ADAPTIVE DREHZAHLANPASSUNG VON FREISTROMPUMPEN IN WASSERFÜHRENDEN HAUSHALTSGERÄTEN

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Verhältnisses zwischen einem Volumenstrom und einer Drehzahl einer Freistrompumpe zur adaptiven Anpassung der Drehzahl im Betrieb der Freistrompumpe, wobei zumindest zwei unterschiedlichen Drehzahlen der Freistrompumpe über eine Steuereinheit eingestellt werden, für jede eingestellte Drehzahl ein Motorstrom der Freistrompumpe ermittelt wird, basierend auf den eingestellten Drehzahlen und dem ermittelten Motorstrom eine Motorstrom-Drehzahl-Gerade und ein Anstieg der Motorstrom-Drehzahl-Gerade und eine Geradengleichung der Motorstrom-Drehzahl-Gerade am Schnittpunkt der, die Drehzahl abbildenden, X-Achse ermittelt werden, und der ermittelte Anstieg der Motorstrom-Drehzahl-Gerade und die Geradengleichung der Motorstrom-Drehzahl-Gerade am Schnittpunkt der X-Achse als Proportionalitätsfaktoren zum Berechnen des Volumenstroms mit Hilfe eines vorgegebenen Motorstroms verwendet werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Haushaltsgerät.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Verhältnisses zwischen einem Volumenstrom und einer Drehzahl einer Freistrompumpe zur adaptiven Anpassung der Drehzahl im Betrieb der Freistrompumpe. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Haushaltsgerät.

[0002] In wasserführenden Haushaltsgeräten, wie beispielsweise Waschmaschinen oder Geschirrspülern werden regulär sogenannte Freistrompumpen als Abwasserpumpen eingesetzt. Derartige Pumpen werden derzeit mit festgelegten Drehzahlen bzw. Drehzahlniveaus betrieben. Die fixen Drehzahlen bzw. Drehzahlniveaus bewirken je nach Anschlussbedingung des Abflussschlauchs im Haushalt (Druckverlust und Förderhöhe) unterschiedliche Volumenströme und resultierend daraus verschiedene Abpumpzeiten.

[0003] Die Anschlussbedingungen des Haushaltsgeräts im Haushalt bestimmen die Anlagenkennlinie. Dadurch ergibt sich ein Volumenstrom bzw. Förderstrom in Abhängigkeit der Drehzahl der Freistrompumpe. Die Leistungs- bzw. Stromaufnahme der Freistrompumpe steigt mit dem Förderstrom. Die Motorelektronik bzw. der Aufbau des Pumpenmotors lassen nur eine gewisse maximale Stromaufnahme zu, sodass diese begrenzt ist. Daher hängt die maximal mögliche Pumpendrehzahl von der Anschlussbedingung im Haushalt ab.

[0004] Die fixen Drehzahlwerte haben weiterhin Auswirkungen auf den Schleudervorgang, da die Menge und Zusammensetzung (Lauge, Schaum, Luftanteil), des beim Schleudern zur Pumpe strömenden Fluides stark variieren. Aufgrund der konstanten Drehzahl der Pumpe, wird bei geringer Zulaufmenge Luft angesaugt und die Freistrompumpe läuft weiter ohne zu fördern. Außerdem entstehen Ungenauigkeiten hinsichtlich der Restzeitanzeige des Waschprogramms des Haushaltsgeräts.

[0005] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für ein wasserführendes Haushaltsgerät zu schaffen, welches eine drehzahlangepasste Ansteuerung von Freistrompumpen ermöglicht.

[0006] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Steuereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch ein Haushaltsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.

[0007] Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Verhältnisses zwischen einem Volumenstrom und einer Drehzahl einer Freistrompumpe zur adaptiven Anpassung der Drehzahl im Betrieb der Freistrompumpe bereitgestellt. Das Verfahren kann beispielsweise durch eine mit einer Freistrompumpe gekoppelte Steuereinheit in einem Haushaltsgerät ausgeführt werden.

[0008] Die Freistrompumpe kann eine kompakte und kavitationsunempfindliche Pumpe sein. Sie eignen sich besonders gut zum schonenden Transport feststoffbeladender Medien.

