DE3900705C2 - Verfahren zur Wassermengenbestimmung im Laugenbehälter einer Waschmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wassermengenbestimmung im Laugenbehälter einer Waschmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die zur Wassermengen- bzw. Wasserstands-Erfassung und -Regelung am Markt erhältlichen Meßdosen sind unter anderem sogenannte "Analog-Druckmeßeinrichtungen". Es handelt sich hierbei um elektronische Drucksensoren, die in etwa linear zu ihrer Druckbeaufschlagung Ausgangssignale in Form elektrischer Gleichspannung liefern. Die Schaltdifferenzen (Schaltbreite), welche bei den einfachen Membran- Druckschaltern mit mechanisch betätigten Schaltkontakten auftreten, sind bei diesen Drucksensoren äußerst gering bzw. gar nicht vorhanden, da bei jeder noch so kleinen Druckänderung kontinuierlich eine proportionale Ausgangssignal-Änderung eintritt. Auch die Genauigkeit (Reproduzierbarkeit eines Ausgangssignals) ist bei diesen analogen Druckmeßeinrichtungen gegenüber der Ansprechgenauigkeit (Reproduzierbarkeit eines Schaltwerts) herkömmlicher Druckschalter ungleich höher. Dennoch besitzen derartige analoge Druckmeßeinrichtungen jede für sich voneinander abweichende "Ist-Wert"-Kurven. Vornehmlich deren Nullpunkte (Druck p = 0 bar, Ausgangssignal U_a = 0V) zeigen mehr oder weniger große Abweichungen in Form von Nullpunktverschiebungen. Das heißt infolge ihrer Exemplarstreuung werden die Druckmeßeinrichtungen bereits ohne Druckbelastung unterschiedlich hohe Ausgangssignale U_a liefern. Je kleiner nun eine derartige Nullpunktverschiebung gewünscht wird und je kleiner die Empfindlichkeitstoleranz zu sein hat, d. h. je näher die "Ist-Wert"-Kurve einer "Soll"-Geraden angeglichen ist, desto teuerer sind diese analogen Druckmeßeinrichtungen.

Aus der DE-PS 30 30 501 ist eine "Einrichtung zum Regeln des Wasserstands in einer Trommelwaschmaschine" bekannt. Hierbei wird ein Druckmesser eingesetzt, welcher eine elektronische Schaltung enthält. Das erzeugte kontinuierliche und druckproportionale Ausgangssignal dient zum Aufbereiten für seine Schaltaufgaben, d. h. zur Ansteuerung eines Zulauf-Magnetventils.

Nicht berücksichtigt werden beim Stand der Technik die eingangs erwähnten Nullpunktverschiebungen bzw. die Abweichungen der Druckmeßeinrichtung vom Nullpunkt. Das heißt durch die bauteilbedingten Toleranzen, die diesen Drucksensoren anhaften, fehlen die für eine maximal optimierte Wasserstands- bzw. Wassermengen-Erfassung erforderlichen Genauigkeiten oder aber es müssen die teueren, eng tolerierten Druckmeß-Einrichtungen eingesetzt werden.

Es ist auch bei einer Waschmaschine bekannt (DE 36 22 766 A1), zur Speisung Zuleitungen für warmes und kaltes Frischwasser vorzusehen, wobei zur Regelung der Temperatur der Waschlauge eine Vergleicherschaltung mit einem Operationsverstärker dient. Der Operationsverstärker vergleicht dabei über einen Heißleiter die aktuelle Temperatur der Waschlauge mit einem über ein Potentiometer vorgegebenen Soll-Wert. Der Operationsverstärker aktiviert ein Relais, welches über einen Kontakt wechselweise ein in die Zulaufleitung für das warme Wasser und ein in die Zulaufleitung für das kalte Wasser angeordnetes Ventil betätigt. Die Laugentemperatur wird so in einer zick-zack- förmigen Kurve in die Nähe eines vorgegebenen Temperaturendwertes gesteuert. Von Nachteil ist dabei nicht nur, daß der Wasserzulauf in relativ schneller Folge getaktet werden muß, um die Temperatursprünge gering zu halten, wobei gleichzeitig durch die Vielzahl von Schaltvorgängen ein erhöhtes Strömungsgeräusch in den Zuleitungen auftritt. Zusätzlich kann der als Temperatursensor verwendete Meß-Heißleiter fertigungsbedingte Abweichungen seiner Temperaturmeßkurve und der Operationsverstärker in Folge unvermeidbarer Exemplarstreuungen unterschiedliche Funktionswerte aufweisen, so daß auch durch diese Bauteile zusätzliche Abweichungen vom angestrebten Soll-Wert eintreten können.

