DE102022211200A1 - Adaptive speed adjustment of free-flow pumps in water-conducting household appliances - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Verhältnisses zwischen einem Volumenstrom und einer Drehzahl einer Freistrompumpe zur adaptiven Anpassung der Drehzahl im Betrieb der Freistrompumpe, wobei zumindest zwei unterschiedlichen Drehzahlen der Freistrompumpe über eine Steuereinheit eingestellt werden, für jede eingestellte Drehzahl ein Motorstrom der Freistrompumpe ermittelt wird, basierend auf den eingestellten Drehzahlen und dem ermittelten Motorstrom eine Motorstrom-Drehzahl-Gerade und ein Anstieg der Motorstrom-Drehzahl-Gerade und eine Geradengleichung der Motorstrom-Drehzahl-Gerade am Schnittpunkt der, die Drehzahl abbildenden, X-Achse ermittelt werden, und der ermittelte Anstieg der Motorstrom-Drehzahl-Gerade und die Geradengleichung der Motorstrom-Drehzahl-Gerade am Schnittpunkt der X-Achse als Proportionalitätsfaktoren zum Berechnen des Volumenstroms mit Hilfe eines vorgegebenen Motorstroms verwendet werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Haushaltsgerät.The invention relates to a method for determining a relationship between a volume flow and a speed of a free-flow pump for adaptively adjusting the speed during operation of the free-flow pump, wherein at least two different speeds of the free-flow pump are set via a control unit, a motor current of the free-flow pump is determined for each set speed, based on the set speeds and the determined motor current, a motor current-speed line and a slope of the motor current-speed line and a straight line equation of the motor current-speed line at the intersection of the X-axis depicting the speed are determined, and the determined slope of the motor current-speed line and the straight line equation of the motor current-speed line at the intersection of the X-axis are used as proportionality factors for calculating the volume flow with the aid of a predetermined motor current. The invention further relates to a household appliance.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Verhältnisses zwischen einem Volumenstrom und einer Drehzahl einer Freistrompumpe zur adaptiven Anpassung der Drehzahl im Betrieb der Freistrompumpe. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Haushaltsgerät.The present invention relates to a method for determining a relationship between a volume flow and a speed of a free-flow pump for adaptively adjusting the speed during operation of the free-flow pump. The invention also relates to a household appliance.
In wasserführenden Haushaltsgeräten, wie beispielsweise Waschmaschinen oder Geschirrspülern werden regulär sogenannte Freistrompumpen als Abwasserpumpen eingesetzt. Derartige Pumpen werden derzeit mit festgelegten Drehzahlen bzw. Drehzahlniveaus betrieben. Die fixen Drehzahlen bzw. Drehzahlniveaus bewirken je nach Anschlussbedingung des Abflussschlauchs im Haushalt (Druckverlust und Förderhöhe) unterschiedliche Volumenströme und resultierend daraus verschiedene Abpumpzeiten.In water-conducting household appliances, such as washing machines or dishwashers, so-called free-flow pumps are regularly used as wastewater pumps. Such pumps are currently operated at fixed speeds or speed levels. The fixed speeds or speed levels result in different volume flows depending on the connection conditions of the drain hose in the household (pressure loss and discharge head) and, as a result, different pumping times.
Die Anschlussbedingungen des Haushaltsgeräts im Haushalt bestimmen die Anlagenkennlinie. Dadurch ergibt sich ein Volumenstrom bzw. Förderstrom in Abhängigkeit der Drehzahl der Freistrompumpe. Die Leistungs- bzw. Stromaufnahme der Freistrompumpe steigt mit dem Förderstrom. Die Motorelektronik bzw. der Aufbau des Pumpenmotors lassen nur eine gewisse maximale Stromaufnahme zu, sodass diese begrenzt ist. Daher hängt die maximal mögliche Pumpendrehzahl von der Anschlussbedingung im Haushalt ab.The connection conditions of the household appliance in the home determine the system characteristic curve. This results in a volume flow or delivery flow depending on the speed of the free-flow pump. The power or current consumption of the free-flow pump increases with the delivery flow. The motor electronics or the structure of the pump motor only allow a certain maximum current consumption, so this is limited. The maximum possible pump speed therefore depends on the connection conditions in the home.