[0009] In einem Schritt werden zumindest zwei unterschiedlichen Drehzahlen der Freistrompumpe über eine Steuereinheit eingestellt. Nach dem Einpendeln der eingestellten Drehzahl wird für jede eingestellte Drehzahl ein Motorstrom der Freistrompumpe ermittelt. Dies kann über externe Sensoren oder über die durch die Steuereinheit ausgelesenen Motorparameter umgesetzt werden.

[0010] Basierend auf den eingestellten Drehzahlen und dem ermittelten Motorstrom werden in einem weiteren Schritt eine Motorstrom-Drehzahl-Gerade und ein Anstieg der Motorstrom-Drehzahl-Gerade und eine Geradengleichung der Motorstrom-Drehzahl-Gerade am Schnittpunkt der, die Drehzahl abbildenden, X-Achse ermittelt.

[0011] Der ermittelte Anstieg der Motorstrom-Drehzahl-Gerade und die Geradengleichung der Motorstrom-Drehzahl-Gerade am Schnittpunkt der X-Achse werden vorteilhafterweise als Proportionalitätsfaktoren zum Berechnen des Volumenstroms mit Hilfe eines vorgegebenen Motorstroms verwendet.

[0012] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Haushaltsgerät bereitgestellt, welches eine Steuereinheit und mindesten seine Freistrompumpe aufweist. Die Freistrompumpe kann beispielsweise als eine Abwasserpumpe ausgestaltet sein, die durch die Steuereinheit angesteuert wird. Das Haushaltsgerät ist dazu eingerichtet, zumindest ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.

[0013] Durch das Verfahren kann eine adaptive Anpassung der Pumpendrehzahl einer Freistrompumpe realisiert werden, um für einen möglichst großen Bereich von Anschlusshöhe und Druckverlust des Abflussschlauchs in Haushalten einen Nenn- oder Maximalwert des Förderstroms zu erreichen. Durch die adaptive Anpassung der Drehzahlen der Freistrompumpe können insbesondere Variationen in der Anlagenkennlinie kompensiert oder bei der Restzeitanzeige eines Waschprogramms präziser berücksichtigt werden.

[0014] Das für den Betrieb von Kreiselpumpen geltende Affinitätsgesetz ist für eine mathematische Beschreibung eines Betriebs von Freistrompumpen üblicherweise nicht nutzbar. Entgegen dem Affinitätsgesetz wurde ermittelt, dass bei einer Laugenpumpe eines wasserführenden Haushaltsgeräts ein linearer Zusammenhang zwischen dem Drehmomentbildenden Motorstrom und der Drehzahl besteht. Dies lässt sich dadurch begründen, dass die Laugenpumpe einer sog. Freistrompumpe gleicht, welche einen großen Spalt zwischen einem Laufrad und einem Druckkammer-Gehäuse aufweist, damit Fremdkörper die im Medium mitschwimmen die Pumpe ungehindert passieren können. Für unterschiedlichen Förderhöhen und Druckverluste gilt ein linearer Zusammenhang. Resultierend daraus kann eine Motorstrom-Drehzahl-Gerade berechnet oder ermittelt werden.

[0015] Aus einer Subtraktion eines Produkts des Anstiegs mit dem gewünschten Motorstrom und der Geradengleichung der Motorstrom-Drehzahl-Gerade am Schnittpunkt der X-Achse kann der Volumenstrom bzw. Förderstrom ermittelt, welcher bei dem gewünschten Motorstrom sich einstellt.

[0016] Die Drehzahlregelung der Pumpe nach einem Soll- bzw. Maximalwert für den Volumenstrom ermöglicht bei Vorgabe eines Nennwertes des Volumenstroms die Sicherstellung des vordefinierten Ablaufs eines Waschprograms und somit beispielsweise die Sicherstellung der exakten Restzeitanzeige. Bei Vorgabe des Maximalwertes ist eine adaptive Verkürzung der Waschprogrammdauer, beispielsweise für Kurz-Programme des Haushaltsgeräts möglich.

[0017] Darüber hinaus ermöglicht eine derartige Regelung des Betriebs der Freistrompumpe weiterführende Verbesserungen des Abpumpprozesses während des Schleuderns, beispielsweise mit dem Ziel der adaptiven Verkürzung des Schleuderprofils, sofern das Haushaltsgerät als eine Waschmaschine oder als ein Waschtrockner ausgestaltet ist.

