DE19736347A1

DE19736347A1 - Einrichtung zur Dosierung der optimalen Wassermenge in einem Geschirrspüler

Info

Publication number: DE19736347A1
Application number: DE1997136347
Authority: DE
Inventors: Wunnibald Kunz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-08-21
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 1999-02-25

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Wassermenge in einem Geschirrspüler auf die für den Waschprozeß gerade notwendige Menge nach den Ansprüchen 1 bis 11.

Stand der Technik

Geschirrspüler benötigen eine bestimmte Wassermenge, um den Waschprozeß so durchzuführen, daß das in die Maschine eingebrachte Geschirr mit genügender Sorgfalt gereinigt wird. Die Reinigungswirkung hängt dabei neben der richtigen Menge an Spülmittel, vom Druck der Spritzdüsen und einer genügenden Wassermenge ab.

Eine genügende Wassermenge hängt von der Größe des Spülraumes, der eingebrachten Geschirrmenge und der Verteilung des Geschirrs Spülraum ab.

Eine genügende Wassermenge wird in heutigen Geschirrspülern dadurch sichergestellt, daß entweder,

- ein Ventil in der Wasserzuleitung eine vorbestimmte Zeit geöffnet wird oder
- ein Füllstandsmesser die eingebrachte Wassermenge überwacht und bei Überschreitung einer vorgegebenen Füllstandshöhe die Wasserzufuhr unterbricht.

Der Nachteil dieser Verfahren liegt darin, daß in der Regel eine zu große Wassermenge in den Geschirrspüler eingelassen werden muß, da im ersteren Fall ein schwankender Wasserdruck und in beiden Fällen die Menge des eingebrachten Geschirrs und dessen Verteilung nicht berücksichtigt werden kann.

Die Spülmaschine wird dadurch mehr Wasser verbrauchen, als für den Spülprozeß notwendig wäre.

Außerdem benötigt dieser Mehrverbrauch an Wasser auch mehr Energie beim Aufheizen des Wassers auf Spültemperatur.

Hinzu kommt, daß ein relativ teures Teil für die Mengensteuerung, nämlich ein Füllstandssensor benötigt wird. Diese Punkte stellen einen Resourcenverbrauch dar, der im Prinzip nicht notwendig wäre.

Prinzipiell ist es möglich über die Betriebsdaten des Antriebsmotors der Umwälzpumpe, die das Wasser zu den Spritzdüsen pumpt, Informationen zu gewinnen, ob sich genügend Wasser in der Spülmaschine befindet. Bei zu wenig Wasser läuft diese Pumpe unruhig oder ihre Leistung entspricht noch nicht der Betriebsleistung, die sich bei genügendem Wasserstand einstellt.

In verschiedene Anmeldungen, wie 25 55 052, DE 38 03 006, DE 44 18 721 wird vorgeschlagen, als Indikator für eine genügende Wassermenge den Strom des Umwälzpumpenmotors, teilweise in Verbindung mit der Erfassung der Motordrehzahl oder des Stromflußwinkels (wenn mit Phasenanschnittsteuerung gefahren wird) zu verwenden.

Als Antrieb für die Umwälzpumpe wird derzeit in der Regel ein Asynchronmotor verwendet. In der Zukunft ist es auch möglich, daß Einphasensynchronmotoren als Antrieb verwendet werden.

Bei beiden Antriebsarten hängt der aufgenommene Strom, außer von der hydraulischen Leistung der Pumpe, auch von deren Wirkungsgrad, dem Wirkungsgrad des Motors und dessen Cos(p bzw. Leistungsfaktor ab.

Beim Asynchronmotor und beim ungeregelten Synchronmotor bewirkt insbesondere der cos(p bzw. der Leistungsfaktor des Motors, daß sich der aufgenommene Motorstrom mit der hydraulischen Leistung der Pumpe nur wenig ändert, und daher als Indikator für die Motorleistung und damit für die Füllmenge kaum zu gebrauchen ist.

Die Erfassung der Drehzahl ist nur beim Asynchronmotor sinnvoll.

Da dies aber zusätzlich einen Sensor und eine Auswerteeinheit notwendig macht, ist dieser Weg aus Kostengründen nur schwer gangbar.