Die fixen Drehzahlwerte haben weiterhin Auswirkungen auf den Schleudervorgang, da die Menge und Zusammensetzung (Lauge, Schaum, Luftanteil), des beim Schleudern zur Pumpe strömenden Fluides stark variieren. Aufgrund der konstanten Drehzahl der Pumpe, wird bei geringer Zulaufmenge Luft angesaugt und die Freistrompumpe läuft weiter ohne zu fördern. Außerdem entstehen Ungenauigkeiten hinsichtlich der Restzeitanzeige des Waschprogramms des Haushaltsgeräts.The fixed speed values also have an impact on the spinning process, as the amount and composition (lye, foam, air content) of the fluid flowing to the pump during spinning vary greatly. Due to the constant speed of the pump, air is sucked in when the inflow quantity is low and the free-flow pump continues to run without pumping. In addition, inaccuracies arise with regard to the remaining time display of the household appliance's washing program.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für ein wasserführendes Haushaltsgerät zu schaffen, welches eine drehzahlangepasste Ansteuerung von Freistrompumpen ermöglicht.It is therefore the object of the present invention to provide a method for a water-conducting household appliance which enables a speed-adjusted control of free-flow pumps.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Steuereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch ein Haushaltsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1, by a control unit having the features of claim 9 and by a household appliance having the features of
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Verhältnisses zwischen einem Volumenstrom und einer Drehzahl einer Freistrompumpe zur adaptiven Anpassung der Drehzahl im Betrieb der Freistrompumpe bereitgestellt. Das Verfahren kann beispielsweise durch eine mit einer Freistrompumpe gekoppelte Steuereinheit in einem Haushaltsgerät ausgeführt werden.According to one aspect of the present invention, a method is provided for determining a relationship between a volume flow and a speed of a free-flow pump for adaptively adjusting the speed during operation of the free-flow pump. The method can be carried out, for example, by a control unit coupled to a free-flow pump in a household appliance.
Die Freistrompumpe kann eine kompakte und kavitationsunempfindliche Pumpe sein. Sie eignen sich besonders gut zum schonenden Transport feststoffbeladender Medien.The free-flow pump can be a compact and cavitation-resistant pump. They are particularly suitable for the gentle transport of media containing solids.
In einem Schritt werden zumindest zwei unterschiedlichen Drehzahlen der Freistrompumpe über eine Steuereinheit eingestellt. Nach dem Einpendeln der eingestellten Drehzahl wird für jede eingestellte Drehzahl ein Motorstrom der Freistrompumpe ermittelt. Dies kann über externe Sensoren oder über die durch die Steuereinheit ausgelesenen Motorparameter umgesetzt werden.In one step, at least two different speeds of the free-flow pump are set via a control unit. After the set speed has settled, a motor current of the free-flow pump is determined for each set speed. This can be implemented via external sensors or via the motor parameters read by the control unit.
Basierend auf den eingestellten Drehzahlen und dem ermittelten Motorstrom werden in einem weiteren Schritt eine Motorstrom-Drehzahl-Gerade und ein Anstieg der Motorstrom-Drehzahl-Gerade und eine Geradengleichung der Motorstrom-Drehzahl-Gerade am Schnittpunkt der, die Drehzahl abbildenden, X-Achse ermittelt.Based on the set speeds and the determined motor current, a motor current-speed line and a slope of the motor current-speed line and a straight line equation of the motor current-speed line at the intersection point of the X-axis representing the speed are determined in a further step.
Der ermittelte Anstieg der Motorstrom-Drehzahl-Gerade und die Geradengleichung der Motorstrom-Drehzahl-Gerade am Schnittpunkt der X-Achse werden vorteilhafterweise als Proportionalitätsfaktoren zum Berechnen des Volumenstroms mit Hilfe eines vorgegebenen Motorstroms verwendet.The determined slope of the motor current-speed line and the straight line equation of the motor current-speed line at the intersection point of the X-axis are advantageously used as proportionality factors for calculating the volume flow using a given motor current.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Haushaltsgerät bereitgestellt, welches eine Steuereinheit und mindesten seine Freistrompumpe aufweist. Die Freistrompumpe kann beispielsweise als eine Abwasserpumpe ausgestaltet sein, die durch die Steuereinheit angesteuert wird. Das Haushaltsgerät ist dazu eingerichtet, zumindest ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
Durch das Verfahren kann eine adaptive Anpassung der Pumpendrehzahl einer Freistrompumpe realisiert werden, um für einen möglichst großen Bereich von Anschlusshöhe und Druckverlust des Abflussschlauchs in Haushalten einen Nenn- oder Maximalwert des Förderstroms zu erreichen. Durch die adaptive Anpassung der Drehzahlen der Freistrompumpe können insbesondere Variationen in der Anlagenkennlinie kompensiert oder bei der Restzeitanzeige eines Waschprogramms präziser berücksichtigt werden.According to a further aspect of the invention, a household appliance is provided which has a control unit and at least one free-flow pump. The free-flow pump can be designed, for example, as a waste water pump which is controlled by the control unit. The household appliance is set up to carry out at least one method according to the invention.