[0018] Nach einer Ausführungsform wird ein über einen Zeitintervall gemittelter Motorstrom für jede Drehzahl ermittelt. Alternativ wird ein, zu einem Zeitpunkt tatsächlich, gemessener Motorstrom bzw. ein entsprechender Effektivwert für jede Drehzahl ermittelt. Einerseits sollten die durch die Steuereinheit eingestellten Drehzahlen möglichst weit auseinanderliegen, um den Einfluss der Messabweichung zu minimieren und resultierend daraus die Motorstrom-Drehzahl-Gerade möglichst genau zu bestimmen. Andererseits entstehen Grenzen bei hohen Drehzahlen und niedrigen Nullförderhöhen durch die maximale Leistungsaufnahme der Freistrompumpe und bei niedrigen Drehzahlen und hohen Nullförderhöhen, da sich hier kein Volumenstrom einstellt und die Motorstrom-Drehzahl-Gerade nicht ausreichend präzise bestimmt werden kann.

[0019] Bei der Verwendung des tatsächlich ermittelten Werts für die Drehzahl kann das Verfahren schneller ausgeführt werden. Die Verwendung von gemittelten Werten ermöglicht hingegen eine geringere Fehleranfälligkeit und eine höhere Genauigkeit. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem initialen Schritt bei einem Starten eines Waschprogramms ausgeführt werden, um eine optimale Kalibrierung der Freistrompumpe zu erzielen.

[0020] Das Verfahren kann für die meisten Anwendungsfälle und Aufstellungskonstellationen des Haushaltsgeräts abgestimmt werden, wenn durch die Steuereinheit zumindest zwei unterschiedlichen Drehzahlen in einem Drehzahlbereich zwischen 2400 U/min und 3700 U/min, insbesondere zwischen 2700 U/min und 3300 U/min, eingestellt werden. Vorteilhafterweise kann ein Bereich der Anlagen-Förderhöhe zwischen einem Bodenablass und einer Einhänghöhe eines Abflussschlauches des Haushaltsgeräts von bis zu 1.5 m abgebildet werden, wenn die anzufahrenden Drehzahlen 2700 U/min und 3300 U/min betragen.

[0021] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird abhängig von der Steuereinheit und/oder der Freistrompumpe ein maximaler Motorstrom ermittelt und mittels der Motorstrom-Drehzahl-Geraden eine maximale Drehzahl berechnet.

[0022] Nach einer weiteren Ausführungsform wird mittels der maximalen Drehzahl ein maximaler Volumenstrom ermittelt und eine Zeit zum Abpumpen einer vordefinierten Wassermenge mit dem maximalen Volumenstrom bestimmt.

[0023] Durch die Kenntnis des maximalen maximal möglichen Volumenstroms der Freistrompumpe kann eine Restzeitanzeige eines Waschprogramms, insbesondere während eines Schleudergangs oder einer Schleuderphase, besonders präzise bestimmt werden.

[0024] Durch den linearen Zusammenhang zwischen Motorstrom und Drehzahl für Freistrompumpen kann der maximale Motorstromwert gemäß der Leistungsaufnahme der Freistrompumpe berechnet werden. Jedoch muss der Zusammenhang nicht linear sein. Hierfür können der Anstieg der Motorstrom-Drehzahl-Gerade und die Geradengleichung der Motorstrom-Drehzahl-Gerade am Schnittpunkt der X-Achse als Proportionalitätsfaktoren für die Berechnung des maximal möglichen Volumenstroms herangezogen werden. Der maximal mögliche Motorstrom hängt dabei von der Motorauslegung sowie der Auslegung der Motoransteuerung (insb. des Inverters) ab. Es wird somit der haushaltsspezifisch maximale Volumenstrom eingestellt. Darüber hinaus können auch eine Motorstrom-Volumenstrom-Gerade und/oder Gleichung ermittelt und der Volumenstrom und die Zeit zum Abpumpen einer gemäß dem Waschprogramm definierten Wassermenge ermittelt werden. Resultierend daraus kann die definierte Wassermenge, beispielsweise im Laugenbehälter oder Sumpf des Haushaltsgeräts, so schnell wie möglich abgepumpt werden um die Waschdauer zu minimieren.