Ferner ist ein Verfahren zur selbsttätigen Anzeige nicht betriebsmäßiger Mengenänderungen in Flüssigkeitsbehältern durch kontinuierliche Messung des Ist-Wertes der Füllstandsänderung im Vergleich mit einem Soll-Wert bekannt (DE 29 28 936 C2). Hierbei wird die Messung des Ist-Wertes in konstanten Zeitabständen durchgeführt, wobei der Soll- Wert ein einstellbarer Extremwert für die momentan zulässige Füllstandsänderung ist. Hierdurch werden nicht nur betriebsfremde Füllstandssenkungen sondern auch betriebsfremde Füllstandserhöhungen erkennbar gemacht, ohne einen Durchflußmengenmesser selbst bei Behältern beliebiger Gestalt und Lage zu erfordern. Zur Feststellung der Füllstandsänderung wird dabei der jeweilige Füllstandsmeßwert in einem Momentanwertspeicher festgehalten, wobei nach einer Änderung eine Umladung des Speichers erfolgt, die ein richtungsweisendes Steuersignal generiert. Analog zu Größe und Richtung der Füllstandsänderung innerhalb von konstanten Zeitabschnitten verhalten sich auch Größe und Richtung des Ausgangssignals am Momentanwertspeicher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, durch welches eine Nullpunktverschiebung wie eine Steilheitsabweichung der Ausgangssignale einer Analog- Druckmeßeinrichtung an die Soll-Kurve einer idealen Druckmeßeinrichtung angeglichen werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß preiswerte Analog- Druckmeßeinrichtungen mit den verschiedensten Nullpunktverschiebungen und Kennlinien eingesetzt werden können. Jede dieser Druckmeßeinrichtungen wird unabhängig von ihren anhaftenden Toleranzen individuell und im Gerät einer idealen "Soll-Wert"-Kurve angeglichen. Die Toleranzen bzw. Abweichungen des Zulauf-Magnetventils (Über- oder Unterschreitung einer vorgegebenen leitungsdruckunabhängigen Durchflußmenge pro Zeiteinheit) werden ebenfalls weitgehendst ausgeschaltet. Hieraus ergeben sich äußerst genau erfaßte Wasserstände und genau bemessene Zulaufmengen, wie sie für optimierte Waschprogramme (Einsparung von Wasser, Energie, Waschmittel) erforderlich sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer Zeichnung und anhand von Diagrammen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 die "Soll-Kennlinie" einer idealen Analog- Druckmeßeinrichtung mit dem Ausgangssignal U_a in Abhängigkeit vom Druck p sowie die durch Exemplarstreuungen möglichen "Ist-Kennlinien" mit diversen Nullpunktverschiebungen und Empfindlichkeiten,

Fig. 2 eine schematisierte Teilansicht von Trommel und Laugenbehälter einer Waschmaschine, deren Abflußsystem sowie die an einer Luftfalle angeschlossene Analog- Druckmeßeinrichtung,

Fig. 3 die Ausgangssignale U_a in Abhängigkeit von der relativen Zulaufzeit t bzw. der zugelaufenen Wassermenge bei verschiedenen Laugenbehälter-Niveaus einer vorgegebenen "Soll-Kurve" im Vergleich zu einer gemessenen Kurve, der "Ist-Kurve".

Gemäß Fig. 1 sind Kennlinien analoger Druckmeßeinrichtungen mit dem Ausgangssignal U_a in Abhängigkeit von der Druckbelastung p in bar oder mm WS dargestellt. Im Idealfall entspringt eine Soll-Kurve einem gemeinsamen Nullpunkt ( U_a = 0; p = 0) und verläuft exakt linear, d. h. sie stellt eine Gerade dar. Handelsübliche, preiswerte Analog-Druckmeßeinrichtungen erfüllen diese Bedingungen nicht. Sie entspringen als Ist-Kurven nicht dem gemeinsamen Nullpunkt, ihre Steilheit bzw. Empfindlichkeit ist von Exemplar zu Exemplar verschieden und der Linearitätsbereich unterschiedlich groß. Die Differenz vom oder zum gemeinsamen Nullpunkt bezeichnet man, wie bereits erwähnt, als Nullpunktverschiebung. Deren Größe ist ebenfalls von Exemplar zu Exemplar verschieden.