Die Verwendung einer Phasenanschnittsteuerung ist aus Kostengründen nur beim Synchronmotor sinnvoll. Wegen des unbekannten cosq) bzw. des Leistungsfaktors, insbesondere aber auch wegen des unbekannten Polradwinkels, bringt eine zusätzliche Verwendung des Stromflußwinkels ohne weitere Maßnahmen keine zusätzliche Aussagekraft.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verbrauch an Spülwasser und damit auch der notwendigen Heizenergie, unter Verwendung von leicht zugänglichen Daten des Umwälzpumpenmotors, ohne Mehrkosten an der Maschine auf das, für den Spülprozeß gerade notwendige Maß zu beschränken.

Lösung der Aufgabe

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben.

Die Erfindung geht von der Verwendung eines Antriebsmotors für die Umwälzpumpe des Spülwassers aus, der eine Einrichtung zur Bestimmung der momentanen Antriebsleistung und im Falle der Verwendung eines elektronisch kommutierten, einphasigen Synchronmotors zusätzlich eine Einrichtung zur Bestimmung der Laufruhe besitzt.

Besonders geeignet als Antrieb ist ein elektronisch kommutierter, einphasiger Synchronmotor, bei dem eine Elektronik zur Steuerung der Betriebsparameter schon vorhanden ist. Bei ihm wird ein maximaler Motorwirkungsgrad über alle Betriebszustände des Synchronlaufs dann erreicht, wenn der Motorwechselstrom durch Phasenanschnitt der einzelnen Netzhalbwellen mittels einer elektronischen Einrichtung so gesteuert wird, daß seine Phasenlage zum Feld des Motorläufers (Polrad) 90 grd beträgt.

Für seinen Betrieb(Hochlauf und geregelter Synchronlauf) besitzt dieser Motor in seinem elektronischen Teil Sensoren für die Erfassung der Lage des Rotors, der Netzspannung sowie des momentanen Stromes und rechnerische Einrichtungen zur Bestimmung der Drehzahl und des Phasenwinkels zwischen Strom und Rotorstellung.

In dem Falle der Regelung des Motorstromes auf 90 grd wird das höchstmögliche Drehmoment erzeugt und der Spitzenstrom der Stromwellen ist ein Maß für das erzeugte Spitzendrehmoment.

Da die Drehzahl durch die Frequenz des Netzstromes festgelegt ist, ist das Spitzenmoment bei konstanter Netzspannung auch ein Maß für die aufgenommene Leistung und damit näherungsweise für die hydraulische Leistung der Pumpe.

Bei stärker schwankender Netzspannung, die bei diesem Motortyp auf einfache und kostengünstige Weise erfaßt werden kann, kann das Maß für die aufgenommenen Leistung durch Verknüpfung des Spitzenstromes mit der Netzspannung dargestellt werden.

Eine weitere Möglichkeit, ein Maß für die aufgenommene Leistung zu bilden, ist die Verknüpfung des Spitzenstromes mit der Stromflußzeit der einzelnen Strompulse.

Weicht der Phasenwinkel des Motorstromes von den optimalen 90 grd ab, ist das erzeugte Spitzenmoment eine Funktion von Spitzenstrom und Phasenwinkel. In diesem Falle wird ein Maß für den maßgeblichen Spitzenstrom durch Verknüpfung des gemessenen Spitzenstromes mit dem Phasenwinkel gewonnen.

Bei sehr niedriger hydraulischer Leistung, z. B. wenn die Pumpe viel Luft und wenig Wasser ansaugt, reicht die dadurch erzeugte Dämpfung des Motors nicht für einen stabilen Synchronlauf aus, sie fällt außer Tritt, ihre Drehzahl schwankt stark um die Netzfrequenz.

In diesem Falle, der durch die Bestimmung der Drehzahldifferenz sehr einfach ermittelt werden kann, ist die Leistung der Pumpe weit vom Betriebspunkt entfernt.

Der Kerngedanke bei der Wassermengendosierung ist, daß in die Spülmaschine eine vorbestimmte Menge Wasser eingelassen wird, die für den Spülprozeß aber noch nicht ausreicht und die auch Null sein kann.

Der Motor für die Umwälzpumpe wird dann durch die Spülmaschinensteuerung gestartet.

