DE4222240A1 - Eichverfahren für elektromechanisch betätigbare Magnet-Einlaßventile in wasserführenden Haushaltsgeräten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Eichverfahren für elektromechanisch betätigbare Magnet-Einlaßventile in wasserführenden Haushaltsgeräten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Description

Die Erfindung betrifft ein Eichverfahren für elektromechanisch betätigbare Magnet-Einlaßventile in wasserführenden Haushaltgeräten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Sie betrifft im einzelnen die Bestimmung und Kalibrierung der Funktionswerte von Einlaßventilen in Haushalt-Geschirrspül- oder Waschmaschinen.
Marktgängige Geschirrspülmaschinen besitzen Niveauregelungen bei welchen durch einen Wasserstandsregler, der elektromechanisch oder elektronisch (Tastelektrode) arbeitet der Wasserstand überwacht wird. Ist die gewünschte Wassermenge erreicht, schaltet im ersten Fall ein Druckwächter das Magnetventil ab. Bei der elektronischen Regelung des Wasserstands wird das Magnetventil betätigt, sobald das im Behälter hochsteigende Wasser eine Elektrode berührt. Es fließt dann ein schwacher Strom, der durch die Elektronik so verstärkt wird, daß das Magnetventil geschaltet werden kann.
Weiterhin sind zeitabhängige Wasserzuläufe bekannt. Hierbei wird das Magnetventil durch die Programmsteuerung für eine bestimmte Zeit eingeschaltet. Um die vorgegebene Wassermenge in dieser Zeit zu erreichen, befindet sich im Magnetventil ein Durchlaufmengenregler, der bei unterschiedlichem Leitungsdruck eine gleichbleibende Wassereinlaufmenge gewährleistet. (Aus HEA-Bilderdienst, Serie: "Geschirrspülmaschinen"; Ausgabe Februar 1990). Für Haushalt-Waschmaschinen trifft sinngemäß gleiches zu.
Niveaugeregelte Wasserzuläufe ermöglichen nun je nach Schaltgenauigkeit der verwendeten Regelorgane eine mehr oder weniger exakte Bestimmung des Wasserinhalts. Unberücksichtigt bleibt hierbei jedoch die sogenannte "Magnetventil-Nachlaufzeit", hervorgerufen durch dessen Schließvorgang. Die Nachlaufzeit ist diejenige Zeitspanne von der Abschaltung der Magnetspule bis zum völligen Schließen des Ventilkegels im Magnetventil selbst. Besagter Ventilkegel wird durch Unterstützung des Leitungsdrucks geschlossen. Je geringer nun der momentan herrschende Leitungsdruck ist, desto größer ist die Schließzeit und damit die unerwünscht nachlaufende Wassermenge.
Ein zeitabhängig gesteuerter Zulauf ist trotz exakter Einhaltung der vorgegebenen Fülldauer mit Toleranzen behaftet. Der tatsächliche Wasserinhalt weicht vom Sollwert mehr oder weniger ab. Die Füllmengen sind außerdem nicht reproduzierbar. Es wird lediglich eine vorgegebene Durchflußmenge in Litern pro Minute als konstant vorausgesetzt und die erforderliche Füllzeit (Min) hieraus bestimmt. Durchlaufmengenregler streuen aufgrund von Herstellungstoleranzen in ihren Werten oft ganz erheblich und halten außerdem ihre Durchflußgeschwindigkeit bzw. -menge über große Fließdruckbereiche nur in etwa ein. Das bedeutet in der Praxis, daß Wasch- oder Geschirrspülmaschinen niemals exakt mit derselben Wassermenge befüllt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein automatisches Eich- bzw. Kablibrierverfahren samt Meßvorrichtung zu schaffen mit deren Hilfe die toleranzbehafteten Kennwerte durchflußmengengeregelter Magnetventile in Wasch- und Geschirrspülmaschinen exakt erfaßt und deren Fehler eliminiert werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale nebengeordneter und voneinander unabhängiger Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind folgender Art: Der Einsatz teuerer Präzisions-Magnetventile mit engtolerierten Durchflußwerten zur Erzielung genauer Füllmengen ist nicht erforderlich. Preiswerte, handelsübliche Baumarkt-Qualitäten genügen. Für Geschirrspül- und Waschmaschinen können herstellerseits wesentlich größere Wasserleitungsdruckbereiche zugelassen werden. Veränderungen des Leitungsdrucks am Einsatzort, sowie betriebs-, d. h. abnutzungsbedingte Veränderungen der Magnetventil-Kennwerte können ausgeglichen werden. Zusammengefaßt wird mit Hilfe des neuen Verfahrens eine präzise Wasserzulaufsteuerung mit äußerst genau reproduzierbaren Füllmengen unter Berücksichtigung des vorerwähnten Nachlaufs geschaffen.
