DE19513352A1 - Verfahren zur Drehzahlregelung der Umwälzpumpe einer programmgesteuerten Geschirrspülmaschine - Google Patents

Description

Der Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehzahlregelung einer Umwälzpumpe für eine programmgesteuerte Geschirrspülmaschine, wobei die Pumpenmotordrehzahl einem Versorgungs-Spannungsmuster folgt und im wesent­ lichen von einer Anlaufphase mit niedriger Schleichdrehzahl, einer Hochlaufphase mit steigender Drehzahl und einem Nenndrehzahlbereich mit annähernd konstanter Drehzahl bestimmt ist, welche eine von der Programmsteuerung aktivierbare Pum­ penelektronik veranlaßt.

Beim maschinellen Geschirrspülen mit aufgeheizter Spülflüssigkeit können Pro­ bleme auftreten, wenn die im Spülbehälter über der Spülflüssigkeit eingeschlos­ sene Luft zu rasch oder sprunghaft erwärmt wird. Die Ausdehnung des Luftvolu­ mens bewirkt einen unangenehmen Druckstoß, welcher, wenn er sich voll und unkontrolliert aufbauen kann, ggf. zu Dichtungsproblemen an der Gerätetürdich­ tung oder zu übermäßigem Wrasenaustritt an den Ausgleichsöffnungen des Gerä­ tes führt. In der Regel ist dies der Fall, wenn im laufenden Spülprogramm die Ge­ rätetür oder Haube noch einmal geöffnet wird, um Spülgut nachzulegen. Dabei tauscht sich die innerhalb des Spülraumes befindliche auf Spültemperatur er­ wärmte Luft mit der kalten Raumluft aus. Wird nun die Tür wieder geschlossen, so wird die eingedrungene kältere Raumluft bei einsetzender intensiver Spülwas­ serumwälzung innerhalb kürzester Zeit auf die Temperatur der Spülflüssigkeit er­ wärmt.

Mit diesem Problem befaßt sich ein in der DE-OS 26 49 302 beschriebenes Ver­ fahren, nach welchem zu Beginn eines neuen Spülgangs oder bei Fortsetzung des Spülbetriebs nach dem Türöffnen die Umwälzpumpe zu Beginn kurzzeitig an die volle Versorgungsspannung gelegt wird, um die laufhemmenden Kräfte der Pumpe zu überwinden, anschließend wird die Effektivspannung des Pumpenmotors wäh­ rend einer Anlaufphase auf einen niedrigen Wert gesenkt, so daß der Motor mit kleiner Drehzahl, einer sog. Schleichdrehzahl weiterläuft. Die Versorgungsspan­ nung wird hierfür durch einen geeigneten Phasenanschnitt beeinflußt. Anschlie­ ßend wird die Spannung zum Hochlaufen des Motors bis zu ihrem Nennwert ge­ steigert. Entsprechend diesem festen Versorgungs-Spannungsmuster baut der Pumpenmotor eine Drehzahlkurve auf. Das Drehzahlverhalten ist aber nicht stabil, da Last-und Druckschwankungen den Motorlauf beeinflussen. Durch die Unregel­ mäßigkeiten im Drehzahlverlauf bleibt gleichmäßig langsam ansteigende Lufter­ wärmung im Spülraum dem Zufall überlassen, so daß die vorerwähnten Probleme nicht als gelöst gelten können. Ferner ist es als Nachteil anzusehen, daß für unter­ schiedliche Gerätetypen mit verschiedenen leistungsstärkeren oder schwächeren Pumpenmotoren bzw. mit Pumpentypen, die landesspezifisch mit unterschiedli­ chen Netzfrequenzen bzw. Versorgungsspannungen arbeiten, jeweils modifizierte Pumpenelektroniken eingesetzt werden müssen, um wenigstens annähernd stabile Drehzahlkurven zu erreichen. Auch hier soll die Erfindung Abhilfe schaffen.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art zur Drehzahlregelung der Umwälzpumpe einer programmgesteuerten Geschirrspülmaschine werden die vorstehenden Probleme erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des An­ spruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind den Unteransprüchen zu ent­ nehmen.

