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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Waschautomaten und einen Waschautomaten. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Waschautomaten mit einem Laugenbehälter zur Aufnahme von Wasser, einer in dem Laugenbehälter drehbar gelagerten Trommel zur Aufnahme von Wäsche, einem Heizelement zum Aufheizen des Wassers, einem Umflutungssystem zum Fördern des Wassers aus einem ersten Bereich des Lagenbehälters in einen zweiten Bereich des Laugenbehälters und einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Steuern und/oder Regeln eines Waschprogramms, aufweisend einen Heizprozess während der Durchführung eines Waschprogramms, und einen entsprechend ausgebildeten Waschautomaten.
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Das primäre Ziel des Heizprozesses im Waschautomaten ist ein möglichst effizienter Wärmeenergietransport zwischen dem Heizelement und der Wäsche bei gleichzeitig geringem Wasseraufkommen und geringen Verbraucher-Schaltspielen. Dieser Energietransport erfolgt durch erhitzte freie Flotte. Er ist dann optimal, wenn ein kontinuierlicher Austausch zwischen gebundener und erhitzter freier Flotte entsteht. In Abhängigkeit der Waschautomatenvariante insbesondere mit oder ohne Umflutung und der notwendigen Heiztemperaturen werden bereits heute zwei unterschiedliche Verfahren eingesetzt. In der klassischen Variante wird der Wärmeenergietransport zwischen erhitzter und gebundener Flotte über hohe Wasserstände realisiert. Der Flottenaustausch erfolgt über das Saugverhalten der Wäsche. Dieses Verfahren wird grundsätzlich bei Waschautomaten ohne Umflutung eingesetzt.
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In Waschautomaten mit ungeregelter Umflutung erfolgt der Flottenaustausch mit der Aktivierung des Umflutungssystems. Die erhitzte freie Flotte wird über die Umflutung in die Wäsche gebracht. Dabei sinkt der Wasserstand sehr schnell, da die Pumpe des Umflutungssystems mit einem hohen Volumenstrom arbeitet und dieser nicht variiert werden kann. Dies führt wiederum dazu, dass die Gefahr eines Trockenheizens aufgrund der sich schnell ändernden Wasserstände sehr hoch ist. Es ist möglich, den Wasserstand durch ständige Wassereinläufe zu korrigieren, welches jedoch zu einem hohen Gesamtwasserverbrauch führt. Deshalb werden die Verbraucher Heizelement und Umflutungssystem immer hintereinander ein- bzw. ausgeschaltet. Dies führt allerdings zu hohen Schaltspielen und einem langen Heizprozess, da sich die Wasserstände erneut einstellen müssen. Durch die Einführung der Umflutung ist der Heizprozess im Vergleich zum klassischen Heizen mit hohen Wasserständen effizienter, weist aber eine lange Durchführung auf.