[0025] Nach einer weiteren Ausführungsform wird eine Betriebspunktkennlinie basierend auf dem ermittelten Volumenstrom in Abhängigkeit vom Motorstrom ermittelt. Durch diese Maßnahme können in Abhängigkeit von dem Aufstellungsort und den Anschlussbedingungen des Haushaltsgeräts optimale Betriebsbedingungen für die Freistrompumpe bestimmt werden.

[0026] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Verhältnisses zwischen einem Volumenstrom und einer Drehzahl einer Freistrompumpe zur adaptiven Anpassung der Drehzahl im Betrieb der Freistrompumpe bereitgestellt. Das Verfahren beschreibt eine alternative Bestimmung des Volumenstroms in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder des Motorstroms.

[0027] In einem Schritt wird eine Pumpenkennliniengleichung der Freistrompumpe als ein Polynom dritten Grades in Abhängigkeit von einem Volumenstrom definiert. In einem weiteren Schritt wird eine Anlagenkennliniengleichung einer Anlage, in welcher die Freistrompumpe verbaut ist, als ein Polynom zweiten Grades in Abhängigkeit von einem Volumenstrom definiert. Ferner kann die Anlagenkennliniengleichung auch als ein Polynom beliebigen Grades definiert sein.

[0028] Anschließend wird für mindestens zwei Drehzahlen jeweils ein Schnittpunkt zwischen der Pumpenkennliniengleichung und der Anlagenkennliniengleichung ermittelt. In einem weiteren Schritt wird zum Berechnen des Volumenstroms mit Hilfe eines vorgegebenen Motorstroms aus den ermittelten Schnittpunkten eine Betriebspunktkennlinie ermittelt.

[0029] Der Betriebspunkt und somit der sich einstellende Volumenstrom resultiert aus dem Schnittpunkt zwischen der Anlagenkennlinie und Pumpenkennlinie. Die Pumpenkennlinien für unterschiedliche Drehzahlen lassen sich abhängig von Pumpenhersteller und der Pumpengeometrie messen. Arbeitet die Pumpe bei der maximal möglichen Förderhöhe (Nullförderhöhe), stellt sich kein Förderstrom ein. Die Anlagenkennlinie ergibt sich entsprechend der Anschlussbedingungen im Haushalt. Sie ist abhängig von der Anlagen-Förderhöhe (Anschluss- bzw. Einhänghöhe des Abflussschlauches) und dem Druckverlust bzw. Strömungswiderstand (beispielsweise durch eingebaute Wand-Siphons oder Querschnittsreduktionen im Anschlussbereich).

[0030] Die Pumpenkennlinien eines Pumpentyps werden für mehrere Drehzahlen gemessen oder als Gleichungen definiert. Um die Pumpenkennlinie stufenlos für jede beliebige Drehzahl bestimmen zu können, werden die Approximationsparameter der gemessenen Kennlinien in ein Parametermodell übertragen. Dazu werden die Kennlinien-Approximationsparameter als Funktion der Drehzahl durch weitere Approximationen beschrieben. Somit wird die Pumpenkennlinie stufenlos über eine polynomische Gleichung dritten Grades angegeben. Vorteilhafterweise kann durch Anfahren verschiedener Drehzahlen beim Pumpenstart die Anlagenkennlinie approximiert werden. Zur Minimierung der benötigten Messpunkte wird die Anlagenkennlinie als Polynom zweiten Grades angenommen.

[0031] Zur Ermittlung der Betriebspunktkennlinie werden die Pumpen- und die Anlagenkennlinie gleichgesetzt. Aus der resultierenden Nullstellenberechnung des Polynoms dritten Grades kann die Betriebspunktkennlinie abgeleitet werden.

[0032] Bei einer Ausführungsform werden mehrere Schnittpunkte zwischen der Pumpenkennliniengleichung und der Anlagenkennliniengleichung für unterschiedliche Drehzahlen der Freistrompumpe durch ein numerisches Verfahren, wie beispielsweise Newton-Verfahren, ermittelt. Durch diese Maßnahme kann die Betriebspunktkennlinie schnell und effizient berechnet werden.