Der mit dem erfindungsgemäßen Drehzahlregelverfahren insbesondere erzielte Vorteil ist ein stabiler Drehzahlverlauf der Pumpe, der einer vorgegebenen Dreh­ zahl-Regelkurve stabil folgt. Auch bei lastabhängigen bzw. pumpendruckabhängi­ gen Unregelmäßigkeiten ist dieser Drehzahlverlauf immer gewährleistet, sichert und optimiert also den gewünschte Effekt der langsamen stetigen Lufterwärmung′ im Spülraum. Hierdurch werden unerwünschte Druckstöße im Spülraum, Dich­ tungsprobleme an den Gerätetürdichtungen sowie ein übermäßiger Wrasenaustritt sicher vermieden. Durch die Hinterlegung von freqenzbezogenen Netz- bzw. Ver­ sorgungs-Spannungsparametern in der Pumpenelektronik für verschiedene Pum­ pentypen ist es einfach möglich, den Regler auf leistungsstärkere oder schwä­ chere Pumpen sowie auf landesspezifisch unterschiedliche Netzfrequenzen bzw. Versorgungsspannungen vorzubereiten, wobei eine Pumpenelektronik für alle An­ wendungsfälle genügt. Die Anpassung kann sogar noch beim Aufstellen des Gerä­ tes erfolgen. Bei angepaßtem Gerät erkennt die Regelung alle Bedingungen für den Pumpenmotor vor Ort und regelt die Pumpendrehzahl entsprechend der angewähl­ ten Solldrehzahl-Regelkurve.

In der nachfolgenden Beschreibung ist das erfindungsgemäße Verfahren näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Solldrehzahl-Regelkurvendiagramm für verschiedene Umwälzpumpen-Motore,

Fig. 2 eine Pumpenelektronik mit einem Regler für den Drehzahlverlauf einer Umwälzpumpe im Blockschaltbild.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft einsetzbar bei einem programm­ gesteuerten Spülautomaten, bei welchem das in einem Einsatzwagen oder in Ge­ schirrkörben abgelegte und im Spülraum zu reinigende Spülgut mit Reinigungs- und Spülflüssigkeit beaufschlagt wird. Bei einem solchen Gerät zieht eine Um­ wälzpumpe fortlaufend Wasser unten aus dem Spülbehälter ab und pumpt dieses den Sprüharmen der Körbe wiederholt zu. Die Spülprogramme derartiger Geräte sind bekanntlich elektromechanisch oder elektronisch einsteuerbar. Die Spülauto­ maten werden zum Reinigen und Spülen von Haushaltgeschirr oder auch im Labor oder Krankenhaus bspw. für die Reinigung und Desinfektion von OP-Gerätschaf­ ten, wie Katheter, Atemschläuche′ Zangen, Pipetten, MIC-Instrumente oder dergl. Utensilien eingesetzt. Dabei wird in aller Regel mit Frischwasser gearbeitet, wel­ ches entweder direkt der örtlichen Wasserleitung oder einem vom Frischwasser­ netz gespeisten Tank oder Boiler entnommen wird. Der Wasserzulauf zum Spülbe­ hälter des Spülautomaten ist programmabhängig von einem Magnetventil gesteu­ ert. Die verschiedenen Programme sind bei den Spülmaschinen separat auswähl­ bar und umfassen neben ausblendbaren Programmabschnitten "Vorspülen" und/oder "Zwischenspülen" noch die Programmabschnitte "Reinigen" und "Klarspülen" (oder "Nachspülen"), in denen mit aufgeheizter Reinigungs-oder Spül­ flotte gearbeitet wird. Daneben kann noch, wie bei Spülmaschinen im Labor- oder Krankenhausbereich oft der Fall, eine Desinfektionsstufe für das Spülgut im Pro­ gramm eingeblendet werden. Abgeschlossen wird ein Spülprogramm in aller Regel mit dem Programmabschnitt "Trocknen". Auf den weiteren Aufbau einer solchen Geschirrspülmaschine soll hier nicht näher eingegangen werden, da solche Geräte allgemeiner Technikstand sind.

Bei Spülbeginn wird wie bekannt das im Frischwasserzulauf des Gerätes liegende Magnetventil (M) für den Spülwassereinlauf zum Spülbehälter über eine verein­ facht in Fig. 2 gezeigte Programmsteuerung (P) geöffnet. Die Pumpenelektro­ nik (PE) für die Umwälzpumpe (UP), die in Wirkverbindung mit der Programm­ steuerung (P) des Spülautomaten steht, veranlaßt den Pumpenmotor zur Rotation und Versorgung der Sprüharme.

