DE102020106645A1 - Pump unit for a cooking device, cooking device with such a pump unit and method for operating the pump unit of such a cooking device - Google Patents

Pump unit for a cooking device, cooking device with such a pump unit and method for operating the pump unit of such a cooking device Download PDF

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Tobias Gayer
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpeneinheit für ein Gargerät, mit einem Fluidbehälter, einer Pumpe und einer Steuereinheit, wobei der Fluidbehälter einen Zulauf und einen Ablauf aufweist, wobei die Pumpe dem Ablauf zugeordnet ist und ein Pumpenrad und einen Pumpenmotor aufweist, wobei der Pumpenmotor ein elektronisch kommutierter Elektromotor ist und wobei die Steuereinheit ein Analysemodul aufweist, das dazu eingerichtet ist, die rückinduzierte Spannung eines Magnetrotors des Elektromotors zu analysieren. Die Erfindung betrifft auch ein Gargerät mit einer solchen Pumpeneinheit, sowie ein Verfahren zum Ermitteln diverser Zustandsparameter durch Analysieren der rückinduzierten Spannung des Magnetrotors.The invention relates to a pump unit for a cooking appliance, with a fluid container, a pump and a control unit, the fluid container having an inlet and an outlet, the pump being assigned to the outlet and having a pump wheel and a pump motor, the pump motor being an electronically commutated one Is an electric motor and wherein the control unit has an analysis module which is configured to analyze the back-induced voltage of a magnet rotor of the electric motor. The invention also relates to a cooking appliance with such a pump unit, as well as a method for determining various state parameters by analyzing the back-induced voltage of the magnet rotor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpeneinheit für ein Gargerät, ein Gargerät mit einer solchen Pumpeneinheit und ein Verfahren zum Betreiben der Pumpeneinheit eines solchen Gargeräts.The invention relates to a pump unit for a cooking device, a cooking device with such a pump unit and a method for operating the pump unit of such a cooking device.

Bei den erfindungsgemäßen Gargeräten handelt es sich um Geräte für den professionellen Einsatz beispielsweise in Restaurants, Kantinen und in der Großgastronomie. Im Garraum der Gargeräte können Nahrungsmittel unter der Wirkung von Heißluft, Heißdampf und in einer Mischatmosphäre aus Heißluft und Heißdampf gegart werden. Solche Gargeräte sind auch unter der Bezeichnung „Kombidämpfer“ bekannt. Es kann auch Mikrowellenstrahlung verwendet werden, um den Nahrungsmitteln Energie zuzuführen.The cooking devices according to the invention are devices for professional use, for example, in restaurants, canteens and in large-scale catering. In the cooking space of the cooking devices, food can be cooked under the action of hot air, superheated steam and in a mixed atmosphere of hot air and superheated steam. Such cooking devices are also known under the name “combi steamer”. Microwave radiation can also be used to add energy to the food.

Die Pumpeneinheit kann verschiedene Funktionen haben. Eine Funktion besteht darin, beim Reinigen des Gargeräts die Waschflotte aufzunehmen, die von einer Pumpe umgewälzt wird.The pump unit can have various functions. One function is to take up the washing liquor when cleaning the cooking appliance, which is circulated by a pump.

Eine Funktion besteht darin, Fluid (entweder Waschflotte oder aus dem Garraum stammende Rückstände) aufzunehmen und diese mittels der Pumpe hin zu einer Abwasserleitung zu pumpen.One function is to take up fluid (either washing liquor or residues originating from the cooking chamber) and to pump this to a sewage pipe by means of the pump.

Beim Betrieb von gewöhnlichen Kreiselpumpen (z.B. Synchron- oder Asynchronpumpen), wie sie in Pumpeneinheiten von Gargeräten verwendet werden, gibt es keine Rückmeldung über den Betriebszustand der Pumpe oder über die Bedingungen im hydraulischen System, z.B. ob die Pumpe wirklich läuft, ob sie fördert, ob zu pumpendes Medium vorhanden ist, ob Fehlerzustände vorliegen, und ob der Fördervorgang beendet ist (Fluidbehälter leer).When operating conventional centrifugal pumps (e.g. synchronous or asynchronous pumps), such as those used in the pump units of cooking appliances, there is no feedback about the operating status of the pump or the conditions in the hydraulic system, e.g. whether the pump is really running, whether it is delivering, Whether the medium to be pumped is present, whether there are error states, and whether the pumping process has ended (fluid container empty).