[0033] Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuereinheit für ein wasserführendes Haushaltsgerät bereitgestellt, wobei die Steuereinheit dazu ausgestaltet ist, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen. Die Steuereinheit kann eine Recheneinheit (z.B. eine CPU) umfassen. Die Steuereinheit kann dazu ausgestaltet sein, Daten aufzunehmen, zu verarbeiten und Steuerungsbefehle auszugeben.

[0034] Die Vorteile und Merkmale, die oben im Zusammenhand mit der Vorrichtung erläutert wurden, gelten analog auch für das Verfahren und andersherum. Einzelne Merkmale oder Aspekte der vorliegenden Erfindung können miteinander kombiniert werden und haben die in diesem Zusammenhang erläuterten Vorteile.

[0035] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von vorteilhaften Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Figuren im Detail erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1

ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von Betriebspunkten als Schnittpunkte von Anlagenkennlinien und Pumpenkennlinien.

Fig. 2

ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von Pumpenkennlinien für unterschiedliche Drehzahlen.

Fig. 3

ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von Motorstrom-Drehzahl-Geraden.

Fig. 4

ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von Volumenstrom-Motorstrom-Geraden für unterschiedliche Drehzahlen.

Fig. 5

ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von Anstiegen der Volumenstrom-Motorstrom-Geraden aus Fig. 5.

Fig. 6

ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von ermittelten Volumenströmen in Abhängigkeit von Drehzahlen basierend auf einem Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform und gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 7

ein schematisches Diagramm zum Vergleichen von ermittelten Volumenströmen in Abhängigkeit von einer Drehzahl basierend auf einem Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform und gemäß einer dritten Ausführungsform.

Fig. 8

eine Frontansicht eines Haushaltsgeräts gemäß einer Ausführungsform.

[0036] In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Faktoren wie beispielsweise numerische Werte, Formen, Komponenten, Positionen von Komponenten und die Weise, wie die Komponenten miteinander verbunden sind, sind lediglich illustrativ und nicht einschränkend. In den Zeichnungen sind aus Gründen der Übersicht und zur Verbesserung der Erkennbarkeit teilweise unterschiedliche Maßstäbe verwendet.

[0037] Die Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von drei beispielhaften Betriebspunkten B1, B2, B3. Die Betriebspunkte B1, B2, B3 und damit die sich einstellenden Volumenströme Q resultieren aus Schnittpunkten zwischen Anlagenkennlinien 10 und Pumpenkennlinie 20. Das Diagramm veranschaulicht das Verhältnis zwischen einer Förderhöhe H und dem Volumenstrom Q.

[0038] Die Pumpenkennlinien 20 für unterschiedliche Drehzahlen n1, n2, n3 lassen sich abhängig von Pumpenhersteller und Pumpengeometrie einer Freistrompumpe 110 (Fig. 9) messen. Arbeitet die Freistrompumpe 110 bei der maximal möglichen Förderhöhe (Nullförderhöhe), stellt sich kein Förderstrom ein.

[0039] Die Anlagenkennlinie 10 ergibt sich entsprechend der Anschlussbedingungen im Haushalt bzw. am Aufstellungsort eines Haushaltsgeräts 100. Die Anlagenkennlinie 10 ist abhängig von der Anlagen-Förderhöhe H (Anschluss- bzw. Einhänghöhe des Abflussschlauches) und dem Druckverlust bzw. Strömungswiderstand (beispielsweise durch eingebaute Wand-Siphons oder Querschnittsreduktionen im Anschlussbereich).

[0040] Die Pumpenkennlinien 20 eines Pumpentyps werden für mehrere Drehzahlen n1, n2, n3 gemessen. Um die Pumpenkennlinie 20 stufenlos für jede beliebige Drehzahl bestimmen zu können, werden Approximationsparameter von gemessenen Pumpenkennlinie 20 in ein Parametermodell übertragen. Dazu werden die Kennlinien-Approximationsparameter als Funktion der Drehzahl n durch die Approximationen beschrieben. Somit wird die Pumpenkennlinie stufenlos über eine polynomische Gleichung dritten Grades in Form einer Pumpenkennliniengleichung 21 angegeben. In der Fig. 2 ist in einem Diagramm ein Vergleich zwischen der gemessenen bzw. angegebenen Pumpenkennlinie 20 (gestrichelte Linie) und den berechneten Werten basierend auf einer Pumpenkennliniengleichung 21 illustriert. Es sind dabei lediglich Abweichungen bei Volumenströmen von weniger als 20 I/min vorhanden, die im Betrieb des Haushaltsgeräts 100 vernachlässigbar sind.