The process enables adaptive adjustment of the pump speed of a free-flow pump in order to achieve a nominal or maximum flow rate for the largest possible range of connection height and pressure loss of the drain hose in households. The adaptive adjustment of the speeds of the free-flow pump can compensate for variations in the system characteristic curve or take them into account more precisely when displaying the remaining time of a washing program.
Das für den Betrieb von Kreiselpumpen geltende Affinitätsgesetz ist für eine mathematische Beschreibung eines Betriebs von Freistrompumpen üblicherweise nicht nutzbar. Entgegen dem Affinitätsgesetz wurde ermittelt, dass bei einer Laugenpumpe eines wasserführenden Haushaltsgeräts ein linearer Zusammenhang zwischen dem Drehmomentbildenden Motorstrom und der Drehzahl besteht. Dies lässt sich dadurch begründen, dass die Laugenpumpe einer sog. Freistrompumpe gleicht, welche einen großen Spalt zwischen einem Laufrad und einem Druckkammer-Gehäuse aufweist, damit Fremdkörper die im Medium mitschwimmen die Pumpe ungehindert passieren können. Für unterschiedlichen Förderhöhen und Druckverluste gilt ein linearer Zusammenhang. Resultierend daraus kann eine Motorstrom-Drehzahl-Gerade berechnet oder ermittelt werden.The affinity law applicable to the operation of centrifugal pumps is usually not applicable for a mathematical description of the operation of free-flow pumps. Contrary to the affinity The law of torque has shown that there is a linear relationship between the torque-generating motor current and the speed of rotation in a drain pump of a water-carrying household appliance. This can be explained by the fact that the drain pump is similar to a so-called free-flow pump, which has a large gap between an impeller and a pressure chamber housing so that foreign bodies floating in the medium can pass through the pump unhindered. A linear relationship applies for different discharge heads and pressure losses. As a result, a motor current-speed line can be calculated or determined.
Aus einer Subtraktion eines Produkts des Anstiegs mit dem gewünschten Motorstrom und der Geradengleichung der Motorstrom-Drehzahl-Gerade am Schnittpunkt der X-Achse kann der Volumenstrom bzw. Förderstrom ermittelt, welcher bei dem gewünschten Motorstrom sich einstellt.By subtracting a product of the increase with the desired motor current and the straight line equation of the motor current-speed line at the intersection point of the X-axis, the volume flow or delivery flow that occurs at the desired motor current can be determined.
Die Drehzahlregelung der Pumpe nach einem Soll- bzw. Maximalwert für den Volumenstrom ermöglicht bei Vorgabe eines Nennwertes des Volumenstroms die Sicherstellung des vordefinierten Ablaufs eines Waschprograms und somit beispielsweise die Sicherstellung der exakten Restzeitanzeige. Bei Vorgabe des Maximalwertes ist eine adaptive Verkürzung der Waschprogrammdauer, beispielsweise für Kurz-Programme des Haushaltsgeräts möglich.The speed control of the pump according to a target or maximum value for the volume flow enables the predefined sequence of a washing program to be ensured when a nominal value of the volume flow is specified, thus ensuring, for example, the exact remaining time display. When the maximum value is specified, an adaptive shortening of the washing program duration is possible, for example for short programs of the household appliance.
Darüber hinaus ermöglicht eine derartige Regelung des Betriebs der Freistrompumpe weiterführende Verbesserungen des Abpumpprozesses während des Schleuderns, beispielsweise mit dem Ziel der adaptiven Verkürzung des Schleuderprofils, sofern das Haushaltsgerät als eine Waschmaschine oder als ein Waschtrockner ausgestaltet ist.In addition, such control of the operation of the free-flow pump enables further improvements of the pumping process during spinning, for example with the aim of adaptively shortening the spin profile, provided that the household appliance is designed as a washing machine or a washer-dryer.
Nach einer Ausführungsform wird ein über einen Zeitintervall gemittelter Motorstrom für jede Drehzahl ermittelt. Alternativ wird ein, zu einem Zeitpunkt tatsächlich, gemessener Motorstrom bzw. ein entsprechender Effektivwert für jede Drehzahl ermittelt. Einerseits sollten die durch die Steuereinheit eingestellten Drehzahlen möglichst weit auseinanderliegen, um den Einfluss der Messabweichung zu minimieren und resultierend daraus die Motorstrom-Drehzahl-Gerade möglichst genau zu bestimmen. Andererseits entstehen Grenzen bei hohen Drehzahlen und niedrigen Nullförderhöhen durch die maximale Leistungsaufnahme der Freistrompumpe und bei niedrigen Drehzahlen und hohen Nullförderhöhen, da sich hier kein Volumenstrom einstellt und die Motorstrom-Drehzahl-Gerade nicht ausreichend präzise bestimmt werden kann.According to one embodiment, a motor current averaged over a time interval is determined for each speed. Alternatively, a motor current actually measured at a point in time or a corresponding effective value is determined for each speed. On the one hand, the speeds set by the control unit should be as far apart as possible in order to minimize the influence of the measurement deviation and, as a result, to determine the motor current-speed line as precisely as possible. On the other hand, limits arise at high speeds and low zero discharge heads due to the maximum power consumption of the free-flow pump and at low speeds and high zero discharge heads, since no volume flow is established here and the motor current-speed line cannot be determined with sufficient precision.