Wenn solche Rückmeldungen gewünscht werden oder gar für einen zuverlässigen Betrieb notwendig sind, müssen geeignete Sensoren verwendet werden, um Informationen über Zustandsparameter des Gargeräts und/oder der Pumpeneinheit zur Verfügung zu haben. Auf der Basis dieser Informationen können dann die Pumpeneinheit und das Gargerät geeignet angesteuert werden.If such feedback is desired or is even necessary for reliable operation, suitable sensors must be used in order to have information about state parameters of the cooking appliance and / or the pump unit available. On the basis of this information, the pump unit and the cooking appliance can then be controlled appropriately.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Aufbau der Pumpeneinheit und des Gargeräts zu vereinfachen und trotz einer weniger aufwendigen Konstruktion zusätzliche Funktionalitäten zu ermöglichen.The object of the invention is to simplify the construction of the pump unit and the cooking appliance and to enable additional functionalities despite a less complex construction.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Pumpeneinheit für ein Gargerät vorgesehen, mit einem Fluidbehälter, einer Pumpe und einer Steuereinheit, wobei der Fluidbehälter einen Zulauf und einen Ablauf aufweist, wobei die Pumpe dem Ablauf zugeordnet ist und ein Pumpenrad und einen Pumpenmotor aufweist, wobei der Pumpenmotor ein elektronisch kommutierter Elektromotor ist und wobei die Steuereinheit ein Analysemodul aufweist, das dafür eingerichtet ist, die rückinduzierte Spannung eines Magnetrotors des Elektromotors zu analysieren. Zur Lösung dieser Aufgabe ist weiterhin ein Gargerät mit einer solchen Pumpeneinheit vorgesehen.To achieve this object, a pump unit for a cooking appliance is provided according to the invention, with a fluid container, a pump and a control unit, the fluid container having an inlet and an outlet, the pump being assigned to the outlet and having a pump wheel and a pump motor, the The pump motor is an electronically commutated electric motor and wherein the control unit has an analysis module which is set up to analyze the back-induced voltage of a magnet rotor of the electric motor. To solve this problem, a cooking appliance with such a pump unit is also provided.

Allgemein ausgedrückt, kann erfindungsgemäß durch die Auswertung der rückinduzierten Spannung beim Drehen des Magnetrotors durch die Erregerspulen des elektronisch kommutierten Pumpenmotors (EC-Motor) auf die Drehzahl des Rotors und die Stromaufnahme des Motors geschlossen werden, so dass Rückmeldungen ohne zusätzliche Sensoren generiert werden, auf deren Basis „intelligente“ Pumpenfunktionen realisiert werden können. Weiterhin können Sicherheitsfeatures realisiert werden, mit denen Fehlfunktionen im Gargerät verhindert werden.In general terms, according to the invention, by evaluating the back-induced voltage when the magnet rotor rotates by the excitation coils of the electronically commutated pump motor (EC motor), conclusions can be drawn about the speed of the rotor and the current consumption of the motor, so that feedback is generated without additional sensors the basis of which “intelligent” pump functions can be implemented. Furthermore, safety features can be implemented with which malfunctions in the cooking appliance can be prevented.

Das Analysemodul ermöglicht es, ohne externe Sensoren wie Drehzahlsensoren, Durchflussmesser, Füllstandssensoren, etc. eine Vielzahl von Parametern zu bestimmen, die für den Betrieb der Pumpeneinheit und des die Pumpeneinheit enthaltenden Gargeräts relevant sind.The analysis module makes it possible, without external sensors such as speed sensors, flow meters, fill level sensors, etc., to determine a large number of parameters that are relevant for the operation of the pump unit and the cooking appliance containing the pump unit.

Beispiele für Parameter, die bei einem erfindungsgemäßen Verfahren mittels des Analysemoduls erfasst werden können, sind:

  • - Es kann aus der rückinduzierten Spannung erkannt werden, ob die Pumpe ein Fluid fördert oder ob sie leerläuft;
  • - es kann aus der rückinduzierten Spannung der Verschmutzungsgrad des geförderten Fluids erkannt werden;
  • - es kann aus der rückinduzierten Spannung der Anteil von Luft im geförderten Fluid erkannt werden;
  • - es kann aus der rückinduzierten Spannung erkannt werden, ob die Pumpe blockiert ist;
  • - es kann die Menge des sich im Fluidsystem befindenden Fluids ermittelt werden.
Examples of parameters that can be recorded by means of the analysis module in a method according to the invention are:
  • - It can be recognized from the back-induced voltage whether the pump is delivering a fluid or whether it is idling;
  • - The degree of contamination of the pumped fluid can be recognized from the back-induced voltage;
  • the proportion of air in the conveyed fluid can be recognized from the back-induced voltage;
  • - It can be recognized from the back-induced voltage whether the pump is blocked;
  • - The amount of fluid in the fluid system can be determined.

Beispiele für neue Funktionalitäten, die durch das Analysieren der rückinduzierten Spannung realisiert werden können, werden nachfolgend im Detail erläutert.Examples of new functionalities that can be implemented by analyzing the back-induced voltage are explained in detail below.