Gemäß Fig. 2 ist eine Analog-Druckmeßeinrichtung 1 über eine Luftfalle 2 an das Abflußsystem 3 einer Waschmaschine zur Erfassung des Laugen- oder Wasserstands bzw. diverser Niveaus im Laugen-Behälter 4 mit seiner Wäschetrommel 5 angeordnet. Der Meßbeginn erfolgt bei Erreichen des Niveaus I, sobald die Luftfalle 2 durch zulaufendes Wasser geschlossen und die Analog-Druckmeßeinrichtung 1 mit Werten beaufschlagt wird. Bei Erreichen des Niveaus II, der Trommelunterkante, ist die nachfolgend beschriebene Eichung der jeweils verwendeten Analog-Druckmeßeinrichtung 1 abgeschlossen. Ein derartiger Eichvorgang kann auch vom Niveau II "Trommelunterkante" bis zum Erreichen des "Waschniveaus" vorgenommen werden. Das "Waschniveau" ist derjenige Wasserstand, der waschartspezifisch, notwendig ist, um eine gute Waschwirkung zu erzielen.

Gemäß Fig. 1 stellt die "Soll-Kurve" eine durch den Nullpunkt verlaufende Gerade dar. Sie entspricht einer idealen, vollkommen linearen analogen Druckmeßeinrichtung ohne Nullpunktverschiebung (Die "Soll-Kurve" kann auch einen von der Geraden abweichenden Verlauf besitzen. Voraussetzung ist jedoch, daß ihr Ausgangssignal U_a als Funktion des Drucks p genauestens bekannt ist). Sie ist außerdem theoretisch vorgegebenen und bekannten Wasserständen angeglichen. Die theoretischen Höhen von Niveau I bzw. Niveau II sind gemäß der Konstruktion des Gerätes bzw. aus der zeichnungsmäßigen Einbaulage und den Abmessungen des Abflußsystems 3, der Wäschetrommel 5 und des Laugen-Behälters 4 genauestens bekannt. Mit Hilfe der im Gerät eingebauten, kontinuierlich arbeitenden Analog- Druckmeßeinrichtung 1 werden nun beim Einlaufen des Wassers in den Laugen-Behälter 4 die Ausgangssignale U_a in regelmäßigen, sehr kurzen Zeitabständen (beispielsweise pro Sekunde) bis zum Erreichen des Niveaus II gemessen, registriert und eventuell gespeichert. Die zwischen dem Niveau I "Schließen der Luftfalle" und dem Niveau II "Trommelunterkante" gemessenen Druckwerte werden mit den theoretisch vorgegebenen Druckwerten der "Soll-Kurve" verglichen. Die Werte der "Soll-Kurve" entsprechen, wie bereits erwähnt, einer idealen Analog-Druckmeßeinrichtung ohne Nullpunktverschiebung mit linearer oder sonstwie bekannter Kennlinie, einer konstanten, leitungsdruckunabhängigen Wasserzulaufmenge und der Geometrie des Gerätes bzw. der Konstruktion des Abflußsystems 3, des Laugen-Behälters 4 und der Wäschetrommel 5. Die Nullpunktverschiebung, bei Erreichen des Niveaus I "Schließen der Luftfalle", wird gemäß Fig. 3 durch das Differenzmeßsignal P_Isoll (=0) und P_Iist bestimmt und korrigiert. Den Korrekturwert bei Erreichen des Niveaus II "Trommelunterkante" bestimmt das Differenzmeßsignal P_IIsoll-P_IIist. Das Niveau II "Trommelunterkante" ist dann erreicht und registriert, wenn die Messung mit rotierender Wäschetrommel 5 erfolgt und dem kontinuierlich steigenden Ausgangssignal U_a der analogen Druckmeßeinrichtung 1 eine Meßsignalschwankung überlagert wird. Die Meßsignalschwankung entsteht durch das Berühren oder leichte Eintauchen der Wäschetrommel 5 in die Wasseroberfläche bzw. infolge der hierdurch hervorgerufenen kleinen, rasch aufeinanderfolgenden Druckschwankungen. (Ersichtlich aus der Welligkeit der Kurven ab Niveau II). Durch Anpassung der gemessenen Druckwerte (z. B. p_IIist) an die vorgegebenen Druckwerte (z. B. p_IIsoll) mit Hilfe des zeitlich registrierten und gespeicherten Differenzmeßsignals U_aIIsoll-U_aIIist kann die Empfindlichkeit der im Gerät eingesetzten Analog- Druckmeßeinrichtung 1 korrigiert und bei andauerndem Wasserzulauf für weitere Druckmessungen (z. B. bis zum Waschniveau) berücksichtigt werden. Dem Zulauf- oder Einlaß-Magnetventil der Waschmaschine ist strömungstechnisch ein sogenannter Durchflußmengenregler direkt nach- oder vorgeschaltet. Dieser soll eine vom Wasserleitungsdruck unabhängige und bestimmte Durchflußmenge in l/min zum Gerät konstant halten. Derartige Durchflußmengenregler weichen jedoch von ihrer Soll-Kurve (Wasserleitungsdruck als Funktion der Durchflußmenge) toleranzbedingt ab, so daß aufgrund einer gemessenen Zulaufzeit nur ungenau auf den Inhalt im Laugen- Behälter 4 geschlossen werden kann.