Bei der Verwendung des tatsächlich ermittelten Werts für die Drehzahl kann das Verfahren schneller ausgeführt werden. Die Verwendung von gemittelten Werten ermöglicht hingegen eine geringere Fehleranfälligkeit und eine höhere Genauigkeit. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem initialen Schritt bei einem Starten eines Waschprogramms ausgeführt werden, um eine optimale Kalibrierung der Freistrompumpe zu erzielen.When using the actual determined value for the speed, the method can be carried out more quickly. The use of averaged values, on the other hand, enables a lower susceptibility to errors and a higher level of accuracy. The method according to the invention can be carried out in an initial step when starting a washing program in order to achieve optimal calibration of the free-flow pump.
Das Verfahren kann für die meisten Anwendungsfälle und Aufstellungskonstellationen des Haushaltsgeräts abgestimmt werden, wenn durch die Steuereinheit zumindest zwei unterschiedlichen Drehzahlen in einem Drehzahlbereich zwischen 2400 U/min und 3700 U/min, insbesondere zwischen 2700 U/min und 3300 U/min, eingestellt werden. Vorteilhafterweise kann ein Bereich der Anlagen-Förderhöhe zwischen einem Bodenablass und einer Einhänghöhe eines Abflussschlauches des Haushaltsgeräts von bis zu 1.5 m abgebildet werden, wenn die anzufahrenden Drehzahlen 2700 U/min und 3300 U/min betragen.The method can be adapted to most applications and installation configurations of the household appliance if the control unit sets at least two different speeds in a speed range between 2400 rpm and 3700 rpm, in particular between 2700 rpm and 3300 rpm. Advantageously, a range of the system delivery head between a floor drain and a hanging height of a drain hose of the household appliance of up to 1.5 m can be mapped if the speeds to be approached are 2700 rpm and 3300 rpm.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird abhängig von der Steuereinheit und/oder der Freistrompumpe ein maximaler Motorstrom ermittelt und mittels der Motorstrom-Drehzahl-Geraden eine maximale Drehzahl berechnet.According to a further embodiment, a maximum motor current is determined depending on the control unit and/or the free-flow pump and a maximum speed is calculated using the motor current-speed line.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird mittels der maximalen Drehzahl ein maximaler Volumenstrom ermittelt und eine Zeit zum Abpumpen einer vordefinierten Wassermenge mit dem maximalen Volumenstrom bestimmt.According to a further embodiment, a maximum volume flow is determined by means of the maximum speed and a time for pumping out a predefined amount of water with the maximum volume flow is determined.
Durch die Kenntnis des maximalen maximal möglichen Volumenstroms der Freistrompumpe kann eine Restzeitanzeige eines Waschprogramms, insbesondere während eines Schleudergangs oder einer Schleuderphase, besonders präzise bestimmt werden.By knowing the maximum possible volume flow of the free-flow pump, the remaining time display of a washing program, especially during a spin cycle or a spin phase, can be determined particularly precisely.