Nach der Erfindung wird zu Beginn eines neuen Spülgangs und bei Fortsetzung des Spülbetriebs nach dem Türöffnen mit dem erneuten Einschalten der Umwälz­ pumpe (UP) deren Pumpenlauf ständig kontrolliert und drehzahlkorregiert, um Druckstöße durch einen unkontrollierten Innendruckaufbau im Spülbehälter wäh­ rend eines mit Warmwasser gefahrenen Spül- oder Reinigungsganges oder beim Zulauf von Kaltwasser nach einem mit Warmwasser gefahrenen Spülgang in ei­ nem neuen Spülgang zu vermeiden und Dichtungsprobleme auszuschalten. Gemäß diesem Verfahren wird also die Drehzahl (D) in Umdrehungen pro Minute (Fig. 1) der Umwälzpumpe (UP), deren Pumpenmotor vorzugsweise ein Asynchronmotor ist, durch die von der Programmsteuerung (P) aktivierbare Pumpenelektronik (PE) überwacht und so geregelt, daß sie stabil bleibt d. h., sich entsprechend einer in Fig. 1 vorgegebenen Drehzahl-Regelkurve (RD1, RD2, RDn) verhält. Die Regelung veranlaßt den Pumpenmotor einer ihm eigenen Soll-Drehzahlkurve, die aus einem Versorgungs-Spannungsmuster resultiert, streng zu folgen. Solche Solldrehzahl- Regelkurven sind in der Pumpenelektronik anwählbar eingespeichert.

Das Drehzahlverhalten der Pumpe wird in einfacher Weise mit einem elektroni­ schen Regler (R), bspw. ein Regelkreis mit PI-Regler, in der Pumpenelektronik (PE) überwacht. Das Regelnetzwerk bestimmt durch einen Vergleich des zu einem be­ stimmten Zeitpunkt tatsächlich vorhandenen Drehzahlwertes (Istwert) mit dem für diesen Zeitpunkt vorgegebenen in der Elektronik eingespeicherten Drehzahl wert eine entsprechende Stellgröße zur Drehzahlkorrektur, falls dies notwendig wird. Die einzuhaltenden Soll-Drehzahlkurven sind motorspezifisch, also vom jeweils eingesetzten Pumpenmotortyp abhängig. In der Pumpenelektronik (PE) des Gerä­ tes sind neben den auswählbaren (Soll)Drehzahl-Regelkurven (RD1, RD2, RDn) (Fig. 1) auch freqenzbezogene Netz- bzw. Versorgungs-Spannungsparameter län­ derspezifisch jeweils für einen bestimmten Pumpenmotortyp hinterlegt.

Die Fig. 1 zeigt beispielsweise Soll-Drehzahlkurven (RD1, RD2, RDn) für zwei ver­ schiedene Umwälzpumpen (UP), wobei die gestrichelt gezeichnete Regel­ kurve (RDn) auf weitere mögliche Regelkurven hinweisen soll.

Jede Solldrehzahl-Regelkurve (RD1, RD2, RDn) umfaßt im wesentlichen eine in Sekunden (t) zeitlich begrenzte Anlaufphase (A1, A2, An) mit konstanter Schleichdrehzahl (DS1, DS2, DSn), in welcher sich der Temperaturausgleich zwi­ schen der Luft und dem heißen Wasser im Spülbehälter allmählich vollziehen kann, eine Hochlaufphase (H1, H2, Hn) mit stetig steigender Drehzahl, um den Spülwasserkreislauf nach dem Temperaturausgleich optimal in Gang zu setzen und einen Nenndrehzahlbereich mit konstanter End-Drehzahl (N1, N2, Nn) der Pumpe. In diesem Bereich werden die Sprüharme während des laufenden Spülpro­ gramms durch die Umwälzpumpe (UP) optimal versorgt. Zumindest bis zur Hoch­ laufphase wird der Drehzahlverlauf der Umwälzpumpe (UP) ständig überwacht und ggf. korregiert.

In Fig. 2 ist die mit der Programmsteuerung (P) des nicht dargestellten Spülauto­ maten wirkverbundene Pumpenelektronik (PE) mit einem digital arbeitenden Reg­ ler (R) im Prinzipbild dargestellt.