Aus der zeitlichen Registrierung der Druckänderung während des Wasserzulaufs, wie in Fig. 3 beispielhaft gezeigt, kann nun auch der aktuelle Kennwert des Durchflußmengenreglers abgeleitet werden: Da die Wassermenge zwischen den Niveaus I und II im wesentlichen durch die Geometrie des Laugenbehälters 4 definiert ist und diese nur sehr geringe Toleranzen aufweist, ist das Verhältnis der Zeitdifferenzen t_2ist-t_1ist zu t_2soll-t_1soll umgekehrt proportional zur Abweichung der realen Durchflußmenge von einer vorgegebenen Durchflußmenge. Mit anderen Worten, je schneller das Niveau II erreicht wird, umso höher ist die Durchflußmenge. Die somit ermittelte reale Durchflußmenge kann zur programmabhängigen zeitlichen Steuerung weiterer Wasserzulaufmengen verwendet werden. Ebenso kann aus der Druckanstiegsgeschwindigkeit nach dem Erreichen des Niveaus II auf die Sauggeschwindigkeit der Wäsche in der Wäschetrommel 5 geschlossen und entsprechende Optimierungen in der Waschprogrammtechnik, z. B. höheres Waschniveau bei hoher Sauggeschwindigkeit, gesteuert werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Wassermengenbestimmung im Laugenbehälter (4) einer Waschmaschine mit einer drehbar gelagerten Wäschetrommel (5), einem Einlaßmagnetventil und mit einer im Abflußsystem und an einer Luftfalle angeordneten und das Einlaßmagnetventil über Ausgangssignale ansteuernden Analog-Druckmeßeinrichtung (1), mit den Merkmalen, daß während des Wasserzulaufs die Veränderung der mit Hilfe der Analog-Druckmeßeinrichtung (1) als Funktion des Drucks p_ist im Laugenbehälter gemessenen Ausgangssignale U_aist = f(p_ist) mit den Meßwerten einer vorgegebenen Soll-Kurve U_asoll = f(p_soll) verglichen werden, die einer idealen, linearen Analog-Druckmeßeinrichtung entspricht, wobei die Soll- Druckwerte p_soll gemäß dem Konstruktionsaufbau der Waschmaschine, der Einbaulage und den Abmessungen des Abflußsystems (3), des Laugenbehälters (4) und der Wäschetrommel (5) bei einer wasserleitungsdruckunabhängigen, konstanten Durchflußmenge des Einlaßmagnetventils ermittelt werden, daß aufgrund eines Ist-Soll-Wert-Vergleichs eine Nullpunktverschiebung und aufgrund des Vergleichs einer Ist-Wertänderung mit einer Soll-Wertänderung die relative Empfindlichkeit der Analog-Druckmeßeinrichtung (1) bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Kurve der Druckerhöhung (p) im Laugenbehälter (4) in Abhängigkeit von der relativen Zulaufzeit (t) p_ist = f(t_ist) mit der Soll-Kurve p_soll = f(t_soll) verglichen wird und daraus die Ist-Durchflußmenge berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der Ist-Kurve mit der Soll-Kurve innerhalb eines Meßbereichs zwischen einem Niveau I "Schließen der Luftfalle" und einem Niveau II "Trommel-Unterkante" vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich innerhalb des Meßbereichs Niveau II "Trommel- Unterkante" und einem Waschniveau vorgenommen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich bei rotierender Wäschetrommel (5) vorgenommen wird und das Erreichen des Niveaus II dadurch bestimmt wird, wenn dem kontinuierlich steigendem Ausgangssignal (U_a) der Analog- Druckmeßeinrichtung (1) eine Ausgangssignalschwankung, die durch das Berühren der Wäschetrommel (5) mit der Wasseroberfläche entsteht, überlagert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der relativen Zulaufzeit (t) und der Durchflußmenge des Einlaß-Magnetventils der Wasserinhalt im Laugenbehälter (4) bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund des Vergleichs des gemessenen Druckanstieges p_ist mit dem vorgegebenen Druckanstieg p_soll auf die Saugfähigkeit des Waschguts geschlossen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei hoher Saugfähigkeit der Laugenbehälter (4) über das normale Waschniveau hinaus befüllt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei niedriger Saugfähigkeit der Laugenbehälter (4) nur bis unterhalb des normalen Waschniveaus gefüllt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf einer definierten Wassermenge dadurch erreicht wird, daß das Einlaßmagnetventil für eine bestimmte Zeit geöffnet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit entsprechend dem Verhältnis der Soll-Wassermenge (L) zur tatsächlichen Durchflußmenge (L/min) des Einlaßmagnetventils bemessen wird.