Durch den linearen Zusammenhang zwischen Motorstrom und Drehzahl für Freistrompumpen kann der maximale Motorstromwert gemäß der Leistungsaufnahme der Freistrompumpe berechnet werden. Jedoch muss der Zusammenhang nicht linear sein. Hierfür können der Anstieg der Motorstrom-Drehzahl-Gerade und die Geradengleichung der Motorstrom-Drehzahl-Gerade am Schnittpunkt der X-Achse als Proportionalitätsfaktoren für die Berechnung des maximal möglichen Volumenstroms herangezogen werden. Der maximal mögliche Motorstrom hängt dabei von der Motorauslegung sowie der Auslegung der Motoransteuerung (insb. des Inverters) ab. Es wird somit der haushaltsspezifisch maximale Volumenstrom eingestellt. Darüber hinaus können auch eine Motorstrom-Volumenstrom-Gerade und/oder Gleichung ermittelt und der Volumenstrom und die Zeit zum Abpumpen einer gemäß dem Waschprogramm definierten Wassermenge ermittelt werden. Resultierend daraus kann die definierte Wassermenge, beispielsweise im Laugenbehälter oder Sumpf des Haushaltsgeräts, so schnell wie möglich abgepumpt werden um die Waschdauer zu minimieren.Due to the linear relationship between motor current and speed for free-flow pumps, the maximum motor current value can be calculated according to the power consumption of the free-flow pump. However, the relationship does not have to be linear. For this purpose, the rise of the motor current-speed line and the equation of the motor current-speed line at the intersection point of the X-axis can be used as proportionality factors for calculating the maximum possible volume flow. The maximum possible motor current depends on the motor design and the design of the motor control (especially the inverter). The household-specific maximum volume flow is thus set. In addition, a motor current-volume flow line and/or equation can also be determined and the The volume flow and the time required to pump out a water quantity defined in accordance with the washing program are determined. As a result, the defined water quantity, for example in the detergent container or sump of the household appliance, can be pumped out as quickly as possible in order to minimize the washing time.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird eine Betriebspunktkennlinie basierend auf dem ermittelten Volumenstrom in Abhängigkeit vom Motorstrom ermittelt. Durch diese Maßnahme können in Abhängigkeit von dem Aufstellungsort und den Anschlussbedingungen des Haushaltsgeräts optimale Betriebsbedingungen für die Freistrompumpe bestimmt werden.According to a further embodiment, an operating point characteristic curve is determined based on the determined volume flow as a function of the motor current. This measure can be used to determine optimal operating conditions for the free-flow pump depending on the installation location and the connection conditions of the household appliance.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Verhältnisses zwischen einem Volumenstrom und einer Drehzahl einer Freistrompumpe zur adaptiven Anpassung der Drehzahl im Betrieb der Freistrompumpe bereitgestellt. Das Verfahren beschreibt eine alternative Bestimmung des Volumenstroms in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder des Motorstroms.According to a further aspect of the invention, a method is provided for determining a relationship between a volume flow and a speed of a free-flow pump for adaptively adjusting the speed during operation of the free-flow pump. The method describes an alternative determination of the volume flow depending on the speed and/or the motor current.
In einem Schritt wird eine Pumpenkennliniengleichung der Freistrompumpe als ein Polynom dritten Grades in Abhängigkeit von einem Volumenstrom definiert. In einem weiteren Schritt wird eine Anlagenkennliniengleichung einer Anlage, in welcher die Freistrompumpe verbaut ist, als ein Polynom zweiten Grades in Abhängigkeit von einem Volumenstrom definiert. Ferner kann die Anlagenkennliniengleichung auch als ein Polynom beliebigen Grades definiert sein.In one step, a pump characteristic curve equation of the free-flow pump is defined as a third-order polynomial depending on a volume flow. In a further step, a system characteristic curve equation of a system in which the free-flow pump is installed is defined as a second-order polynomial depending on a volume flow. Furthermore, the system characteristic curve equation can also be defined as a polynomial of any order.
Anschließend wird für mindestens zwei Drehzahlen jeweils ein Schnittpunkt zwischen der Pumpenkennliniengleichung und der Anlagenkennliniengleichung ermittelt. In einem weiteren Schritt wird zum Berechnen des Volumenstroms mit Hilfe eines vorgegebenen Motorstroms aus den ermittelten Schnittpunkten eine Betriebspunktkennlinie ermittelt.Then, an intersection point between the pump characteristic curve equation and the system characteristic curve equation is determined for at least two speeds. In a further step, an operating point characteristic curve is determined from the determined intersection points in order to calculate the volume flow using a specified motor current.
Der Betriebspunkt und somit der sich einstellende Volumenstrom resultiert aus dem Schnittpunkt zwischen der Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie. Die Pumpenkennlinien für unterschiedliche Drehzahlen lassen sich abhängig von Pumpenhersteller und der Pumpengeometrie messen. Arbeitet die Pumpe bei der maximal möglichen Förderhöhe (Nullförderhöhe), stellt sich kein Förderstrom ein. Die Anlagenkennlinie ergibt sich entsprechend der Anschlussbedingungen im Haushalt. Sie ist abhängig von der Anlagen-Förderhöhe (Anschluss- bzw. Einhänghöhe des Abflussschlauches) und dem Druckverlust bzw. Strömungswiderstand (beispielsweise durch eingebaute Wand-Siphons oder Querschnittsreduktionen im Anschlussbereich).The operating point and thus the resulting volume flow results from the intersection between the system characteristic curve and the pump characteristic curve. The pump characteristic curves for different speeds can be measured depending on the pump manufacturer and the pump geometry. If the pump works at the maximum possible delivery head (zero delivery head), no delivery flow occurs. The system characteristic curve is determined according to the connection conditions in the household. It depends on the system delivery head (connection or hanging height of the drain hose) and the pressure loss or flow resistance (for example due to built-in wall siphons or cross-section reductions in the connection area).