Ein Ausführungsbeispiel der Eich- und Meßanordnung zur Kalibrierung durchflußmengengeregelter Einlaßmagnetventile ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 die Meßanordnung für einen kontinuierlichen Füllvorgang,
Fig. 2 die Meßanordnung für einen zeitlich getakteten Füllvorgang.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im Prinzip aus zwei separaten, aufeinanderfolgenden Meßvorgängen und beruht quasi auf der Lösung zweier linearer Gleichungen mit zwei Unbekannten.
Die Meßanordnung nach Fig. 1 und Fig. 2 besteht aus einem normalen, absperrbaren Wasserzulauf (1), der mit dem Prüfling, dem Einlaßventil (2) und mit einem äußerst genau kalibrierten Meßgefäß (3) in strömungsmäßiger Verbindung steht. Genanntes Meßgefäß (3) besitzt ein konstantes Volumen (d. h. die maßlichen Änderungen des Meßgefäßes (3) sind lediglich minimalen zeitlichen oder temperaturbedingten Schwankungen unterworfen). Ein Niveausensor (4) dient der exakten Erfassung des Nenn-Niveaus (6) im Meßgefäß (3). Als Niveausensor (4) kann verwendet werden: ein mechanischer Druckwächter, ein analoger Drucksensor (auch bekannt unter der Bezeichnung Analog-Druckmeßdose), ein optischer Niveausensor oder ein Schallniveausensor. Eine Steuereinheit (5) übernimmt die elektronische Verarbeitung der vom Niveausensor (4) gelieferten Ausgangssignale und besitzt eine Einrichtung zur digitalen Speicherung von Funktionsparametern. Die Steuereinheit (5) besteht unter anderem aus folgenden Mikrobausteinen: einem Schreib- und Lesespeicher für wahlfreien Zugriff RAM, einem nicht flüchtigen Schreib- und Lesefestspeicher mit wahlfreiem Zugriff EAROM und einem programmierbaren und nicht flüchtigen Speicher EEPROM. Das funktionsbestimmende Einlaßventil (2) wird von vorgenannter Steuereinheit (5) über einen Zeitgeber oder Timer angesteuert.
Mit Hilfe der Meßanordnung nach Fig. 1 erfolgt die Bestimmung der aktuellen Durchflußmenge (Q) in Litern pro Minute des jeweils verwendeten Einlaßventils (2) bei einem momentan herrschenden Fließdruck. Die erste Messung bedingt das kontinuierliche Befüllen des Meßgefäßes (3) bis zum Nenn-Niveau (6), dem konstanten und bekannten Meßvolumen (Qmeß) in Litern. Bei Start eines Zeitgebers oder Timers wird das Einlaßventil (2) geöffnet. Das Erreichen des Nenn-Niveaus (6) erkennt der Niveausensor (4) und veranlaßt die Steuereinheit (5) das Einlaßventil (2) zu schließen. Die gemessene Füllzeit (T1) in Minuten bis zum Erreichen des bekannten Meßvolumens (Qmeß) bestimmt die momentan vorliegende Durchflußmenge (Q) in Litern pro Minute des verwendeten Einlaßventils 2 zu:
1. Gleichung
Qmeß = Q × T₁ (1)
hieraus Ermittlung der 1. Unbekannten
hierin bedeuten:
Qmeß: das bekannte und kalibrierte Meßvolumen (Liter) im Meßgefäß (3)
T1 = die exakt ermittelte Füllzeit (Minuten) bis zum Erreichen des Nenn-Niveaus (6)
Q = die von der Steuereinheit 5 errechnete Durchflußmenge (Liter/Minute) des Einlaßventils (2).