Bei der noch zu geringen Menge an Spülwasser saugt die Umwälzpumpe zusätzlich Luft an.

Die dafür notwendige Antriebsleistung ist geringer als für den Spülprozeß mit genügender Wassermenge.

Der Wasserzulauf wird nun solange geöffnet, bis die Antriebsleistung den Sollwert erreicht hat oder nicht mehr ansteigt.

Zusätzlich oder auch alleine kann der zeitliche Gradient der Antriebsleistung als Kriterium für eine genügende Wassermenge verwendet werden.

Es ist auch möglich, die Schwankungen in der Antriebsleistung, verursacht durch mitgeführte Luftblasen als alleiniges oder zusätzliches Kriterium heranzuziehen.

Geht der Gradient zu Null, und/oder ist die Schwankungsbreite der Leistung genügend klein, saugt die Pumpe nur noch Spülflüssigkeit und keine zusätzliche Luft mehr an. Dies bedeutet, daß genügend Wasser im Kreislauf ist.

Beschreibung der Einrichtung anhand einer Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt.

Diese zeigt schematisch eine Spülmaschine mit der Steuerung nach Ansprüchen 1 bis 11.

Im Spülraum (1) sind die Geschirrkörbe (2) und die Sprüharme (3) bekannter Weise angeordnet.

In der Bodenwanne (4) befindet sich das Spülwasser (16) bis zum Niveau (18).

Das Spülwasser (16) wird durch die Umwälzpumpe (10) abgepumpt und den Sprüharmen (3) unter Druck zugeführt.

Aufgefüllt wird das Spülwasser (16) aus der Wasserzuleitung (6) z. B. über Beispiel ein Zulaufventil (7).

Die Umwälzpumpe (10) wird z. B. durch den elektronisch kommutierten einphasigen Synchronmotor (11) angetrieben, der wiederum von der Motorsteuerung (12) in der notwendigen Weise mit Energie versorgt wird.

Die Motorsteuerung (12) beinhaltet eine, z. B. durch eine Software dargestellte Untereinheit (26), die im Synchronlauf die "aufgenommene Leistung" (31) des Synchronmotors (11) in z. B. festen Zeitabständen ermittelt und daraus den zeitlichen Gradienten der aufgenommenen Leistung (32) bestimmt.

Eine zweite ebenfalls durch Software darstellbare Untereinheit (27) ermittelt die Laufruhe (33), die nicht gegeben ist, wenn die Leistung der Pumpe (10) nicht mehr genügend Dämpfung für einen ruhigen Lauf des Synchronmotors (11) liefert und infolge dessen die Drehzahl stärker schwankt.

Durch Vergleich des Signals "aufgenommene Leistung" (31) mit einem vorgegebenen Schwellenwert (30) und entsprechender Verknüpfung mit den Signalen (32, 33) wird das Signal "Leistung klein" (28) generiert und der Wassermengensteuerung (14) gemeldet, die wiederum ein Teil der Spülmaschinensteuerung (13) ist.

Die Wassermengensteuerung (14) ist für die Steuerung des Wasserzulaufes (6) z. B. über das Zulaufventil (7) zuständig.

Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Wird die Spülmaschine für einen Spülgang gestartet, öffnet die Spülmaschinensteuerung (13) z. B. über die Wassermengensteuerung (14) das Zulaufventil (7) für eine definierte Zeit.

Die Spülwassermenge (16), die noch nicht der für den Spülprozeß mindestens notwendigen Menge entspricht, steigt auf ein Niveau (18) an.

Daraufhin wird von der Spülmaschinensteuerung (13) der Synchronmotor (11) eingeschaltet, der über die Umwälzpumpe (10) und den Leitungen (8) das Spülwasser den Sprüharmen (3) zuführt. Das Wasserniveau (18) sinkt, da sich durch den Umpumpprozeß ein nennenswerter Teil des Spülwassers in den Leitungen (8), den Sprüharmen (3) und als Sprühwasser (19) in der Luft befindet. In die Umwälzpumpe (10) wird Luft mit eingesaugt, wodurch die Leistung der Pumpe sinkt, unter Umständen soweit, daß das Pumpen-Synchronmotor-System (10, 11) in Schwingung gerät und dessen Drehzahl stärker schwankt.