[0041] Entgegen dem Affinitätsgesetz für reguläre Kreiselpumpen wurde ermittelt, dass bei einer Laugenpumpe 110 eines Haushaltsgeräts 100, wie beispielweise einer Waschmaschine, ein linearer Zusammenhang zwischen dem Drehmomentbildenden Motorstrom I und der Drehzahl n besteht. Dies lässt sich dadurch begründen, dass die Laugenpumpe 110 einer sog. Freistrompumpe gleicht, welche einen großen Spalt zwischen Laufrad und Drucckammer-Gehäuse aufweist, damit Fremdkörper die im Medium mitschwimmen die Laugenpumpe 110 passieren können. In der Fig. 3 ist dieser Zusammenhang für verschiedene Betriebspunkte B dargestellt. Für alle unterschiedlichen Förderhöhen H und Druckverluste gilt ein linearer Zusammenhang. Resultierend daraus können Motorstrom-Drehzahl-Geraden berechnet werden, die im Diagramm veranschaulicht sind.

[0042] Die unterschiedlichen Betriebspunkte der Freistrompumpe 110 liegen bei einer spezifischen Drehzahl n auf einer Gerade im Volumenstrom-Motorstrom-Diagramm. Die Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm zum Veranschaulichen von Volumenstrom-Motorstrom-Geraden für unterschiedliche Drehzahlen n.

[0043] Dabei sind die einzelnen Messpunkte als Punkte dargestellt. Bei jedem Messpunkt wurde der Betriebspunkt der Freistrompumpe 110 durch die Anpassung der Förderhöhe H und/oder durch zusätzlichen Druckverlust im Ablaufschlauch angepasst. Alle Messpunkte einer spezifischen Drehzahl n liegen dabei auf einer Gerade. Alle Geraden haben einen gemeinsamen Schnittpunkt mit den Koordinaten S(Xs;Ys). Dabei entspricht Xs einem Schnittpunkt mit der X-Achse und Ys einem Schnittpunkt mit der Y-Achse.

[0044] Ein Anstieg A der jeweiligen Volumenstrom-Motorstrom-Geraden ist drehzahlabhängig und kann über eine Polynomgleichung zweiten Grades angegeben werden. Die jeweiligen Anstiege A der in Fig. 4 gezeigten Volumenstrom-Motorstrom-Geraden ist in der Fig. 5 abhängig von der Drehzahl n veranschaulicht.

[0045] In der Folge wird der Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom Q und dem Motorstrom I aus dem Schnittpunkt S(Xs;Ys) der Volumenstrom-Motorstrom-Geraden und dem drehzahlabhängigen Anstieg A gebildet.

[0046] Die Parametrierung dieser Zusammenhänge ist nicht allgemeingültig und kann vorteilhafterweise auf den Pumpentyp (Pumpenhersteller, geometrische Variante) angepasst werden.

[0047] Gemäß einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Anstieg A der Volumenstrom-Motorstrom-Geraden messtechnisch ermittelt. Hierzu werden zumindest zwei unterschiedliche Drehzahlen n1, b2 über die Pumpensteuerung bzw. Steuereinheit 120 angefahren. Sobald sich der Motorstrom I eingeschwungen hat, wird der jeweilige Motorstrom I ermittelt und die Volumenstrom-Motorstrom-Gerade abgeleitet.

[0048] Die angefahrenen Drehzahlen sollten möglichst weit auseinanderliegen, um den Einfluss der Messabweichung zu minimieren und resultierend daraus die Volumenstrom-Motorstrom-Gerade möglichst genau zu bestimmen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden schematische Drehzahlen n zwischen 2400 U/min und 3700 U/min berücksichtigt (s. Fig. 6 und Fig. 7).