Die im Folgenden verwendeten Begriffe bedeuten hier:

  • „Hydraulisches System“: das vom Fluidbehälter, den Leitungen vom und zum Garraum und dem Garraum abgegrenzte Volumen zusammen mit der darin in einem betrachteten Betriebszustand enthaltenen Fluidmenge;
  • „Fluid“: das in einem betrachteten Betriebszustand im hydraulischen System enthaltene Medium, das von der Pumpe gepumpt werden soll. Im Reinigungsmodus ist das Fluid die Waschflotte. Im Spülmodus ist das Fluid Wasser (zusammen mit ausgewaschenen Resten der Waschflotte). Das Fluid kann auch von den Nahrungsmitteln stammen, beispielsweise beim Garen ausgetretene Flüssigkeit, oder Kondenswasser.
The terms used in the following mean here:
  • “Hydraulic system”: the volume delimited by the fluid container, the lines to and from the cooking chamber and the cooking chamber together with the amount of fluid contained therein in a considered operating state;
  • "Fluid": the medium contained in the hydraulic system in a considered operating state that is to be pumped by the pump. In the cleaning mode, the fluid is the wash liquor. In rinsing mode, the fluid is water (together with washed-out residues of the washing liquor). The fluid can also come from the food, for example liquid that has leaked out during cooking, or condensation water.

  1. 1. Fluidbehälter abpumpen, bis er leer ist:
    • Wenn die Stromaufnahme bei konstanter Drehzahl (im Mittel über eine vordefinierte Zeit) unter einem vordefinierten, für das hydraulische System charakteristischen Wert liegt, kann daraus geschlossen werden, dass die hydraulische Last sehr gering ist, d.h. kein oder nur wenig Wasser im Fluidbehälter vorhanden ist (Luft-Wasser-Gemisch oder nur Luft).
    • Wenn die Drehzahl bei konstant gehaltener Stromaufnahme über einem vordefinierten, für das hydraulische System charakteristischen Wert liegt, kann daraus geschlossen werden, dass die hydraulische Last sehr gering ist, d.h. kein oder nur wenig Wasser im Fluidbehälter vorhanden ist (Luft-Wasser-Gemisch oder nur Luft).
    • Wenn die Stromaufnahme bei konstanter Drehzahl (im Mittel über eine vordefinierte Zeit) von einem zunächst hohen auf einen geringeren, unter einen vordefinierten, für das hydraulische System charakteristischen Wert fällt, kann daraus geschlossen werden, dass die hydraulische Last zunächst hoch war, d.h. die Pumpe Fluid gefördert hat, dann aber kein oder nur wenig Fluid im Fluidbehälter vorhanden ist (z.B. Luft-Wasser-Gemisch oder nur Luft).
    • Der umgekehrte Fall ist auch denkbar: Zunächst geringer Strom => Fluidbehälter leer, dann hoher Strom => Fluidbehälter voll.
    1. Pump out the fluid container until it is empty:
    • If the power consumption at constant speed (on average over a predefined time) is below a predefined value that is characteristic of the hydraulic system, it can be concluded that the hydraulic load is very low, i.e. there is little or no water in the fluid container ( Air-water mixture or just air).
    • If the speed is above a predefined value that is characteristic of the hydraulic system while the power consumption is kept constant, it can be concluded that the hydraulic load is very low, that is, there is little or no water in the fluid container (air-water mixture or only Air).
    • If the power consumption at constant speed (on average over a predefined time) falls from an initially high to a lower value below a predefined value that is characteristic of the hydraulic system, it can be concluded that the hydraulic load was initially high, i.e. the pump Has conveyed fluid, but then there is little or no fluid in the fluid container (eg air-water mixture or only air).
    • The opposite case is also conceivable: first low current => fluid container empty, then high current => fluid container full.

DrehzahlprofileSpeed profiles

Die Drehzahl der Pumpe kann innerhalb bestimmter Grenzen beliebig variiert werden. Damit kann z.B. ein Profilbetrieb gefahren werden: Wechsel zwischen hoher Drehzahl für bestimmte Zeit (=Fördern von Fluid) und geringer Drehzahl für bestimmte Zeit (=Pausenzeit ohne Förderung, sodass das Fluid zum Pumpensumpf zurücklaufen kann). Dazu muss die Pumpe nicht aus-/eingeschaltet werden, was ihrer Lebensdauer zugutekommt, da die beim Anlaufen sehr hohen Anlaufströme vermieden werden.The speed of the pump can be varied as required within certain limits. For example, a profile mode can be run: Change between high speed for a certain time (= pumping fluid) and low speed for a certain time (= pause time without pumping, so that the fluid can run back to the pump sump). To do this, the pump does not have to be switched on / off, which benefits its service life, as the very high starting currents when starting up are avoided.