Die Pumpenkennlinien eines Pumpentyps werden für mehrere Drehzahlen gemessen oder als Gleichungen definiert. Um die Pumpenkennlinie stufenlos für jede beliebige Drehzahl bestimmen zu können, werden die Approximationsparameter der gemessenen Kennlinien in ein Parametermodell übertragen. Dazu werden die Kennlinien-Approximationsparameter als Funktion der Drehzahl durch weitere Approximationen beschrieben. Somit wird die Pumpenkennlinie stufenlos über eine polynomische Gleichung dritten Grades angegeben. Vorteilhafterweise kann durch Anfahren verschiedener Drehzahlen beim Pumpenstart die Anlagenkennlinie approximiert werden. Zur Minimierung der benötigten Messpunkte wird die Anlagenkennlinie als Polynom zweiten Grades angenommen.The pump characteristics of a pump type are measured for several speeds or defined as equations. In order to be able to determine the pump characteristics continuously for any speed, the approximation parameters of the measured characteristics are transferred to a parameter model. To do this, the characteristic curve approximation parameters are described as a function of the speed using further approximations. The pump characteristics are thus continuously specified using a third-order polynomial equation. The system characteristics can advantageously be approximated by starting up at different speeds when the pump starts. To minimize the number of measuring points required, the system characteristics are assumed to be a second-order polynomial.
Zur Ermittlung der Betriebspunktkennlinie werden die Pumpen- und die Anlagenkennlinie gleichgesetzt. Aus der resultierenden Nullstellenberechnung des Polynoms dritten Grades kann die Betriebspunktkennlinie abgeleitet werden.To determine the operating point characteristic, the pump and system characteristic are equated. The operating point characteristic can be derived from the resulting zero calculation of the third degree polynomial.
Bei einer Ausführungsform werden mehrere Schnittpunkte zwischen der Pumpenkennliniengleichung und der Anlagenkennliniengleichung für unterschiedliche Drehzahlen der Freistrompumpe durch ein numerisches Verfahren, wie beispielsweise Newton-Verfahren, ermittelt. Durch diese Maßnahme kann die Betriebspunktkennlinie schnell und effizient berechnet werden.In one embodiment, several intersection points between the pump characteristic curve equation and the system characteristic curve equation for different speeds of the free-flow pump are determined using a numerical method, such as Newton's method. This measure allows the operating point characteristic curve to be calculated quickly and efficiently.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuereinheit für ein wasserführendes Haushaltsgerät bereitgestellt, wobei die Steuereinheit dazu ausgestaltet ist, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen. Die Steuereinheit kann eine Recheneinheit (z.B. eine CPU) umfassen. Die Steuereinheit kann dazu ausgestaltet sein, Daten aufzunehmen, zu verarbeiten und Steuerungsbefehle auszugeben.According to a further aspect of the present invention, a control unit for a water-conducting household appliance is provided, wherein the control unit is designed to carry out the method according to one of the preceding claims. The control unit can comprise a computing unit (e.g. a CPU). The control unit can be designed to receive data, process it and output control commands.
Die Vorteile und Merkmale, die oben im Zusammenhand mit der Vorrichtung erläutert wurden, gelten analog auch für das Verfahren und andersherum. Einzelne Merkmale oder Aspekte der vorliegenden Erfindung können miteinander kombiniert werden und haben die in diesem Zusammenhang erläuterten Vorteile.The advantages and features explained above in connection with the device also apply analogously to the method and vice versa. Individual features or aspects of the present invention can be combined with one another and have the advantages explained in this context.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von vorteilhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Figuren im Detail erläutert. Dabei zeigen:
-
1 ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von Betriebspunkten als Schnittpunkte von Anlagenkennlinien und Pumpenkennlinien. -
2 ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von Pumpenkennlinien für unterschiedliche Drehzahlen. -
3 ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von Motorstrom-Drehzahl-Geraden. -
4 ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von Volumenstrom-Motorstrom-Geraden für unterschiedliche Drehzahlen. -
5 ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von Anstiegen der Volumenstrom-Motorstrom-Geraden aus 5 . -
6 ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von ermittelten Volumenströmen in Abhängigkeit von Drehzahlen basierend auf einem Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform und gemäß einer zweiten Ausführungsform. -
7 ein schematisches Diagramm zum Vergleichen von ermittelten Volumenströmen in Abhängigkeit von einer Drehzahl basierend auf einem Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform und gemäß einer dritten Ausführungsform. -
8 eine Frontansicht eines Haushaltsgeräts gemäß einer Ausführungsform.