[0049] Über die bereits erläuterten Zusammenhänge kann der Volumenstrom Q nun für jede beliebige Drehzahl n berechnet werden. Hierzu wird aus einer Subtraktion eines Produkts des Anstiegs A mit dem gewünschten Motorstrom I und der Geradengleichung der Motorstrom-Drehzahl-Gerade am Schnittpunkt Xs der X-Achse der Volumenstrom Q bzw. Förderstrom ermittelt, welcher sich bei dem gewünschten Motorstrom I einstellt
Die Verwendung des tatsächlichen Motorstrom-Wertes I_qdelta ist ebenso möglich wie die Verwendung eines gemittelten Wertes des Motorstroms I_qMean. Die Fig. 6 veranschaulicht die berechneten Volumenströme Q abhängig von dem Motorstrom I basierend auf der Verwendung des tatsächlichen Motorstrom-Wertes I_qdelta und der Verwendung des gemittelten Wertes des Motorstroms I_qMean. In dem zuvor definierten Drehzahlbereich ist im Diagramm kein relevanter Unterschied vorhanden. Die Punkte stellen die berechneten Werte dar, die durch Polynome angeglichen wurden, um Unterschiede zu veranschaulichen.

[0050] Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des Verfahrens erfolgt die Einstellung des Betriebspunktes B und folglich des Volumenstroms Q durch ein Gleichsetzen von Anlagenkennlinie 10 und Pumpenkennlinie 20 bzw. entsprechender Gleichungen. Die approximierte Pumpenkennliniengleichung 21 ist als drehzahlabhängige Gleichung (vorteilhafterweise als Polynom dritten Grades) hinterlegt. Ziel ist es durch Anfahren verschiedener Drehzahlen n beim Pumpenstart die Anlagenkennlinie in Form einer Anlagenkennliniengleichung zu approximieren. Zur Minimierung der benötigten Messpunkte wird die Anlagenkennliniengleichung als ein Polynom zweiten Grades angenommen.

[0051] Zur Bestimmung des Polynoms der Anlagenkennliniengleichung sind drei Messpunkte notwendig. Zur Maximierung der Genauigkeit können die Messpunkte möglichst weit auseinanderliegen. Zur Ermittlung der Betriebspunktkennlinie B werden die Anlagenkennliniengleichung und die Pumpenkennliniengleichung 21 gleichgesetzt. Es ergibt sich somit ein Nullstellenproblem, welches durch ein numerisches Verfahren, wie beispielsweise das Newton-Verfahren, lokal gelöst werden kann, um einen Zusammenhang zwischen dem Volumenstrom Q und der Drehzahl n bzw. Motorstrom I zu ermitteln. Die Fig. 7 zeigt den Vergleich der Betriebspunktkennlinie bzw. der Volumenströme Q abhängig von dem Motorstrom I basierend auf der Verwendung des tatsächlichen Motorstrom-Wertes I_qdelta (approach 1) und der Lösung des Nullstellenproblems (approach 2).

[0052] In der Fig. 8 ist eine Frontansicht eines Haushaltsgeräts 100 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Haushaltsgerät 100 weist eine Steuereinheit 120 auf, welche dazu eingerichtet ist, eine Laugenpumpe 110 anzusteuern. Die Laugenpumpe 110 ist als eine Freistrompumpe ausgestaltet und kann eine in einem Laugenbehälter 130 bzw. Sumpf gesammelt Flüssigkeitsmenge in einen Abfluss 200 befördern. Der Abfluss 200 weist gegenüber der Laugenpumpe 110 eine Höhe auf, welche als die Förderhöhe H der Laugenpumpe 110 fungiert.

Bezugszeichenliste

[0053] 

10 -

Anlagenkennlinie

100 -

Haushaltsgerät

110 -

Freistrompumpe / Laugenpumpe

120 -

Steuereinheit

130 -

Laugenbehälter

20 -

Pumpenkennlinien

21 -

Pumpenkennliniengleichung

200 -

Abfluss

A -

Anstieg / Steigung

B -

Betriebspunkt

n -

Drehzahl

I -

Motorstrom

Q -

Volumenstrom

H -

Förderhöhe

Ansprüche

1. Verfahren zum Ermitteln eines Verhältnisses zwischen einem Volumenstrom (Q) und einer Drehzahl (n) einer Freistrompumpe (110) zur adaptiven Anpassung der Drehzahl (n) im Betrieb der Freistrompumpe (110), wobei