Das Meßgefäß (3) wird anschließend restlos entleert und mit Hilfe einer zweiten Messung, gemäß der Anordnung nach Fig. 2, die aufgrund der eingangs erwähnten Schließverzögerung des Einlaßventils (2) die nachlaufende Wassermenge (Qnach) (Liter) ermittelt. Das Einlaßventil (2) wird jetzt mit einer konstanten Taktzeit (T2) (Minuten) angesteuert, wobei (T2) sehr viel kleiner als (T1) ist. Bis zum Erreichen des Meßvolumens (Qmeß) sind aufgrund der aus Messung (1) ermittelten Durchflußmenge (Q) n-Taktzyklen mit einer Ventiltaktzeit (T2) erforderlich. Die einzelnen Taktvolumina betragen demnach Q×T2.
Jede Ventiltaktzeit (T2) bedingt eine durch das Einlaßventil (2) hervorgerufene Einzel-Nachlaufinenge (Qnach) Nach jedem Taktzyklus erfolgt eine Abfrage an die Steuereinheit (5) bzw. an den Niveausensor (4), ob das Meßvolumen (Qmeß) bzw. dessen Nenn-Niveau (6) erreicht wurde. Sofern das nicht der Fall ist, wird ein Zähler n solange um eins erhöht bzw. jeweils ein Taktvolumen (Q×T2) (Liter) so oft nachgefüllt bis der Niveausensor (4) die Beendigung der Taktbefüllung signalisiert und das Einlaßventil (2) schließt. Das im Meßgefäß (3) befindliche Meßvolumen (Qmeß) ergibt sich unter Berücksichtigung der Nachlaufmenge (Qnach) nach Gleichung (2) zu:
2. Gleichung
Qmeß = n × (Q × T₂ + Qnach) (1)
(im Meßgefäß 3 ist die Nachlaufmenge Qnach n× enthalten). Ermittlung der 2. Unbekannten:
hierin bedeuten:
Qmeß = das bekannte und kalibrierte Meßvolumen (l)
n = die Anzahl der Taktzyklen (gezählt und registriert)
Q = die aus Messung 1 ermittelte aktuelle Durchflußmenge (l/min.)
T2 = die Ventiltaktzeit (min.) (konstant und vorgegeben)
Qnach = die von der Steuereinheit 5 aus n-Messungen errechnete Durchschnittsnachlaufmenge (l).
Diese zweite Messung ist nun im Gegensatz zur ersten Messung prinzipbedingt fehlerbehaftet. Der maximal mögliche Meßfehler kann ein ganzes Taktvolumen (Q×T2) betragen; und zwar falls nach einer (der vorletzten) Taktung das Meßvolumen (Qmeß) bzw. das Nenn-Niveau (6) gerade noch nicht erreicht wurde und die Steuereinheit (5) gemäß Abfrage noch ein volles Taktvolumen (Q×T) zufüllt. Der hieraus resultierende Meßfehler kann durch sehr kurz bemessene Ventiltaktzeiten (T2) äußerst gering gehalten werden. D. h. mit anderen Worten: Der relative Meßfehler wird umso kleiner je größer die Anzahl der Taktzyklen (n) ist. oder: Meßvolumen (Qmeß) = sehr viel größer als das Taktvolumen (Q×T2).