Füllmengenerkennung / Verlusterkennung / Adaptive ProfileCapacity detection / loss detection / adaptive profiles

Bei bekanntem hydraulischem System kann durch die Erkennung, wann ein Fluidbehälter leer ist, über die Förderzeit auf die anfängliche Füllmenge rückgeschlossen werden. Auf der Basis der anfänglich erkannten Füllmenge kann ein Verlust des gepumpten Mediums erkannt werden:

  • - Im Umwälzbetrieb wird ausgewertet, wie lange die Pumpe mit voller Förderleistung läuft (Stromauswertung), bevor der Volumenstrom abbricht, weil die Pumpe nicht mehr genug Fluid ansaugen kann und stattdessen ein Luft-Wasser-Gemisch ansaugt.
  • - Diese „Vollförderzeit“ kann hinsichtlich ihrer Änderung im Verlauf der Umwälzphase überwacht werden. Eine Reduzierung dieser Zeit deutet auf Verlust der Waschflotte hin, z.B. durch Leckage, Schaumbildung, Benetzen von Oberflächen oder Verdampfung. Dementsprechend kann eine Fehlermeldung ausgegeben werden und/oder Waschflotte nachgefüllt werden.
  • - Die Unterscheidung zwischen voller und geringer bzw. keiner Förderleistung geschieht über die Auswertung des Motorstroms, der wie oben im Beispiel 1 erfasst wird.
With a known hydraulic system, by recognizing when a fluid container is empty, conclusions can be drawn about the initial filling quantity via the delivery time. A loss of the pumped medium can be recognized on the basis of the initially recognized filling quantity:
  • - In circulation mode, it is evaluated how long the pump runs at full delivery rate (current evaluation) before the volume flow breaks off because the pump can no longer suck in enough fluid and instead sucks in an air-water mixture.
  • - This “full funding period” can be monitored with regard to its change in the course of the circulation phase. A reduction in this time indicates a loss of the wash liquor, for example through leakage, foam formation, wetting of surfaces or evaporation. Accordingly, an error message can be issued and / or washing liquor can be refilled.
  • - The distinction between full and low or no delivery rate is made by evaluating the motor current, which is recorded as in example 1 above.

Die Pumpe kann auf Schwankungen im Waschflottenvolumen bzw. in der Waschflottenmenge, die im Ansaugbereich der Pumpe zur Verfügung steht, adaptiv reagieren:

  • - Nach Ablauf der „Vollförderzeit“ wird die Drehzahl reduziert, sodass die Waschflotte Zeit hat, zur Pumpe zurückzulaufen. Nach einer festgelegten Zeit wird die Drehzahl wieder erhöht, und es wird erneut so lange mit hoher Drehzahl gepumpt, bis ein Abbruch des vollen Volumenstroms detektiert wird. Dann wird die Drehzahl wieder reduziert usw.
  • - Grundsätzlich ist es sinnvoll, eine Pumpe gar nicht erst so lange fördern zu lassen, bis sie Luft ansaugt, sondern kurz vorher schon die Pumpe zu stoppen oder die Drehzahl (und damit die Förderleistung) zu reduzieren.
  • - Dies kann in Form eines Regelkreises geschehen. Beispiele sind die folgenden Szenarien:
    • • Pumpe läuft mit hoher Drehzahl so lange, bis sie Volumenstromabfall detektiert (t1). t1 wird etwas reduziert (z.B. von 6 s auf 5 s).
    • • Pumpe reduziert Drehzahl und läuft so für eine Zeit t2.
    • • Pumpe erhöht Drehzahl wieder und läuft so für t1 (neu).
    • • Falls in der Zeit t1 kein Volumenstromabfall detektiert wird, bleibt t1 unverändert.
    • • Pumpe reduziert Drehzahl und läuft so für eine Zeit t2.
    • • Pumpe erhöht Drehzahl wieder und läuft so für t1. t1 wird reduziert oder beibehalten, wie oben beschrieben.
    • • usw.
    • • Um den Regelkreis robust zu gestalten, kann aus mehreren Zyklen (Drehzahl hoch/niedrig) ein Mittelwert für die „Vollförderzeit“ gebildet werden, der dann herangezogen wird. Auch sinnvolle Ober- und Untergrenzen sollten gewählt werden, damit t1 nicht zu lang oder kurz wird.
    • • Damit t1 nicht kürzer als nötig ist, d.h. die Pumpe eigentlich länger am Stück fördern könnte als sie es tut, kann auch in definierten Abständen t1 wieder schrittweise erhöht werden, um sich von unten an die maximale „Vollförderzeit“ anzunähern.
The pump can react adaptively to fluctuations in the wash liquor volume or in the amount of wash liquor available in the suction area of the pump:
  • - After the "full delivery time" has elapsed, the speed is reduced so that the wash liquor has time to return to the pump. After a specified time, the speed is increased again and the pump is again pumped at high speed until a break in the full volume flow is detected. Then the speed is reduced again, etc.
  • - Basically, it makes sense not to let a pump run until it sucks in air, but to stop the pump shortly beforehand or to reduce the speed (and thus the delivery rate).
  • - This can be done in the form of a control loop. Examples are the following scenarios:
    • • The pump runs at high speed until it detects a drop in volume flow (t 1 ). t 1 is reduced somewhat (e.g. from 6 s to 5 s).
    • • The pump reduces the speed and thus runs for a time t 2 .
    • • Pump increases speed again and runs for t 1 (new).
    • • If no drop in volume flow is detected in time t 1 , t 1 remains unchanged.
    • • The pump reduces the speed and thus runs for a time t 2 .
    • • Pump increases speed again and runs for t 1 . t 1 is reduced or maintained as described above.
    • • etc.
    • • In order to make the control loop robust, an average value for the “full delivery time” can be formed from several cycles (high / low speed), which is then used. Sensible upper and lower limits should also be chosen so that t 1 does not become too long or too short.
    • • So that t 1 is not shorter than necessary, ie the pump could actually deliver longer at one time than it does, t 1 can also be increased again gradually at defined intervals in order to approach the maximum “full delivery time” from below.

