählereinrichtung gekoppelt oder koppelbar und angeordnet und dazu ausgebildet, um ein homogenes Einströmen des Wassers in die Flügelradzählereinrichtung zu bewirken.
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Zum Bewirken des homogenen Einströmens des Wassers in die Flügelradzählereinrichtung ist es von Vorteil, dass die Strömungshomogenisierungseinrichtung zumindest eine Gleichrichtereinrichtung mit zumindest einem Gleichrichterelement umfasst, das dazu ausgebildet und angeordnet ist, um eine aus einem Zuströmungskanal des Haushaltgeräts anströmende Wasserströmung des Wassers zu teilen. Hierbei kann das Gleichrichterelement beispielsweise ein Barriereelement ausformen, auf das die Wasserströmung auftrifft oder aufprallt. Beispielsweise kann das Gleichrichterelement zumindest teilweise aus Kunststoff ausgeformt sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Gleichrichterelement, beispielsweise innerhalb eines Toleranzbereichs von 10%, eine Größe von 2 mm aufweisen oder überschreitet. Beispielsweise kann das Gleichrichterelement eine Größe zwischen 1,5 mm und 6 mm aufweisen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Gleichrichterelement ellipsenförmig ausgeformt sein. Um ein günstiges Strömungsverhalten sicherstellen zu könne, kann das Gleichrichterelement beispielsweise als eine ellipsenförmige Säule senkrecht zu einer Einströmrichtung der Wasserströmung angeordnet sein.
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Die Gleichrichtereinrichtung kann auch eine Mehrzahl der Gleichrichterelemente umfassen, die dazu ausgebildet sind, um das anströmende Wasser in eine Mehrzahl von Wasserströmungen aufzuteilen. So können Störungen in der Wasserströmung mehrfach zerlegt und somit beruhigt werden. Ein Spaltmaß zwischen den Gleichrichterelementen kann hierbei, beispielsweise innerhalb eines Toleranzbereichs von 10%, 2 mm betragen oder überschreiten.
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Um insgesamt eine möglichst gleichförmige Wasserströmung der Wasserströmungen zu erzielen, können die Gleichrichterelemente in zumindest zwei Zeilen übereinander und/oder zwei Spalten hintereinander, vorteilhafterweise zueinander versetzt, angeordnet sein.
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Um einen Druckverlust gering zu halten, ist es weiterhin von Vorteil, dass die Gleichrichtereinrichtung in einer Vorkammer angeordnet ist, deren Querschnitt größer ist, als ein weiterer Querschnitt des Zuströmungskanals. Diese Vorkammer kann Teil der Flügelradzählervorrichtung oder des Haushaltgeräts sein und eine Kanalerweiterung des Zuströmungskanals ausformen.
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Wenn die Strömungshomogenisierungseinrichtung zusätzlich zu der Gleichrichtereinrichtung zumindest eine Düse aufweist, die zu einer Einströmöffnung der Flügelradzählereinrichtung hin verjüngend zuläuft, kann diese Düse Geschwindigkeitsunterschiede der Wasserströmungen ausgleichen, die Wasserströmung insgesamt beschleunigen und damit stabilisieren. Bei der Düse kann es sich um eine rotationssymmetrische Kanalverjüngung handeln. Ein der Flügelradzählereinrichtung zugewandter Austrittsdurchmesser der Düse kann innerhalb eines Toleranzbereichs von 10% einem 0,2 - 0,8-fachen eines der Strömungshomogenisierungseinrichtung zugewandten Eintrittsdurchmessers der Düse entsprechen.
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Ein wasserführendes Haushaltgerät weist eine Flügelradzählervorrichtung auf, die in einer hier vorgestellten Ausführungsform ausgeführt ist. Ein hier vorgestelltes Haushaltgerät kann als Ersatz für bekannte Haushaltgeräte dienen, wobei das vorgestellte Haushaltgerät vorteilhafterweise dank der Flügelradzählervorrichtung eine gleichförmige Einströmung von Wasser in eine Flügelradzählereinrichtung gewährleistet.