Für den Aufbau des Reglers (R) sind in der Pumpenelektronik (PE) zwei miteinan­ der korrespondierende Rechner (M1, M2) (Mikroprozessoren) vorgesehen, von denen der Rechner (M1) Ist-Drehzahlwerte der Umwälzpumpe (UP) verarbeitet, wofür Drehzahlimpulse (1) an diesen Rechner (M1) gegeben werden. Der zweite Rechner (M2) regelt die Umwälzpumpe (UP) entsprechend den ggf. ermittelten Korrektur-Drehzahl werten nach, wofür eine Phasen-Anschnittssteuerung (Ph) an­ gesteuert wird. Über die Spannungsausgänge U(UP) der Pumpenelektronik erhält der Asynchronpumpenmotor der Umwälzpumpe (UP) seine entsprechend korre­ gierte Versorgungsspannung (Wechselspannung). Die beiden Rechner (M1, M2) sind mit einem durch (SP) bezeichneten programmierbaren Festwertspeicher ver­ knüpft, in welchem sowohl die Regelkurven (RD1, RD2, RDn) als auch netzfre­ quenz- bzw. netzspannungsabhängige Parametersätze aller möglichen evtl. zum Einsatz kommenden Pumpen abgespeichert sind. Jede An- und Auswahl wird über bestimmte Kodierbrücken (K1, K2, Kn) getroffen. Daneben umfaßt die Pumpen­ elektronik (PE) noch ein Netzteil (NT) für die Versorgung von Umwälzpumpe (UP) sowie der Elektronik.

Um den Ist-Drehzahlwert des laufenden Pumpenmotors zu ermitteln ist die mit (W) bezeichnete Welle (W) der schematisch dargestellten Umwälzpumpe (UP) mit ei­ nem oder mehreren Dauermagneten (DM) als Impulsgeber versehen, denen orts­ fest ein Sensor (S) der Pumpenelektronik (PE), bspw. ein Reedkontakt, am Pum­ pengehäuse oder dergl. zugeordnet ist.

Zu Beginn eines Geschirrspülvorgangs legt die durch die Programmsteuerung (P) aktivierte Pumpenelektronik (PE) den Pumpenmotor beim Einschalten an die volle Versorgungs-Wechselspannung (z. B. U(UP) gleich 220 V), um ein ausreichendes Losreißmoment zu erzeugen. Diese zum Starten der Pumpe angelegte Spannung veranlaßt den Motor zu einer Drehzahl, welche gegenüber der Schleichdreh­ zahl (DS1, DS2, DSn) der Anlaufphase (A1, A2, An) vorzugsweise erhöht ist. Na­ türlich kann ein leicht anlaufender Pumpenmotor auch mit einer reduzierten Versorgungsspannung beaufschlagt werden, bei welcher die Drehzahl zum Losrei­ ßen des Motors niedriger als die Schleichdrehzahl (DS1, DS2, DSn) oder gleich dieser ist. Die Pumpenelektronik (PE) überwacht das Anlaufen des Pumpenmotors und regelt die Drehzahl des gestarteten Umwälzpumpe (UP) auf die gewünschte abgespeicherte Schleichdrehzahl (DS1, DS2, DSn) ein, wenn eine vorbestimmte dem angewählten Pumpentyp zugeordnete gespeicherte Losreiß-Drehzahl (DL) er­ reicht ist.

Anschließend während der Anlaufphase (A1, A2, An) werden über einen dem in­ stallierten Motor entsprechend festgelegten Zeitabschnitt aus den Drehzahlimpul­ sen (1) des Pumpenmotors im Rechner (M1, M2) Drehzahlistwerte ermittelt, die mit den eingespeicherten Soll-Schleichdrehzahlen (DS1, DS2, DSn) der zugeordne­ ten Regelkurve (RD1, RD2, RDn) für diese Phase verglichen werden.

Weicht die Ist-Drehzahl vom vorgegebenen Soll-Drehzahlwert ab, so korregiert der Regler (R) der Pumpenelektronik (PE) die Pumpendrehzahl entsprechend dem er­ mittelten Vergleichsergebnis. Bleibt die Pumpendrehzahl im geforderten Bereich, so wird nicht geregelt. Am Ende der Anlaufphase (A1, A2, An) des Zeitabschnitts für die Schleichdrehzahl (DS1, DS2, DSn), wenn der Temperaturausgleich stattge­ funden hat, veranlaßt die Elektronik das gleichmäßige Hochlaufen des Pumpenmo­ tors.