In dem Falle, daß eine größere Laufunruhe vorliegt, wird das Signal Laufruhe (33) z. B. zu Null generiert.

Im Falle daß Laufruhe vorliegt, d. h. die Drehzahlschwankungen im Bereich der für den Synchronlauf typischen Werte liegen, wird die aufgenommene Leistung (31) ermittelt.

Aus der aufgenommenen Leistung wird deren zeitlicher Gradient (32) und/oder deren Schwankungsbreite ermittelt.

Durch entsprechende Verknüpfung wird aus diesen Signalen (31, 32, 33) das Signal "Leistung zu klein = ja/nein" (28) generiert und an die Wassermengensteuerung (14) der Spülmaschinensteuerung (13) übermittelt.

Wird "Leistung zu klein = Ja" (28) signalisiert, bedeutet dies, daß noch zuviel Luft mitgepumpt wird und daß die Wassermenge zu klein ist.

Die Wassermengensteuerung (14) wird dann das Zulaufventil (7) in der Wasserzuleitung (6) solange öffnen, bis die Leistung (31) des Motors (10) einen bestimmten Wert erreicht hat und/oder der Gradient der aufgenommenen Leistung (32) gegen Null geht.

Ist dies der Fall, wird das Wasser luftfrei umgepumpt und die, für einen erfolgreichen Spülvorgang erforderliche Mindestmenge an Wasser ist erreicht.

Claims

1. Einrichtung zur Dosierung der optimalen Wassermenge in einem Geschirrspüler, bestehend aus einer Umwälzpumpe (10) einem Antriebsmotor (11), einer Motorsteuerung (12), einer Spülmaschinensteuerung (13) mit einer Wassermengensteuerung (14) und einem Zulaufventil (7) dadurch gekennzeichnet, daß die Spülmaschinensteuerung (13) über die Wassermengensteuerung (14) eine gewisse aber zu kleine Menge in die Maschine einläßt und daß die z. B. in der Motorsteuerung (12) ermittelte aufgenommene Motorleistung (31) mit einem Schwellenwert (30) verglichen wird, der die aufgenommene Leistung des Motors bei genügendem Wasserstand repräsentiert, und daraus das Signal "Leistung zu klein" (28) gebildet wird und daß, solange dieses Signal wahr ist, die Wassermengensteuerung (14) das Zulaufventil (7) solange öffnet, bis das Signal "Leistung zu klein" (28) unwahr wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorab kein Wasser in die Spülmaschine eingelassen wird und daß die Wassermenge nur über das Signal "Leistung zu klein" (28) dosiert wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Vergleich der aufgenommenen Leistung (31) mit dem Schwellenwert (30) der zeitliche Gradient der aufgenommenen Motorleistung (32) herangezogen wird und das Signal "Leistung zu klein (28) wahr ist, solange der zeitliche Gradient der aufgenommenen Motorleistung (31) nicht gegen Null geht.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich oder alternativ die Schwankungsbreite der Leistung ermittelt wird und das Signal "Leistung zu klein" (28) wahr ist, solange die Schwankungsbreite einen vorgegebenen Wert nicht unterschreitet.

5. Einrichtung nach den Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte in der Motorsteuerung eines elektronisch kommutierten einphasigen Synchronmotors ermittelt werden.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromregelung des Synchronmotors (11, 12) so erfolgt, daß man vom Strom erzeugte Statorfeld elektrisch senkrecht auf dem Feld des Läufers steht und als Maß für die aufgenommene Leistung (31) der Spitzenwert der Strompulse verwendet wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur als Maß für die aufgenommenen Leistung (31) zusätzlich die Höhe der Netzspannung verwendet wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für die aufgenommenen Leistung (31) zusätzlich die Stromflußzeit der Strompulse herangezogen wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des wirksamen Spitzenstroms der Strompulse, der gemessene Spitzenstrom, bewertet mit dem Phasenwinkel zwischen Strom und Läuferstellung, herangezogen wird.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal "Laufruhe" (33) zusätzlich herangezogen wird, um festzustellen, ob die aufgenommene Leistung (31) und deren Gradient (32) als wahr hingenommen werden.

11. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine definierte Menge Wasser eingelassen wird nachdem das Signal "Leistung zu klein" (28) unwahr geworden ist.