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Ausführungsbeispiele des Ansatzes sind in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
- 1 eine schematische Querschnittdarstellung einer Flügelradzählervorrichtung für ein wasserführendes Haushaltgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Querschnittdarstellung einer Gleichrichtereinrichtung einer Flügelradzählervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 3 eine schematische Querschnittdarstellung einer Düse einer Flügelradzählervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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1 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung einer Flügelradzählervorrichtung 100 für ein wasserführendes Haushaltgerät gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Flügelradzählervorrichtung 100 umfasst zumindest eine Flügelradzählereinrichtung 105 und eine Strömungshomogenisierungseinrichtung 110. Die Flügelradzählereinrichtung 105 ist dazu ausgebildet, um eine in oder durch die Flügelradzählereinrichtung 105 strömende Menge an Wasser zu erkennen. Die Strömungshomogenisierungseinrichtung 110 ist mit der Flügelradzählereinrichtung 105 gekoppelt oder koppelbar und angeordnet und dazu ausgebildet, um ein homogenes Einströmen des Wassers in die Flügelradzählereinrichtung 105 zu bewirken.
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Die im Folgenden beschriebenen Merkmale der Flügelradzählervorrichtung 100 sind optional:
- Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Strömungshomogenisierungseinrichtung 110 zumindest eine Gleichrichtereinrichtung 115 mit zumindest einem Gleichrichterelement 120 auf, das dazu ausgebildet und angeordnet ist, um eine aus einem Zuströmungskanal 125 des Haushaltgeräts anströmende Wasserströmung des Wassers zu teilen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Gleichrichtereinrichtung 115 eine Mehrzahl, hier fünf, der Gleichrichterelemente 120, die dazu ausgebildet sind, um das anströmende Wasser in eine Mehrzahl von Wasserströmungen aufzuteilen.
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Zumindest eines der Gleichrichterelemente 120 ist zumindest teilweise aus Kunststoff ausgeformt. Die Gleichrichterelemente 120 sind ellipsenförmig ausgeformt. Die Gleichrichterelemente 120 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel in zwei Spalten hintereinander angeordnet, wobei eine erste Spalte zwei Gleichrichterelemente 120 übereinander und eine zweite Spalte drei Gleichrichterelemente 120 übereinander aufweist. Die Gleichrichterelemente 120 der zwei Spalten sind versetzt zueinander angeordnet.
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Die Gleichrichtereinrichtung 115 ist in einer Vorkammer 130 angeordnet, deren Querschnitt größer ist, als ein weiterer Querschnitt des Zuströmungskanals 125.
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Zwischen der Gleichrichtereinrichtung 115 und der Flügelradzählereinrichtung 105 weist die Strömungshomogenisierungseinrichtung 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Düse 140 auf, die zu einer Einströmöffnung der Flügelradzählereinrichtung 105 hin verjüngend zuläuft.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der 1 nochmals näher beschrieben:
- Eine ausreichende Wassermenge in einem Geschirrspüler ist Voraussetzung für einen stabilen Umwälzbetrieb. Bei zu geringem Wasserstand saugt die Umwälzpumpe des Geschirrspülers Luft an, was zu einem instabilen Lauf und folglich zu Defiziten in der Reinigung führen kann. Auch ein Heizkörper des Geschirrspülers kann bei unzureichender Umspülung mit Wasser geschädigt werden. Andererseits führt eine zu hohe Wassermenge in dem Geschirrspüler zu einem zusätzlichem Energiebedarf, da zusätzliche Heizenergie benötigt wird. Eine exakte Wassermenge im Geschirrspüler ist daher für einen korrekten Betrieb bei möglichst geringem Energiebedarf eine wichtige Voraussetzung. Letztlich ist es auch zum Einhalten der Labelwerte ein wesentlicher Faktor.
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Die hier vorgestellte Flügelradzählervorrichtung 100 realisiert eine Strömungshomogenisierung von Wasser vor Eintritt in die Flügelradzählereinrichtung 105.