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Der Erfindung stellt sich somit das Problem, ein Verfahren zum Betreiben eines Waschautomaten und einen Waschautomaten bereitzustellen, deren Heizprozess zum Aufheizen von freier Flotte unter Verwendung eines Umflutungssystems zeiteffizienter durchführbar ist.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen Waschautomaten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass durch das gleichzeitige Heizen und Umfluten des Wassers samt Waschmittel der Heizprozess stark verkürzt wird. Jeder Heizprozess kann dadurch im Idealfall aus nur einem Heizzyklus bestehen. Dadurch wird die Belastung der Bauteile aufgrund der geringen Schaltspiele auf ein Minimum reduziert. Dies gilt sowohl für das Heizelement als auch für die Umflutung. Neben den geschilderten Vorteilen ergeben sich durch die Zeitersparnis im Heizen weitere Vorteile im Programmablauf. Die Zeitersparnis kann im Waschprozess in eine längere Wirkphase investiert werden. Insbesondere bei hohen Temperaturen wird hierdurch ein besseres Waschergebnis erzielt. Alternativ kann ein kürzerer Programmlauf erzielt werden. Zudem können durch die geringere Bauteilbelastung konstruktive und bauteilbedingte Einsparungen getroffen werden, die die Herstellungskosten senken.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Waschautomaten mit einem Laugenbehälter zur Aufnahme von Wasser, einer in dem Laugenbehälter drehbar gelagerten Trommel zur Aufnahme von Wäsche, einem Heizelement zum Aufheizen des Wassers, einem Umflutungssystem zum Fördern des Wassers aus einem ersten Bereich des Lagenbehälters in einen zweiten Bereich des Laugenbehälters und einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Steuern und/oder Regeln eines Waschprogramms, aufweisend einen Heizprozess während der Durchführung eines Waschprogramms, wobei der Wasserstand in dem Laugenbehälter während des Heizprozesses derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass gleichzeitig das sich in dem Laugenbehälter befindende Wasser mittels des Heizelements geheizt und mittels des Umflutungssystems aus dem ersten Bereich des Lagenbehälters in den zweiten Bereich des Laugenbehälters gefördert wird. Mittels der Steuerung und/oder Regelung des Wasserstands auf ein geeignetes Niveau wird ein gleichzeitiges Heizen mit sehr gutem Flottenaustausch ermöglicht. Der Wasserstand ist bevorzugt oberhalb des Heizelements, bezogen auf eine betriebsgemäße Aufstellposition des Waschautomaten.
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Bevorzugt wird der Wasserstand in dem Laugenbehälter während des Heizprozesses durch Einstellen eines durch das Umflutungssystem geförderten Volumenstroms und/oder eines Drehrhythmuses der Trommel gesteuert und/oder geregelt. Bevorzugt wird der Wasserstand durch Regelung des durch das Umflutungssystem geförderten Volumenstroms und Einstellen des Drehrhythmuses der Trommel derart gesteuert und/oder geregelt, dass ein Gleichgewicht zwischen Flottenaustrieb und -einbringung erzielt wird. Bevorzugt wird ein quasistationärer Wasserstand eingestellt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Heizprozess folgende Schritte auf
- a) Einstellen einer 100-%-Ist-Sättigung in der sich in der Trommel befindenden Wäsche mittels Zuführen von Wasser in den Laugenbehälter,
- b) Zuführen von weiterem Wasser als freie Flotte, so dass ein Wasserstand des sich in dem Laugenbehälter befindenden Wassers oberhalb des Heizelements und unterhalb der Trommel liegt,
- c) Drehen der Trommel entsprechend einem gewählten Drehzahlprofil,
- d) Impulsartiges Einbringen der freien Flotte in die Wäsche unter Aktivierung des Umflutungssystems,
- e) Deaktivieren des aktivierten Umflutungssystems, wenn ein Minimalwasserstand in dem Laugenbehälter erreicht wird, wodurch sich ein dem Drehzahlprofil entsprechender spezifischer Austriebsvolumenstrom ausbildet und der Wasserstand steigt,
- f) Starten einer Zeitmessung in Anschluss an den Schritt e), sobald ein vorbestimmter Startwasserstand erreicht wird,
- g) Stoppen der Zeitmessung, sobald ein vorbestimmter Stoppwasserstand oder eine vorbestimmte zeitliche Grenze erreicht wird,
- h) Berechnen des spezifischen Austriebsvolumenstroms mit Hilfe eines Ergebnisses der Zeitmessung, und
- i) Erhöhen des berechneten spezifischen Austriebsvolumenstroms bis zu seinem Endwert, um einen kontinuierlichen Wasserstand bei gleichzeitig aktiviertem Heizelement und Umflutungssystem beizubehalten.