Ebenso wie die Kontrolle der richtigen Schleichdrehzahl (DS1, DS2, DSn) innerhalb der Anlaufphase (A1, A2, An) kann auch der Hochlauf durch Nachregeln kontrol­ liert werden. Das Hochlaufen des Pumpenmotors erfolgt vorzugsweise bis zu einer ebenfalls im Speicher (SP) markierten Enddrehzahl (N1, N2, Nn) im Nenndrehzahl­ bereich. In der Regel ist dies die Nenndrehzahl des Pumpenmotors bei ungeregelter Vorsorgungsspannung, also bei voller Netzspannung. Die konstant gehaltene End­ drehzahl (N1, N2, Nn) der Pumpe ermöglicht den optimalen Spülwasserkreislauf innerhalb der Systeme des Spülautomaten.

Claims (4)

1. Verfahren zur Drehzahlregelung einer Umwälzpumpe für eine programmge­ steuerte Geschirrspülmaschine, wobei die Pumpenmotordrehzahl einem Versor­ gungs-Spannungsmuster folgt und im wesentlichen von einer Anlaufphase mit niedriger Schleichdrehzahl, einer Hochlaufphase mit steigender Drehzahl und ei­ nem Nenndrehzahlbereich mit annähernd konstanter Drehzahl bestimmt ist, wel­ che eine von der Programmsteuerung aktivierbare Pumpenelektronik veranlaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschirrspülmaschine auf auswählbare Drehzahl-Regelkurven (RD1, RD2, RDn) jeweils für einen bestimmten Pumpentyp programmiert ist, und daß die Drehzahl der Umwälzpumpe (UP) der hinterlegten Regelkurve (RD1, RD2, RDn) folgend geregelt ist.

2. Verfahren zur Drehzahlregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auswählbaren Drehzahl-Regelkurven (RD1, RD2, RDn) in der von der Pro­ grammsteuerung (P) der Geschirrspülmaschine aktivierbaren Pumpenelektro­ nik (PE) abrufbar hinterlegt sind.

3. Verfahren zur Drehzahlregelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß separat zu den Drehzahl-Regelkurven (RD1, RD2, RDn) der Umwälzpum­ pen (UP) auch deren freqenzbezogene Netz- bzw. Versorgungs-Spannungsparame­ ter landesspezifisch auswählbar in der Pumpenelektronik (PE) abgespeichert sind.

4. Verfahren zur Drehzahlregelung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die von der Programmsteuerung (P) aktivierbare Pumpenelektronik (PE) den Pumpenmotor der Umwälzpumpe (UP) beim Einschalten zur Erzeugung eines ausreichenden Losreißmoments ggf. an die volle Versorgungsspan­ nung legt, die den Motor kurzzeitig zu einer Drehzahl veranlaßt, welche gegenüber der Schleichdrehzahl (DS1, DS2, DSn) erhöht oder erniedrigt oder gleich der Schleichdrehzahl (DS1, DS2, DSn) ist,
daß die Pumpenelektronik (PE) mit dem Erreichen einer vorbestimmten dem angewählten Pumpentyp zugeordneten Losreiß-Drehzahl (DL) des gestar­ teten Pumpenmotors die Pumpendrehzahl (D) augenblicklich bis in den Bereich der Schleichdrehzahl (DS1, DS2, DSn) einregelt,
daß anschließend während der Anlaufphase (A1, A2, An) über einen fest­ gelegten Zeitabschnitt (t) von der Drehzahl (D) der Umwälzpumpe (UP) Ausgangssignale als Drehzahlistwerte abgeleitet und mit der in der Pumpenelektronik (PE) für den angewählten Pumpentyp abgespeicherten Soll-Schleichdrehzahl (DS1, DS2, DSn) der zugeordneten Regelkurve (RD1, RD2, RDn) verglichen werden, und daß der Regler (R) der Pumpenelek­ tronik (PE) die Pumpendrehzahl entsprechend dem Vergleichsergebnis korregiert oder unverändert läßt, und daß am Ende der Anlaufphase (A1, A2, An) das Hochlaufen des Pumpenmotors bis zu einer markierten Enddrehzahl (N1, N2, Nn) veranlaßt wird.