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Eine Art der Strömung, auch Strömungsprofil genannt, die auf ein Flügelrad 145 des Haushaltgeräts trifft, hat einen wesentlichen Einfluss auf die Drehzahl des Flügelrads 145. So können Änderungen im Zuströmungsbereich, welche ohne die hier vorgestellte Strömungshomogenisierungseinrichtung 110 möglich sind, sich auf das Strömungsprofil in einer Messkammer der Flügelradzählereinrichtung 105 auswirken, was zu Messfehlern der Durchflussmengenbestimmung führen kann. Neben einer geometrischen Störung kann auch eine Temperatur zu unterschiedlichen Messfehlern führen, da eine Änderung der Viskosität sich ebenfalls auf das Strömungsprofil auswirkt. Unterschiede in der Anströmung des Flügelrads 145 können in einer falschen Bestimmung von Wassermengen resultieren, diese Unterschiede werden durch die Strömungshomogenisierungseinrichtung 110 verhindert oder zumindest reduziert.
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Durch die Flügelradzählervorrichtung 100 wird demnach eine gleichbleibende Anströmung des Flügelrades 145 sichergestellt, sodass das Messergebnis stehst unabhängig von dem Zuströmungskanal 125 und der Wassertemperatur bleibt. So kann die gleiche Flügelradzählervorrichtung 105 in verschiedenen Gerätevarianten bzw. Modellgenerationen verwendet werden, ohne dass eine bestimmte Geometrie des Zuströmkanals 125 gewährleistet sein muss oder eine softwareseitige Kalibrierung stattfinden muss.
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Die hier gezeigte bestimmte geometrische Auslegung der Einströmöffnung an der Flügelradzählereinrichtung 105 stellt eine gleichbleibende Ausprägung der Strömung in die Messkammer sicher. Eine entsprechende Homogenisierung der Strömung wird durch eine Barriere bzw. die Gleichrichtereinrichtung 115 und eine rotationssymmetrische Kanalverjüngung in Form der Düse 140 realisiert. Um einen Druckverlust durch die Barriere möglichst gering zu halten, ist diese in der Vorkammer 130 mit einem erweiterten Bereich des Kanales realisiert. Diese Erweiterung bietet zudem die Möglichkeit, die Verjüngung der Düse 140 ausgeprägter zu gestalten.
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Obwohl die hier gezeigte Kombination dieser konstruktiven Maßnahmen das beste Ergebnis erzielt, führen ihre einzelnen Elemente bereits zu einer Verbesserung.
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Es folgt eine Beschreibung eines Wirkprinzips: Die Zuströmung trifft in der Vorkammer 130 auf die Gleichrichtereinrichtung 115, die wie eine Prallplatte wirkt und das Fluid in Form des Wassers nur partiell durchlässt. Durch diese Teilung der Strömung in viele kleinere Teilströmungen werden auch Störungen in der Strömung in mehrere zerlegt. Nach dieser Schikane entsteht so ein Strömungsbild, das ein stochastisches Verhalten aufweist. Die mehreren kleinen Strömungsunruhen heben sich dann gegenseitig auf. Dieser Prozess wird durch die nachgeschaltet Düse 140 beschleunigt. Während des Durchströmens der Düse 140 werden Geschwindigkeitsunterschiede proportional kleiner, wodurch eine Homogenisierung der Strömung stattfindet. Ein weiterer Vorteil der Düse 140 ist, dass die Beschleunigung der Strömung diese stabilisiert und es danach nicht so schnell zu einer Ablösung kommt.
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Ein Beispiel für eine konstruktive Auslegung der Gleichrichtereinrichtung 115 wird in 2 beschrieben. Ein Beispiel für eine konstruktive Auslegung der Düse 140 wird in 3 beschrieben.
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Eine Kanalstrecke 150 nach der Düse 140 bis zum Eintritt in die Messkammer der Flügelradzählereinrichtung 105 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel möglichst kurz gehalten. Einschränkungen hier ergeben sich durch eine abgeschrägte Öffnung der Kanalstrecke 150 zur Messkammer. Im Bereich dieser abgeschrägten Öffnung ist eine Düsenform konterproduktiv, da sich eine asymmetrische Form ergibt.