Volumenstrom variierenVary volume flow

Einstellen einer Drehzahl: Unter Kenntnis des hydraulischen Systems kann auf den Volumenstrom geschlossen werden.Setting a speed: With knowledge of the hydraulic system, conclusions can be drawn about the volume flow.

Einstellen der Drehrichtung: Hat die Pumpe eine Vorzugs-Drehrichtung, in der sie eine höhere Förderleistung aufweist, als in der anderen (z.B. indem der Abgangsstutzen nicht zentrisch, sondern tangential zum Flügelrad angeordnet ist), kann dadurch der Volumenstrom stark verändert werden. Dies kann man z.B. dazu nutzen, in einem zu reinigenden Fluidbehälter (z.B. Garraum) unterschiedliche Spritzweiten des Wasserstrahls zu erzeugen, um verschiedene zu reinigende Flächen gezielt zu benetzen.Setting the direction of rotation: If the pump has a preferred direction of rotation in which it has a higher delivery rate than the other (e.g. because the outlet connection is not arranged centrically, but tangentially to the impeller), the volume flow can be greatly changed. This can be used, for example, to generate different spray widths of the water jet in a fluid container to be cleaned (e.g. cooking space) in order to wet different surfaces to be cleaned in a targeted manner.

Durch Regelung auf eine konstante Stromaufnahme kann ein konstanter Volumenstrom eingestellt werden.A constant volume flow can be set by regulating to a constant power consumption.

Pumpe als Rührwerk / VermischungsbeschleunigerPump as agitator / mixing accelerator

Wird die Pumpe bei sehr geringer Drehzahl betrieben, ist die Förderhöhe gering. Liegt sie unter der Höhe, die notwendig ist, den angeschlossenen Fluidbehälter zu entleeren, wird kein Volumen abgepumpt. Jedoch wird durch die Drehung des Flügelrads das Fluidbehältervolumen durchmischt. Die Pumpe wirkt als Rührwerk.If the pump is operated at a very low speed, the delivery head is low. If it is below the height that is necessary to empty the connected fluid container, no volume is pumped out. However, the rotation of the impeller mixes the volume of the fluid container. The pump acts as an agitator.

Hat die Pumpe eine Vorzugs-Drehrichtung, in der sie eine höhere Förderleistung aufweist als in der anderen (z.B. indem der Abgangsstutzen nicht zentrisch, sondern tangential zum Flügelrad angeordnet ist), ist es für den Rührbetrieb sinnvoll, die Drehrichtung zu verwenden, bei der die Förderleistung geringer ist. Dann kann eine höhere Drehzahl gefahren werden, was die Verwirbelung begünstigt, ohne dass Fluid aus dem Fluidbehälter abgepumpt wird.If the pump has a preferred direction of rotation in which it has a higher flow rate than the other (e.g. in that the outlet connection is not arranged centrically, but tangentially to the impeller), it makes sense to use the direction of rotation for agitating operation Delivery rate is lower. A higher speed can then be used, which promotes turbulence without fluid being pumped out of the fluid container.

Eine andere Möglichkeit, eine Durchmischung eines Fluidbehälters zu erreichen, ist folgende: Die Pumpe wird eine so kurze Zeit betrieben, dass die Fluidsäule im Abgangsschlauch zwar aufgebaut wird, aber nicht so weit, dass es zu nennenswertem Fördern kommt. Dann wird die Pumpe wieder abgeschaltet bzw. die Drehzahl so weit reduziert, dass der Großteil der Fluidsäule in den Fluidbehälter zurückfließt. Dadurch wird der Inhalt des Fluidbehälters verwirbelt. Dies kann mehrere Male hintereinander getan werden.Another possibility to achieve a thorough mixing of a fluid container is as follows: The pump is operated for such a short time that the fluid column in the outlet hose is built up, but not so far that there is significant pumping. Then the pump is switched off again or the speed is reduced so far that the majority of the fluid column flows back into the fluid container. This swirls the contents of the fluid container. This can be done several times in a row.

Alternativ zum Ein- und Ausschalten der Pumpe kann sie auch nacheinander mit unterschiedlichen Drehzahlen angesteuert werden kann, die jeweils so gering sind, dass kein Fluid abgefördert wird. Auch auf diese Weise kann eine Durchmischung erzielt werden.As an alternative to switching the pump on and off, it can also be controlled one after the other at different speeds, each of which is so low that no fluid is conveyed away. Mixing can also be achieved in this way.

