DE19513352C2 - Verfahren zur Drehzahleinstellung der Umwälzpumpe einer programmgesteuerten Geschirrspülmaschine - Google Patents

Description

Der Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehzahleinstellung einer Umwälz­ pumpe für eine programmgesteuerte Geschirrspülmaschine, wobei die Pumpenmotordrehzahl einem Versorgungs-Spannungsmuster folgt und im wesentlichen von einer Anlaufphase mit niedriger Schleichdrehzahl, einer Hochlaufphase mit steigender Drehzahl und einem Nenn­ drehzahlbereich mit annähernd konstanter Drehzahl bestimmt ist, welche eine von der Pro­ grammsteuerung aktivierbare Pumpenelektronik veranlaßt.

Beim maschinellen Geschirrspülen mit aufgeheizter Spülflüssigkeit können Probleme auftre­ ten, wenn die im Spülbehälter über der Spülflüssigkeit eingeschlossene Luft zu rasch oder sprunghaft erwärmt wird. Die Ausdehnung des Luftvolumens bewirkt einen unangenehmen Druckstoß, welcher, wenn er sich voll und unkontrolliert aufbauen kann, ggf. zu Dichtungspro­ blemen an der Gerätetürdichtung oder zu übermäßigem Wrasenaustritt an den Ausgleichs­ öffnungen des Gerätes führt. In der Regel ist dies der Fall, wenn im laufenden Spülprogramm die Gerätetür oder Haube noch einmal geöffnet wird, um Spülgut nachzulegen. Dabei tauscht sich die innerhalb des Spülraumes befindliche auf Spültemperatur erwärmte Luft mit der kalten Raumluft aus. Wird nun die Tür wieder geschlossen, so wird die eingedrungene kältere Raum­ luft bei einsetzender intensiver Spülwasserumwälzung innerhalb kürzester Zeit auf die Tem­ peratur der Spülflüssigkeit erwärmt.

Mit diesem Problem befaßt sich ein in der DE-OS 26 49 302 beschriebenes Verfahren, 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 Effektiv­ spannung des Pumpenmotors während einer Anlaufphase auf einen niedrigen Wert gesenkt, so daß der Motor mit kleiner Drehzahl, einer sog. Schleichdrehzahl weiterläuft. Die Versor­ gungsspannung wird hierfür durch einen geeigneten Phasenanschnitt beeinflußt. Anschlie­ ßend wird die Spannung zum Hochlaufen des Motors bis zu ihrem Nennwert gesteigert. Ent­ sprechend diesem festen Versorgungs-Spannungsmuster baut der Pumpenmotor eine Dreh­ zahlkurve auf. Das Drehzahlverhalten ist aber nicht stabil, da Last- und Druckschwankungen den Motorlauf beeinflussen. Durch die Unregelmäßigkeiten im Drehzahlverlauf bleibt gleich­ mäßig langsam ansteigende Lufterwärmung im Spülraum dem Zufall überlassen, so daß die vorerwähnten Probleme nicht als gelöst gelten können. Ferner ist es als Nachteil anzusehen, daß für unterschiedliche Gerätetypen mit verschiedenen leistungsstärkeren oder schwächeren Pumpenmotoren bzw. mit Pumpentypen, die landesspezifisch mit unterschiedlichen Netz­ frequenzen bzw. Versorgungsspannungen arbeiten, jeweils modifizierte Pumpenelektroniken eingesetzt werden müssen, um wenigstens annähernd stabile Drehzahlkurven zu erreichen.

Der Sonderdruck "Maschinenmarkt, Vogel-Verlag Würzburg", 88. Jahrgang, April 1982, Seiten 523 u. 524 offenbart im Aufsatz "Stufenlose Drehzahlverstellung von Pumpen erlaubt weitere Regelmethoden", von W. Fink, die Auswählbarkeit von Regelkurven sowie die Programmie­ rung von Pumpenkennlinien und die hiervon beeinflußbare Drehzahlregelung. Auf die Proble­ matik der bei Geschirrspülmaschinen eingesetzten Umwälzpumpen sowie deren Drehzahl­ verhalten bei erwärmten Spülflüssigkeiten nimmt diese Literaturstelle jedoch keinen Bezug.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art zur Drehzahleinstellung der Um­ wälzpumpe einer programmgesteuerten Geschirrspülmaschine liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Drehzahlverlauf der Pumpe unbeeinflußt von Druck- und Lastschwankungen stabil zu halten, wobei eine Anpassung an unterschiedliche Pumpentypen berücksichtigt ist.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der mit dem erfindungsgemäßen Drehzahleinstellverfahren insbesondere erzielte Vorteil ist ein stabiler Drehzahlverlauf der Pumpe, der einer vorgegebenen Drehzahl-Regelkurve stabil folgt. Auch bei lastabhängigen bzw. pumpendruckabhängigen Unregelmäßigkeiten ist dieser Dreh­ zahlverlauf immer gewährleistet, sichert und optimiert also den gewünschte Effekt der langsa­ men stetigen Lufterwärmung im Spülraum. Hierdurch werden unerwünschte Druckstöße im Spülraum, Dichtungsprobleme an den Gerätetürdichtungen sowie ein übermäßiger Wrasen­ austritt sicher vermieden. Durch die Hinterlegung von frequenzbezogenen Netz- und/oder Ver­ sorgungs-Spannungsparametern in der Pumpenelektronik für verschiedene Pumpentypen ist es einfach möglich, den Regler auf leistungsstärkere oder schwächere Pumpen sowie auf landesspezifisch unterschiedliche Netzfrequenzen bzw. Versorgungsspannungen vorzube­ reiten, wobei eine Pumpenelektronik für alle Anwendungsfälle genügt. Die Anpassung kann sogar noch beim Aufstellen des Gerätes erfolgen. Bei angepaßtem Gerät erkennt die Rege­ lung alle Bedingungen für den Pumpenmotor vor Ort und regelt die Pumpendrehzahl entspre­ chend der angewählten 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 Einsatz wagen 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 dh., 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 Drehzahlwert 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 frequenzbezogene 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 (I) 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 220V), 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 (I) 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 korrigiert 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 Drehzahleinstellung einer Umwälzpumpe für eine programmge­ steuerte Geschirrspülmaschine, wobei die Pumpenmotordrehzahl einem Versor­ gungs-Spannungsmuster folgt und im wesentlichen von einer Anlaufphase mit nie­ driger Schleichdrehzahl, einer Hochlaufphase mit steigender Drehzahl und einem Nenndrehzahlbereich mit annähernd konstanter Drehzahl bestimmt ist, welche 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 jeweiligen ausgewählten, hinterlegten Regelkurve (RD1, RD2, RDn) folgend geregelt ist, wobei die Versorgungsspannung des Pumpenmotors eingestellt wird.

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

3. Verfahren zur Drehzahleinstellung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß separat zu den Drehzahl-Regelkurven (RD1, RD2, RDn) der Umwälzpum­ pen (UP) auch deren frequenzbezogene Netz- und/oder Versorgungs-Spannungspara­ meter landesspezifisch auswählbar in der Pumpenelektronik (PE) abgespeichert sind.

4. Verfahren zur Drehzahleinstellung 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 vorzugsweise an die volle Versorgungsspannung 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 korrigiert 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.