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Durch die Homogenisierung der Strömung mittels der Strömungshomogenisierungseinrichtung 110 herrschen in der Messkammer der Flügelradzählereinrichtung 105 vorteilhafterweise stets gleiche Strömungsverhältnisse. Das heißt, die gleiche Flügelradzählereinrichtung 105 kann für verschiedene Wassereinlauftaschen verwendet werden, ohne dass eine Anpassung nötig ist. Neben der geometrischen Unabhängigkeit wirkt sich auch ein Temperaturunterschied des Wassers geringer auf das Messverhalten der Flügelradzählereinrichtung 105 aus. Insgesamt stellt die hier vorgestellte Flügelradzählervorrichtung 100 ein robusteres Verhalten gegenüber Störungen dar und spart Entwicklungskosten in der Zukunft.
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2 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung einer Gleichrichtereinrichtung 115 einer Flügelradzählervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 1 beschriebene Gleichrichtereinrichtung 115 handeln.
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Die Gleichrichterelemente 120 weisen gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Größe von 2 mm auf oder überschreiten diese Größe gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel. Ein Spaltmaß zwischen den Gleichrichterelementen 120 beträgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel 2 mm oder überschreitet diese Größe gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel.
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Bei einer im Folgenden beschriebenen konstruktiven Auslegung sind einige Proportionen von besonderem Vorteil. Für die Gleichrichterelemente 120 gilt grundsätzlich, je kleiner die einzelnen Durchtrittsfächen, umso besser die Homogenisierung der Strömung. Allerdings steht dies im direkten Widerspruch zum Druckverlust und der Formstabilität. Der erhöhte Druckverlust kann zwar durch eine entsprechende Kanalweitung in Form der Vorkammer 130 ausgeglichen werden, aber dies ist auch durch den Bauraum limitiert. Eine Einschränkung der Formstabilität spielt hier eine besondere Rolle, da die Gleichrichterelemente 120 gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus Kunststoff gefertigt sind. Daher sollte hier ein Maß von 2 mm nicht unterschritten werden. Eine weitere Einschränkung stellt die Möglichkeit einer Verschmutzung dar. So könnten sich kleinere Partikel wie z. B. Kalkablagerungen an den Gleichrichterelementen 120 kumulieren und über die Zeit verstopfen. Um dies zu vermeiden, ist es empfehlenswert das Spaltmaß von 2 mm nicht zu unterschreiten. Eine effektive Lösung dieser Randbedingungen stellen Gleichrichterelemente 120 dar, die elliptische Säulen ausformen, welche in einem Abstand von 2 mm nebeneinanderstehen. Durch eine zweite Reihe, in 1 als Spalte bezeichnet, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel um eine halbe Abstandsbreite versetzt ist, wird ein relativ hoher Spalt zwischen den einzelnen Säulen strömungstechnisch verkleinert.
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3 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung einer Düse 140 einer Flügelradzählervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 1 beschriebene Düse 140 handeln.
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Ein Austrittsdurchmesser 300 der Düse 140 entspricht gemäß diesem Ausführungsbeispiel einem 0,2 - 0,8-fachen eines Eintrittsdurchmessers 305 der Düse 140.
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Eine im Folgenden beschriebene konstruktive Auslegung der Düse 140 wird von zwei wesentlichen Größen definiert. Zum einen vom Verhältnis von Länge zum Durchmesser und zum anderen vom Verhältnis des Eintrittsdurchmessers 305 zum Austrittsdurchmesser 300. Letzteres kann als Kontraktionsfaktor bezeichnet werden, und je größer die Kontraktion ist, desto höher ist auch die Homogenisierung der Strömung. Allerdings steht auch diese im Zielkonflikt, da sich durch eine erhöhte Querschnittsverjüngung auch der Druckverlust erhöht. Der Austrittsdurchmesser 300 entspricht daher gemäß diesem Ausführungsbeispiel dem 0,2 - 0,8-fachen des Eintrittsdurchmessers 305, um einen möglichst geeigneten Kompromiss zu erzielen. Bezieht man eine Düsenlänge auf den Eintrittsdurchmesser 305, führt ein Verhältnis von 0,1 - 2,0-fache zu einer besonders guten Homogenisierung der Strömung. Eine für die Strömung besonders günstige Geometrie der Verjüngung stellt eine runde Form dar, die tangential in den nachgelagerten Kanal übergeht.