Das Eich- und Kalibrierverfahren ist nun problemlos unter Verwendung von Steuereinheit (5) und Niveausensor (4) in die Praxis umsetzbar: Bei Haushalt-Geschirrspülmaschinen dienen als Meßgefäße deren Ablaufwannen (bodenseitige Vertiefung des Spülbehälters) und bei Waschmaschinen die Laugenbottiche. Beide Behälter sind aufgrund ihrer bekannten Konstruktionsabmessungen kalibriert. Durch exakte Plazierung des Niveausensors (4) ist hierin das Meßvolumen (Qmeß) genau vorgegeben. Die 1. Messung, die Bestimmung der Durchflußmenge (Q) des verwendeten Einlaßventils (2), erfolgt jeweils zu Beginn eines Spül- oder Waschprogramms während der erstmaligen Gerätebefüllung. Die zweite Messung, die Bestimmung der Nachlaufmenge (Qnach) wird unmittelbar nach der programmgemäßen ersten Entleerung, während einer erneuten Gerätebefüllung ("Reinigungsgang" bei Geschirrspülern oder "Hauptwäsche" bei Waschmaschinen) durchgeführt. Die jetzt ermittelten Parameter des Einlaßventils (2) und seines Mengenreglers werden dem weiteren Programmablauf zugrunde gelegt und erbringen u. U. über längere Zeiträume gesehen eine beträchtliche Reduzierung des Wasser- und Energieverbrauchs.
Allgemein ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine automatische Vermessung der Durchflußvolumina von Magnetventilen im stationär offenen Zustand und die Bestimmung der Nachlaufmengen während des Schließvorgangs. Da der Eichvorgang immer erneut zu Beginn eines Spül- oder Waschprogramms stattfindet sind Änderungen der Wasserleitungsdrücke ohne Bedeutung; dauerbetriebsbedingte Funktionsänderungen der Durchflußmengenregler oder der Magnetventile selbst werden berücksichtigt, d. h. dem Programmablauf werden immer aktuelle Funktionswerte vorgegeben. Das Verfahren ist außer in Haushalt-Geschirrspül- und -Waschmaschinen auch in anderen Geräten oder Einrichtungen mit elektrisch gesteuerten Einlaßventilen anwendbar, deren Parameter-Toleranzen erfaßt und/oder ausgeglichen werden sollen.

Claims (4)

1. Eichverfahren für elektromechanisch betätigbare Magnet-Einlaßventile in wasserführenden Haushaltgeräten, wie Wasch- und Geschirrspülmaschinen mit kalibrierten Behältern bzw. Meßgefäßen, mit niveau- und zeitgesteuerten sowie durchflußmengengeregelten Zulaufsystemen, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge (Q) und eine Nachlaufmenge (Qnach) des Einlaßventils (2) durch zwei separate und aufeinanderfolgende Messungen ermittelt werden, wobei während der ersten Messung die Durchflußmenge (Q) aufgrund einer gemessenen Füllzeit (T1) bis zum Erreichen eines vorgegebenen Meßvolumens (Qmeß) bestimmt wird und innerhalb der zweiten Messung die Nachlaufmenge (Qnach) durch Ansteuern des Einlaßventils (2) bei einer vorgegebenen und konstanten Ventiltaktzeit (T2) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das taktweise Ansteuern des Einlaßventils (2) bis zum Erreichen des Meßvolumens (Qmeß) durchgeführt wird und die Anzahl (n) der hierzu erforderlichen Taktzyklen zur Ermittlung der Nachlaufmenge (Qnach) des Einlaßventils (2) zugrundegelegt werden.
3. Eichverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventiltaktzeit (T2) sehr viel kleiner gegenüber der gemessenen Füllzeit (T1) gewählt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung eines Eich-Verfahrens für elektromechanisch betätigbare Magnet-Einlaßventile in wasserführenden Haushalt-Geräten, wie Wasch- und Geschirrspülmaschinen mit einem Meßgefäß (3), mit einem Niveausensor (4), mit einer Steuereinheit (5) bestehend aus elektronischen Mikrobausteinen wie einem Schreib- und Lesespeicher für wahlfreien Zugriff (RAM), einem nicht flüchtigen Schreib- und Lese- Festwertspeicher mit wahlfreiem Zugriff (EAROM) und einem programmierbaren und nicht flüchtigen Schreib- und Lese- und Festwertspeicher (EEPROM), mit einem Zeitgeber oder Timer zur kontinuierlichen oder taktweisen Ansteuerung des Einlaßventils (2), mit einer Abfragevorrichtung für den Niveausensor (4) und mit einem Zähler zur Ermittlung der Anzahl (n) der Ventiltaktzyklen.
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