-
1 a schematic diagram to illustrate operating points as intersections of system curves and pump curves. -
2 a schematic diagram illustrating pump characteristics for different speeds. -
3 a schematic diagram illustrating motor current-speed curves. -
4 a schematic diagram illustrating volume flow-motor current lines for different speeds. -
5 a schematic diagram to illustrate slopes of the volume flow-motor current line from5 . -
6 a schematic diagram for illustrating determined volume flows as a function of rotational speeds based on a method according to a first embodiment and according to a second embodiment. -
7 a schematic diagram for comparing determined volume flows as a function of a rotational speed based on a method according to a first embodiment and according to a third embodiment. -
8th a front view of a household appliance according to an embodiment.
In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Faktoren wie beispielsweise numerische Werte, Formen, Komponenten, Positionen von Komponenten und die Weise, wie die Komponenten miteinander verbunden sind, sind lediglich illustrativ und nicht einschränkend. In den Zeichnungen sind aus Gründen der Übersicht und zur Verbesserung der Erkennbarkeit teilweise unterschiedliche Maßstäbe verwendet.In the figures, like or corresponding elements are designated by the same reference numerals. Factors such as numerical values, shapes, components, positions of components and the manner in which the components are connected to one another are merely illustrative and not restrictive. Different scales are used in some of the drawings for reasons of clarity and to improve recognizability.
Die
Die Pumpenkennlinien 20 für unterschiedliche Drehzahlen n1, n2, n3 lassen sich abhängig von Pumpenhersteller und Pumpengeometrie einer Freistrompumpe 110 (
Die Anlagenkennlinie 10 ergibt sich entsprechend der Anschlussbedingungen im Haushalt bzw. am Aufstellungsort eines Haushaltsgeräts 100. Die Anlagenkennlinie 10 ist abhängig von der Anlagen-Förderhöhe H (Anschluss- bzw. Einhänghöhe des Abflussschlauches) und dem Druckverlust bzw. Strömungswiderstand (beispielsweise durch eingebaute Wand-Siphons oder Querschnittsreduktionen im Anschlussbereich).The system
Die Pumpenkennlinien 20 eines Pumpentyps werden für mehrere Drehzahlen n1, n2, n3 gemessen. Um die Pumpenkennlinie 20 stufenlos für jede beliebige Drehzahl bestimmen zu können, werden Approximationsparameter von gemessenen Pumpenkennlinie 20 in ein Parametermodell übertragen. Dazu werden die Kennlinien-Approximationsparameter als Funktion der Drehzahl n durch die Approximationen beschrieben. Somit wird die Pumpenkennlinie stufenlos über eine polynomische Gleichung dritten Grades in Form einer Pumpenkennliniengleichung 21 angegeben. In der
Entgegen dem Affinitätsgesetz für reguläre Kreiselpumpen wurde ermittelt, dass bei einer Laugenpumpe 110 eines Haushaltsgeräts 100, wie beispielweise einer Waschmaschine, ein linearer Zusammenhang zwischen dem Drehmomentbildenden Motorstrom I und der Drehzahl n besteht. Dies lässt sich dadurch begründen, dass die Laugenpumpe 110 einer sog. Freistrompumpe gleicht, welche einen großen Spalt zwischen Laufrad und Druckkammer-Gehäuse aufweist, damit Fremdkörper die im Medium mitschwimmen die Laugenpumpe 110 passieren können. In der
Die unterschiedlichen Betriebspunkte der Freistrompumpe 110 liegen bei einer spezifischen Drehzahl n auf einer Gerade im Volumenstrom-Motorstrom-Diagramm. Die
Dabei sind die einzelnen Messpunkte als Punkte dargestellt. Bei jedem Messpunkt wurde der Betriebspunkt der Freistrompumpe 110 durch die Anpassung der Förderhöhe H und/oder durch zusätzlichen Druckverlust im Ablaufschlauch angepasst. Alle Messpunkte einer spezifischen Drehzahl n liegen dabei auf einer Gerade. Alle Geraden haben einen gemeinsamen Schnittpunkt mit den Koordinaten S(Xs; Ys). Dabei entspricht Xs einem Schnittpunkt mit der X-Achse und Ys einem Schnittpunkt mit der Y-Achse.The individual measuring points are shown as points. At each measuring point, the The operating point of the free-
Ein Anstieg A der jeweiligen Volumenstrom-Motorstrom-Geraden ist drehzahlabhängig und kann über eine Polynomgleichung zweiten Grades angegeben werden. Die jeweiligen Anstiege A der in
In der Folge wird der Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom Q und dem Motorstrom I aus dem Schnittpunkt S(Xs;Ys) der Volumenstrom-Motorstrom-Geraden und dem drehzahlabhängigen Anstieg A gebildet.Subsequently, the relationship between the volume flow Q and the motor current I is formed from the intersection point S(Xs;Ys) of the volume flow-motor current line and the speed-dependent increase A.