Ermitteln geförderter MengeDetermining the amount conveyed

Mittels Aufsummieren der Stromaufnahme und/oder der Drehzahl über die Zeit kann auf das geförderte Volumen geschlossen werden. Damit kann z.B. eine gewünschte Menge aus einem Fluidbehälter abgepumpt werden oder nach einem Pumpvorgang die geförderte Menge bestimmt werden.By adding up the power consumption and / or the speed over time, conclusions can be drawn about the volume conveyed. In this way, for example, a desired amount can be pumped out of a fluid container or the pumped amount can be determined after a pumping process.

Steuern von VolumenströmenControl of volume flows

Durch Einstellen verschiedener Drehzahlen kann eine Fluidsäule auf verschiedene Höhenniveaus angehoben werden.A column of fluid can be raised to different height levels by setting different speeds.

Anhand der Stromaufnahme ist erkennbar, ob es einen Volumenstrom gibt oder ob die Fluidsäule lediglich angehoben wird, ohne tatsächlich zu fördern.The power consumption shows whether there is a volume flow or whether the fluid column is merely raised without actually conveying.

Dadurch können unterschiedliche Wege in einem hydraulischen System mit Fördermedium versorgt werden, z.B. indem zwei Abgänge eines senkrechten Rohres auf unterschiedlichen Höhen platziert werden:

  • Eine Wassersäule wird nur bis zu der Höhe des tieferliegenden ersten Abgangs gehoben.
  • Durch Beobachten der Stromaufnahme kann erkannt werden, ab wann in den Abgang gefördert wird (Strom nimmt zu).
  • Eine Wassersäule wird so weit angehoben, dass auch der zweite, höher liegende Abgang mit Wasser versorgt wird.
This means that different paths in a hydraulic system can be supplied with the conveying medium, e.g. by placing two outlets of a vertical pipe at different heights:
  • A column of water is only lifted to the level of the lower-lying first outlet.
  • By observing the current consumption, it can be seen from when it is pumped into the outlet (current increases).
  • One water column is raised so that the second, higher-lying outlet is also supplied with water.

Erkennen von Betriebszuständen der PumpeRecognition of the operating status of the pump

Erkennen von Partikeln/Fremdkörpern: Schwankendes Stromsignal, z.B. gelegentlich auftretende Peaks. Deren Höhe, Anzahl und Dauer sind ein Indikator für die Menge und Größe der Partikel.Detection of particles / foreign bodies: Fluctuating current signal, e.g. occasional peaks. Their height, number and duration are an indicator of the amount and size of the particles.

Erkennen der Viskosität des geförderten Mediums über die StromaufnahmeDetection of the viscosity of the conveyed medium via the power consumption

Fehlerzustände beheben oder verhindernEliminate or prevent error conditions

Pumpe ist blockiert: Keine Drehzahl bei sehr hoher Stromaufnahme.Pump is blocked: No speed with very high power consumption.

Zulauf zur Pumpe und/oder Abgang von der Pumpe blockiert/verengt: Die Stromaufnahme ist geringer, als bei der gemessenen Drehzahl bei vollem Volumenstrom zu erwarten wäre. Dieses Szenario kann vom Pumpen eines Luft-Wasser-Gemischs aufgrund der unterschiedlichen Höhe des Stroms oder durch das gesichertes Wissen unterschieden werden, dass der Fluidbehälter gefüllt ist.Inlet to the pump and / or outlet from the pump blocked / narrowed: The power consumption is lower than would be expected at the measured speed at full volume flow. This scenario can be distinguished from pumping an air-water mixture on the basis of the different height of the current or through the reliable knowledge that the fluid container is full.

Flügelrad lose/beschädigt: Verringerte StromaufnahmeImpeller loose / damaged: Reduced power consumption

Pumpe nicht angesteckt / elektrisch unterbrochen / hat Kurzschluss: Der Widerstand der Spulen kann berechnet werden. Daraus kann auf Fehlerzustände geschlossen werden.Pump not connected / electrically interrupted / has a short circuit: The resistance of the coils can be calculated. This can be used to infer error states.

„Deblocking“: Bei Erkennung einer Blockade versucht die Pumpe mit einem „Rüttelmodus“, die Blockade zu beheben.“Deblocking”: When a blockage is detected, the pump tries to use a “shaking mode” to remove the blockage.

„Derating“: Wenn die Pumpe überlastet ist, z.B. weil über eine längere Zeit eine hohe Stromaufnahme anlag, kann die Pumpe mit reduzierten Betriebsparametern (Drehzahl, max. Strom) weiterbetrieben werden, anstatt ganz gestoppt werden zu müssen."Derating": If the pump is overloaded, e.g. because a high current consumption has been applied for a long time, the pump can continue to be operated with reduced operating parameters (speed, max. Current) instead of having to be stopped completely.