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In dem Schritt a) wird bevorzugt vor dem Prozess des Heizens die Wäsche mit einer Wasserzulaufsteuerung auf eine 100% Ist-Sättigung eingestellt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Wäsche in der nachfolgenden Heizphase stationär kein zusätzliches Wasser aufnehmen kann. Temporär kann die Wäsche zwar zusätzliches Wasser in Form von Schälwasser aufnehmen, dieses tropft jedoch zeitverzögert von der Wäsche wieder ab. Bevorzugt wird in den nachfolgenden Schritten ein Drehzahlprofil gewählt, dass den Prozess des Austriebs unterstützt.
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Anschließend wird in dem Schritt b) bevorzugt eine benötigte Wassermenge bis zum Heizelementniveau bzw. stand plus einer vorbestimmten Zirkulationswassermenge in den Laugenbehälter eingebracht. Dabei bleibt der Wasserstand bevorzugt unter Trommelniveau bzw. -stand. Die Zirkulationswassermenge steht dem Umflutungssystem bevorzugt im folgenden Flottenaustausch maximal zur Verfügung. Damit ein Saugen der Wäsche ausgeschlossen werden kann, besteht bevorzugt kein Kontakt zwischen freier Flotte und Wäsche.
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Für die gezielte Einstellung eines kontinuierlichen Flottenaustauschs wird eine initiale Messung des spezifischen Austriebsvolumenstroms durchgeführt, der vom gewählten Drehzahlprofil, der Wäschemenge und -art in der Trommel abhängig ist. Bei kontinuierlicher Einbringung von freier Flotte wird sich der Austriebsvolumenstrom quasistationär einstellen. Er ist bevorzugt als Vorsteuerung für eine nachfolgende Wasserstandsregelung ausgebildet.
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Die Messung des spezifischen Austriebsvolumenstroms weist die Schritte c) bis h) auf. Zuerst wird ein gewähltes Drehzahlprofil gestartet, und dann wird die gesamte freie Flotte in die Wäsche über das Umflutungssystem impulsartig eingebracht. Dabei wird bevorzugt die maximale Drehzahl der Umflutung ausgewählt. Anschließend wird das Umflutungssystem bei Erreichen eines Minimalniveaus deaktiviert. Es bildet sich ein zum Drehzahlprofil spezifischer Austriebsvolumenstrom aus. Der Wasserstand steigt. Dann wird eine Zeitmessung ab Erreichen eines definierten Startniveaus gestartet und dann gestoppt, sobald ein definiertes Stoppniveau oder eine zeitliche Grenze erreicht wird. Anschließend wird bevorzugt der spezifische Austriebsvolumenstrom durch Laugenbehältergeometrievorgaben und dem Ergebnis der Zeitmessung berechnet.
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Der Schritt c) wird bevorzugt ab seinem Beginn während der Schritte d) bis i) kontinuierlich fortgeführt. Durch das anhaltende Drehzahlprofil wird sich der vorherige Wasserstand inkl. der Zirkulationswassermenge nach den Schritten e) bis h) erneut einstellen. Der Schritt i) umfasst bevorzugt eine Wasserstandsregelung mit Vorsteuerung und Stellgrößenbeschrankung basierend auf einem PI-Regler. Ziel ist die Einstellung eines kontinuierlichen Wasserstands bei gleichzeitiger Aktivierung des Heizelements und des Umflutungssystems. Der Sollwasserstand liegt zwischen Heizelement - und Trommelniveau. Bevorzugt wird der zuvor ermittelte spezifische Austriebsvolumenstrom als Vorsteuerung verwendet. In einer Einschaltphase des Reglers wird bevorzugt der Austriebsvolumenstrom bis zum Endwert erhöht. Diese Vorsteuerung kann zum Einstellen eines kontinuierlichen Flottenaustauschs ausreichend sein. Wenn nicht, werden weitere Größen zur Einstellung herangezogen.