- zumindest zwei unterschiedlichen Drehzahlen (n1, n2) der Freistrompumpe (110) über eine Steuereinheit (120) eingestellt werden,

- für jede eingestellte Drehzahl (n1, n2) ein Motorstrom (I) der Freistrompumpe (110) ermittelt wird,

- basierend auf den eingestellten Drehzahlen (n1, n2) und dem ermittelten Motorstrom (I) eine Motorstrom-Drehzahl-Gerade und ein Anstieg (A) der Motorstrom-Drehzahl-Gerade und eine Geradengleichung der Motorstrom-Drehzahl-Gerade am Schnittpunkt der, die Drehzahl (n) abbildenden, X-Achse (Xs) ermittelt werden,

- der ermittelte Anstieg (A) der Motorstrom-Drehzahl-Gerade und die Geradengleichung der Motorstrom-Drehzahl-Gerade am Schnittpunkt (Xs) der X-Achse als Proportionalitätsfaktoren zum Berechnen des Volumenstroms (Q) mit Hilfe eines vorgegebenen Motorstroms (I) verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein über einen Zeitintervall gemittelter Motorstrom (I_qMean) für jede Drehzahl (n) ermittelt wird, oder wobei ein, zu einem Zeitpunkt, gemessener Motorstrom (I_qdelta) für jede Drehzahl (n) ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei durch die Steuereinheit (120) zumindest zwei unterschiedlichen Drehzahlen (n1, n2) in einem Drehzahlbereich zwischen 2400 U/min und 3700 U/min, insbesondere zwischen 2700 U/min und 3300 U/min, eingestellt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei abhängig von der Steuereinheit (120) und/oder der Freistrompumpe (110) ein maximaler Motorstrom (I) ermittelt und mittels der Motorstrom-Drehzahl-Geraden eine maximale Drehzahl (n) berechnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei mittels der maximalen Drehzahl (n) ein maximaler Volumenstrom (Q) ermittelt und eine Zeit zum Abpumpen einer vordefinierten Wassermenge mit dem maximalen Volumenstrom (Q) bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Betriebspunktkennlinie (B) basierend auf dem ermittelten Volumenstrom (Q) in Abhängigkeit vom Motorstrom (I) ermittelt wird.

7. Verfahren zum Ermitteln eines Verhältnisses zwischen einem Volumenstrom (Q) und einer Drehzahl (n) einer Freistrompumpe (110) zur adaptiven Anpassung der Drehzahl (n) im Betrieb der Freistrompumpe (110), wobei

- eine Pumpenkennliniengleichung (21) der Freistrompumpe (110) als ein Polynom dritten Grades in Abhängigkeit von einem Volumenstrom (Q) definiert wird,

- eine Anlagenkennliniengleichung einer Anlage (100), in welcher die Freistrompumpe verbaut ist, als ein Polynom zweiten Grades in Abhängigkeit von einem Volumenstrom (Q) definiert wird,

- für mindestens zwei Drehzahlen (n1, n2) jeweils ein Schnittpunkt zwischen der Pumpenkennliniengleichung (21) und der Anlagenkennliniengleichung ermittelt wird,

- zum Berechnen des Volumenstroms (Q) mit Hilfe eines vorgegebenen Motorstroms (I) aus den ermittelten Schnittpunkten eine Betriebspunktkennlinie B ermittelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei mehrere Schnittpunkte zwischen der Pumpenkennliniengleichung (21) und der Anlagenkennliniengleichung für unterschiedliche Drehzahlen (n) der Freistrompumpe (110) durch ein numerisches Verfahren, wie beispielsweise Newton-Verfahren, ermittelt werden.

9. Steuereinheit (120) für ein wasserführendes Haushaltsgerät (100), wobei die Steuereinheit (120) dazu ausgestaltet ist, das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.

10. Haushaltsgerät (100), aufweisend eine Steuereinheit (120) und mindesten seine Freistrompumpe (110), die durch die Steuereinheit (120) angesteuert wird, wobei das Haushaltsgerät (100) dazu eingerichtet ist zumindest eines der Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.

Zeichnung