Verstärkte Anlaufphase: Wenn die Pumpensteuerung erkennt, dass sie die gewünschte Drehzahl in der geforderten Zeit nicht erreicht, kann sie eine verstärkte Anlaufphase durchlaufen:

  • • Die Zeit, die der Motor von der Steuerung zugestanden bekommt, um vom gesteuerten in den geregelten Betrieb (mit Auswertung der rückinduzierten Spannung wie bei EC-Motoren üblich) zu wechseln, wird verlängert.
  • • Der maximale Strom, der in der Anlaufphase fließen darf, wird erhöht.
Increased start-up phase: If the pump control detects that it cannot reach the required speed in the required time, it can go through an intensified start-up phase:
  • • The time the motor is allowed by the control to switch from open-loop to closed-loop operation (with evaluation of the back-induced voltage as is usual with EC motors) is extended.
  • • The maximum current that can flow in the start-up phase is increased.

Unsichere Zustände in einem Gargerät verhindernPrevent unsafe conditions in a cooking appliance

Bei Öffnen der Garraumtüre wird die Umwälzpumpe, die Waschflotte in den Garraum fördert, gestoppt. Dies kann per Software erfolgen, besser ist es aber, den Türkontaktschalter mit der Ansteuerung der Pumpe zu koppeln, sodass ein Öffnen des Schalters die Ansteuerung der Pumpe hardwaremäßig unterbricht, z.B. indem die Spannungsversorgung des Leistungsbausteins der Pumpensteuerung unterbrochen wird.When the oven door is opened, the circulating pump that pumps the washing liquor into the oven stops. This can be done via software, but it is better to couple the door contact switch with the control of the pump so that opening the switch interrupts the control of the pump in terms of hardware, e.g. by interrupting the power supply of the power module of the pump control.

Damit ein unbeabsichtigtes Anschalten der Umwälzpumpe nicht dazu führt, dass Fluid aus dem Pumpensumpf in den Garraum und damit potenziell auf Lebensmittel gelangt, wird auf der Pumpensteuerung eine Logik implementiert, die die Umwälzpumpe erst dann freigibt, wenn kurz zuvor die Entleerungspumpe des Pumpensumpfs gelaufen ist. Dann kann man sicher sein, dass der Pumpensumpf von Schmutzwasser entleert wurde und ein Einschalten der Umwälzpumpe nicht zu Verschmutzung der gerade gegarten Lebensmittel führen würde. Im Fall, dass der Garraum gereinigt werden soll, wird nach Entleeren des Pumpensumpfs dieser mit Frischwasser über ein Magnetventil gefüllt. Auch dieses kann daran geknüpft werden, dass zuvor die Entleerungspumpe des Pumpensumpfs gelaufen ist.So that unintentional switching on of the circulation pump does not lead to fluid from the pump sump getting into the cooking chamber and thus potentially onto food, a logic is implemented on the pump control that only enables the circulation pump when the pump sump drain pump has been running shortly beforehand. Then you can be sure that the dirty water has been emptied from the pump sump and that switching on the circulation pump would not contaminate the food that has just been cooked. In the event that the cooking space needs to be cleaned, after the pump sump has been emptied, it is filled with fresh water via a solenoid valve. This can also be linked to the fact that the emptying pump of the pump sump has been running beforehand.

Ist keine Entleerungspumpe des Pumpensumpfs vorhanden, kann die Freigabe der Umwälzpumpe an die Aktivität des Frischwasser-Füllventils geknüpft werden. Dann kann die Umwälzung nur stattfinden, wenn zuvor der Pumpensumpf mit Frischwasser gefüllt wurde, welches das Schmutzwasser verdrängt.If there is no emptying pump for the pump sump, the release of the circulation pump can be linked to the activity of the fresh water filling valve. Then the circulation can only take place if the pump sump has previously been filled with fresh water, which displaces the dirty water.

Die Freigabe der Umwälzpumpe erfolgt dezentral auf der Pumpensteuerung, nicht zentral über die Geräte-Hauptsteuerung, was das Risiko von Softwarefehlern minimiert, weil die Logiken auf zwei Baugruppen verteilt sind.The circulation pump is released decentrally on the pump control, not centrally via the main device control, which minimizes the risk of software errors because the logics are distributed over two assemblies.

Insgesamt ergeben sich erfindungsgemäß die folgenden Vorteile:

  • - Vermeiden unnötig langer Abpumpzeiten, Erkennen von Fehlern (falls Fluidbehälter nicht leer wird)
  • - Verlängerung der Lebensdauer der Pumpen durch Vermeiden von Einschaltvorgängen und unnötig langer Laufzeit
  • - Optimierte Benetzung/Spülung des Garraums, indem die Pumpe nur dann läuft, wenn sie ausreichend Wasser zum Fördern hat, und nicht bereits dann, wenn das Wasser noch dabei ist, zurückzufließen.
  • - Leckageerkennung im Umwälzbetrieb, z.B. Undichtigkeiten an der Gerätetür, können erkannt werden
  • -Gezieltes Benetzen von Flächen im Garraum durch Variieren des Volumenstroms bzw. der Austrittsgeschwindigkeit aus der Düse.
  • - Abpumpen einer bestimmten Menge aus einem Fluidbehälter mit hoher Genauigkeit, indem die Pumpe mit geringer Drehzahl und/oder „falschherum“ läuft, sodass der Volumenstrom gering ist.
  • - Rühren/Vermischen des Fluidbehälterinhalts z.B. zum beschleunigten Auflösen von Feststoffchemie oder zum Ausgleich von Temperatur- oder Konzentrationsunterschieden
  • - Umlenken von Fluidsströmen durch verschiedene Pumphöhen statt mittels eines Schaltventils; hieraus resultiert eine Kosteneinsparung
  • - Erkennen des Verkalkungsgrades des Dampfgenerators über die Anzahl oder Größe abgepumpter Kalkbrocken
  • - Erkennen von Fehlerzuständen der Pumpen; hieraus resultieren detaillierte Fehlermeldungen, wodurch vermieden wird, dass unnötig Bauteile getauscht werden
  • - Selbstheilung von Fehlerzuständen durch von der Pumpe selbst eingeleitete Gegenmaßnahmen (z.B. Rütteln beim Anlaufen)
  • - Sicherheit gegen Softwarefehler (Freigabe der Umwälzpumpe)
Overall, the following advantages result according to the invention:
  • - Avoid unnecessarily long pumping times, detection of errors (if the fluid container does not become empty)
  • - Extension of the service life of the pumps by avoiding switch-on processes and unnecessarily long running times
  • - Optimized wetting / rinsing of the cooking space, in that the pump only runs when it has enough water to pump and not when the water is still flowing back.
  • - Leak detection in circulation mode, e.g. leaks on the appliance door, can be detected
  • - Targeted wetting of surfaces in the cooking space by varying the volume flow or the exit speed from the nozzle.
  • - Pumping a certain amount out of a fluid container with high accuracy, in that the pump runs at low speed and / or “the wrong way round” so that the volume flow is low.
  • - Stirring / mixing the contents of the fluid container, for example to accelerate the dissolution of solid chemistry or to compensate for temperature or concentration differences
  • - Diverting fluid flows through different pumping heights instead of by means of a switching valve; this results in a cost saving
  • - Recognition of the degree of calcification of the steam generator via the number or size of the pumped out lime lumps
  • - Recognition of error states of the pumps; this results in detailed error messages, which avoids unnecessary replacement of components
  • - Self-healing of error states through countermeasures initiated by the pump itself (e.g. shaking when starting)
  • - Security against software errors (release of the circulation pump)

Claims (9)

Pumpeneinheit für ein Gargerät, mit einem Fluidbehälter, einer Pumpe und einer Steuereinheit, wobei der Fluidbehälter einen Zulauf und einen Ablauf aufweist, wobei die Pumpe dem Ablauf zugeordnet ist und ein Pumpenrad und einen Pumpenmotor aufweist, wobei der Pumpenmotor ein elektronisch kommutierter Elektromotor ist und wobei die Steuereinheit ein Analysemodul aufweist, das dazu eingerichtet ist, die rückinduzierte Spannung eines Magnetrotors des Elektromotors zu analysieren.Pump unit for a cooking appliance, with a fluid container, a pump and a control unit, the fluid container having an inlet and an outlet, the pump being assigned to the outlet and having a pump wheel and a pump motor, the pump motor being an electronically commutated electric motor and wherein the control unit has an analysis module which is set up to analyze the back-induced voltage of a magnet rotor of the electric motor. Gargerät mit einer Pumpeneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Cooking appliance with a pump unit according to one of the preceding claims. Gargerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf des Fluidbehälter mit einem Garraum des Gargeräts in Verbindung steht.Cooking appliance Claim 2 , characterized in that the inlet of the fluid container is connected to a cooking space of the cooking device. Gargerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe einen Auslass aufweist, der zum Garraum des Gargeräts führt.Cooking appliance Claim 3 , characterized in that the pump has an outlet which leads to the cooking chamber of the cooking appliance. Verfahren zum Betreiben einer Pumpeneinheit eines Gargeräts nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysemodul aus der rückinduzierten Spannung erkennt, ob die Pumpe ein Fluid fördert oder ob sie leerläuft.Method for operating a pump unit of a cooking appliance according to one of the Claims 2 until 4th , characterized in that the analysis module detects from the back-induced voltage whether the pump is delivering a fluid or whether it is running empty. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysemodul aus der rückinduzierten Spannung den Verschmutzungsgrad des geförderten Fluids erkennt.Procedure according to Claim 5 , characterized in that the analysis module detects the degree of contamination of the pumped fluid from the back-induced voltage. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysemodul aus der rückinduzierten Spannung den Anteil von Luft im geförderten Fluid erkennt.Procedure according to Claim 5 or Claim 6 , characterized in that the analysis module detects the proportion of air in the pumped fluid from the back-induced voltage. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysemodul aus der rückinduzierten Spannung erkennt, ob die Pumpe blockiert ist.Method according to one of the Claims 5 until 7th , characterized in that the analysis module detects from the back-induced voltage whether the pump is blocked. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysemodul die Menge des sich im Fluidsystem befindenden Fluids ermittelt.Method according to one of the Claims 5 until 8th , characterized in that the analysis module determines the amount of fluid in the fluid system.
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