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Die Vorsteuerung kann aufgrund von dynamischen Abweichungen des Wasserstands während des Prozesses nicht ausreichen und muss dann kompensiert werden. Als Eingangsgrößen fungieren in diesem Fall bevorzugt der Soll-Wasserstand in Form eines Soll-Drucks und der gemessene Ist-Wasserstand in Form des Ist-Drucks. Auf Basis einer Druck/Volumen-Kennlinie, die die Laugengeometrievorgaben berücksichtigt, werden bevorzugt ein Soll-Volumen und ein Ist-Volumen der freien Flotte berechnet. Die Differenz aus beiden Werten ergibt eine Regelabweichung, die die Menge an freier Flotte beschreibt, die durch das Umflutungssystem zum Ausgleich gefördert werden muss. Die Zeit, in der die Regelabweichung kompensiert werden muss, wird durch Verstärkungsfaktoren des Reglers bestimmt. Die Summe aus Reglerstellgröße und Vorsteuerung wird bevorzugt entsprechend der Förderleistungen der Umflutung stellgrößenbeschränkt. Ein Überlaufen des Integratoranteils wird bevorzugt durch ein Anti-Windup verhindert. Anschließend wird bevorzugt auf Basis einer Umflutungskennlinie eine Soll-Drehzahl der geregelten Umflutung berechnet. Dadurch, dass sich jetzt ein dauernder Austausch von gerade aufgeheizter freier Flotte und gebundener Flotte einstellt, wird der Energiefluss in die Wäsche verstärkt und ein Nachheizprozess weiterhin vermieden.
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Bevorzugt werden daher bei und/oder im Anschluss an den Schritt i) folgende Schritte durchgeführt:
- Messen eines Ist-Drucks,
- Berechnen eines Soll-Volumens und eines Ist-Volumens der freien Flotte anhand eines Soll-Drucks und des gemessenen Ist-Drucks und einer Druck-Volumen-Kennlinie,
- Berechnen einer Differenz zwischen dem berechneten Ist-Volumen und dem berechneten Soll-Volumen, und
- Verwenden der berechneten Differenz als Regler-Stellgröße zum Regeln einer Soll-Drehzahl der Trommel, bei der ein kontinuierlicher Wasserstand bei gleichzeitig aktiviertem Heizelement und Umflutungssystem erreicht wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin Bestimmen einer Zeit auf, in der die berechnete Differenz als Regler-Stellgröße verwendet wird, anhand von Verstärkungsfaktoren eines Reglers, der die Soll-Drehzahl regelt.
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Bevorzugt weist das Verfahren weiterhin Summieren des berechneten Austriebsvolumenstroms und der Regler-Stellgröße und Durchführen einer Stellgrößenbeschränkung der Summe entsprechend einer Förderleistung des Umflutungssystems auf.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin Durchführen eines Antiwindups auf.
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Bevorzugt werden der Schritt c) mit einem weiteren von dem Drehzahlprofil verschiedenen Drehzahlprofil und die Schritte d) bis g) wiederholt, wenn in dem Schritt g) die Zeitmessung durch die vorbestimmte zeitliche Grenze gestoppt wird. Alternativ bevorzugt wird ein weiterer Heizprozess eingestellt, wenn in dem Schritt g) die Zeitmessung durch die vorbestimmte zeitliche Grenze gestoppt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Soll-Drehzahl auf Basis einer Umflutungskennlinie und des berechneten Austriebsvolumenstroms berechnet.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Waschautomaten mit einem Laugenbehälter zur Aufnahme von Wasser, einer in dem Laugenbehälter drehbar gelagerten Trommel zur Aufnahme von Wäsche, einem Heizelement zum Aufheizen des Wassers, einem Umflutungssystem zum Fördern des Wassers aus einem ersten Bereich des Lagenbehälters in einen zweiten Bereich des Laugenbehälters und einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Steuern und/oder Regeln eines Waschprogramms und eines Verfahrens gemäß einer oder mehrerer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen.