Die Parametrierung dieser Zusammenhänge ist nicht allgemeingültig und kann vorteilhafterweise auf den Pumpentyp (Pumpenhersteller, geometrische Variante) angepasst werden.The parameterization of these relationships is not generally valid and can advantageously be adapted to the pump type (pump manufacturer, geometric variant).
Gemäß einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Anstieg A der Volumenstrom-Motorstrom-Geraden messtechnisch ermittelt. Hierzu werden zumindest zwei unterschiedliche Drehzahlen n1, b2 über die Pumpensteuerung bzw. Steuereinheit 120 angefahren. Sobald sich der Motorstrom I eingeschwungen hat, wird der jeweilige Motorstrom I ermittelt und die Volumenstrom-Motorstrom-Gerade abgeleitet.According to a first embodiment of a method according to the invention, a rise A of the volume flow-motor current line is determined by measurement. For this purpose, at least two different speeds n1, b2 are approached via the pump control or
Die angefahrenen Drehzahlen sollten möglichst weit auseinanderliegen, um den Einfluss der Messabweichung zu minimieren und resultierend daraus die Volumenstrom-Motorstrom-Gerade möglichst genau zu bestimmen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden schematische Drehzahlen n zwischen 2400 U/min und 3700 U/min berücksichtigt (s.
Über die bereits erläuterten Zusammenhänge kann der Volumenstrom Q nun für jede beliebige Drehzahl n berechnet werden. Hierzu wird aus einer Subtraktion eines Produkts des Anstiegs A mit dem gewünschten Motorstrom I und der Geradengleichung der Motorstrom-Drehzahl-Gerade am Schnittpunkt Xs der X-Achse der Volumenstrom Q bzw. Förderstrom ermittelt, welcher sich bei dem gewünschten Motorstrom I einstelltUsing the relationships already explained, the volume flow Q can now be calculated for any speed n. To do this, the volume flow Q or delivery flow that occurs at the desired motor current I is determined by subtracting a product of the increase A with the desired motor current I and the straight line equation of the motor current-speed line at the intersection point Xs of the X-axis.
Die Verwendung des tatsächlichen Motorstrom-Wertes Iqdelta ist ebenso möglich wie die Verwendung eines gemittelten Wertes des Motorstroms IqMean. Die
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des Verfahrens erfolgt die Einstellung des Betriebspunktes B und folglich des Volumenstroms Q durch ein Gleichsetzen von Anlagenkennlinie 10 und Pumpenkennlinie 20 bzw. entsprechender Gleichungen. Die approximierte Pumpenkennliniengleichung 21 ist als drehzahlabhängige Gleichung (vorteilhafterweise als Polynom dritten Grades) hinterlegt. Ziel ist es durch Anfahren verschiedener Drehzahlen n beim Pumpenstart die Anlagenkennlinie in Form einer Anlagenkennliniengleichung zu approximieren. Zur Minimierung der benötigten Messpunkte wird die Anlagenkennliniengleichung als ein Polynom zweiten Grades angenommen.According to a third embodiment of the method, the operating point B and consequently the volume flow Q are set by equating the system
Zur Bestimmung des Polynoms der Anlagenkennliniengleichung sind drei Messpunkte notwendig. Zur Maximierung der Genauigkeit können die Messpunkte möglichst weit auseinanderliegen. Zur Ermittlung der Betriebspunktkennlinie B werden die Anlagenkennliniengleichung und die Pumpenkennliniengleichung 21 gleichgesetzt. Es ergibt sich somit ein Nullstellenproblem, welches durch ein numerisches Verfahren, wie beispielsweise das Newton-Verfahren, lokal gelöst werden kann, um einen Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom Q und der Drehzahl n bzw. Motorstrom I zu ermitteln. Die
In der
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- AnlagenkennlinieSystem characteristic curve
- 100100
- HaushaltsgerätHousehold appliance
- 110110
- Freistrompumpe / LaugenpumpeFree-flow pump / drain pump
- 120120
- SteuereinheitControl unit
- 130130
- LaugenbehälterLye container
- 2020
- PumpenkennlinienPump characteristics
- 2121
- PumpenkennliniengleichungPump characteristic equation
- 200200
- Abfluss Drain
- AA
- Anstieg / SteigungRise / Gradient
- BB
- BetriebspunktOperating point
- nn
- Drehzahlnumber of revolutions
- II
- MotorstromMotor current
- VolumenstromVolume flow
- HH
- FörderhöheHead
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