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Unter dem Ausdruck "Waschautomat" ist eine Waschmaschine oder ein Kombigerät wie ein Waschtrockner zu verstehen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt schematisch und nicht maßstabsgerecht
- Fig. 1
- eine Teil-Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Waschautomaten; und
- Fig. 2
- ein Blockschaltbild einer Wasserstandsregelung gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Fig. 1 zeigt eine Teil-Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Waschautomaten. Der Waschautomat weist einen Laugenbehälter 1 zur Aufnahme von Wasser, eine in dem Laugenbehälter 1 drehbar gelagerte Trommel 2 zur Aufnahme von Wäsche 4, ein Heizelement 3 zum Aufheizen des Wassers, ein Umflutungssystem (nicht gezeigt) zum Fördern des Wassers aus einem ersten Bereich des Lagenbehälters 1 in einen zweiten Bereich des Laugenbehälters 1 und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (nicht gezeigt) zum Steuern und/oder Regeln eines Waschprogramms auf. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung ist weiterhin ausgebildet, einen Heizprozess eines Waschprogramms durchzuführen, so dass der Wasserstand in dem Laugenbehälter 1 während des Heizprozesses derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass gleichzeitig das sich in dem Laugenbehälter befindende Wasser mittels des Heizelements 3 geheizt und mittels des Umflutungssystems aus dem ersten Bereich des Lagenbehälters 1 in den zweiten Bereich des Laugenbehälters 1 gefördert wird. Der Volumenstrom VZirkulation befindet sich zwischen einem Trommelstand bzw. -niveau in Form eines Trommeldrucks pTr und einem Heizelementstand bzw. -niveau in Form eines Heizelementdrucks phk. Ein Sollwasserstand in Form des Solldrucks psoll befindet sich zwischen dem Trommelstand und dem Heizelementstand.
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Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Wasserstandsregelung gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren. Ziel der Wasserstandsregelung ist die Einstellung eines kontinuierlichen Wasserstands bei gleichzeitiger Aktivierung des Heizelements und des Umflutungssystems, wobei der in Fig. 1 gezeigte Sollwasserstand realisiert wird. Ein zuvor ermittelter spezifischer Austriebsvolumenstrom VAustrieb wird als Vorsteuerung verwendet. In einer Einschaltphase eines Reglers 5 des Waschautomaten wird der spezifische Austriebsvolumenstrom langsam bis zu seinem Endwert erhöht, wobei dynamische Abweichungen des Wasserstands während des Heizprozesses mittels des Reglers 5 kompensiert werden. Als Eingangsgrößen fungieren der Soll-Wasserstand in Form des Soll-Drucks pSoll und der gemessene Ist-Wasserstand in Form des Ist-Drucks pIst . Auf Basis einer Soll-Druck/Volumen-Kennlinie 6 und einer Ist-Druck/Volumen-Kennlinie 9 werden ein Soll-Volumen VSoll und Ist-Volumen VIst der freien Flotte berechnet. Eine Differenz aus beiden Werten ergibt eine Regelabweichung ΔV, die eine Menge an freier Flotte beschreibt, die durch das Umflutungssystem zum Ausgleich des Wasserstands gefördert werden muss. Eine Zeit, in der die Regelabweichung ΔV kompensiert werden muss, wird durch Verstärkungsfaktoren des Reglers 5 bestimmt. Eine Summe aus Reglerstellgröße und Vorsteuerung wird entsprechend Förderleistungen der Umflutung mittels einer Stellgrößenbeschränkung 7 stellgrößenbeschränkt. Anschließend wird auf Basis einer Umflutungs-Kennlinie 8 eine Soll-Drehzahl nSoll der Trommel für eine geregelte Umflutung berechnet, bei der ein kontinuierlicher Wasserstand bei gleichzeitig aktiviertem Heizelement und Umflutungssystem erreicht wird.
Bezugszeichenliste
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- 1
- Laugenbehälter
- 2
- Trommel
- 3
- Heizelement
- 4
- Wäsche
- 5
- Regler
- 6
- Soll-Druck/Volumen-Kennlinie
- 7
- Stellgrößenbeschränkung
- 8
- Umflutungs-Kennlinie
- 9
- Ist-Druck/Volumen-Kennlinie