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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose von Betriebszuständen einer
Synchronpumpe in einem Flüssigkeitskreislauf,
insbesondere in einer Spülmaschine
oder dergleichen.
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In
Spülmaschinen
werden häufig
Synchronpumpen, das heißt
durch Synchronmotor angetriebene Pumpen, dazu verwendet, das zur
Reinigung verwendete Spülwasser
vom Boden des Innenraums des Gerätes
abzupumpen und wieder zu den Sprüharmen
zu fördern,
so dass ein geschlossener Flüssigkeitskreislauf
geschaffen wird. Dieser Aufbau ist sehr verbreitet, da auf diese
Weise Frischwasser gespart werden kann.
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Im
Idealfall bleibt die zirkulierende Wassermenge konstant, und die
Synchronpumpe zum Umwälzen
des Wassers arbeitet mit konstanter Leistung. Ein Problem tritt
jedoch dann auf, wenn sich Wasser im Maschinen-Innenraum an Stellen
speichert, von denen es nicht abfließen oder abgepumpt werden kann,
so dass es nicht mehr zur Rückführung zu
den Sprühdüsen zur
Verfügung
steht. Solche Flüssigkeits-Reservoirs
werden insbesondere durch Töpfe oder ähnliche
Behälter
gebildet, die während
des Spülvorgangs
umkippen, so dass ihre Öffnungen nach
oben weisen und das von oben auf das zu reinigende Geschirr verteilte
Spülwasser
gesammelt wird. Ein weiteres Problem besteht in einer Behinderung
der Wasserzirkulation durch eine Verschmutzung des Filters, der
im Boden des Innenraums des Gerätes
am Einlass der Vorlaufleitung der Synchronpumpe angeordnet ist.
Unterschreitet jedoch die zirkulierende Wassermenge ein bestimmtes
Mindestvolumen, kann ein störungsfreier
Betrieb des Gerätes nicht
gewährleistet
werden. Abgesehen davon, daß das
Geschirr nicht mehr vollständig
gereinigt wird, besteht in diesem Fall die Gefahr einer Beschädigung der
Synchronpumpe.
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Es
ist daher erwünscht,
den augenblicklichen Betriebszustand des Wasserkreislaufs zu bestimmen
und insbesondere zu ermitteln, ob die Pumpe ordnungsgemäß fördert. Bekannt
sind Meßverfahren
zur Messung der vor dem Spülvorgang
in den Kreislauf eingeleiteten Wassermenge. Eine Möglichkeit
besteht beispielsweise darin, das Wasser über ein Laufrad zu leiten,
dessen Umdrehungszahl proportional zum über das Laufrad geleiteten
Wasservolumen ist. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass sie
preiswert zu realisieren ist, liefert jedoch relativ ungenaue Messergebnisse.
Eine ständige
Kontrolle des zirkulierenden Wasservolumens während des Betriebs der Maschine
wird hierdurch nicht gewährleistet.
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Das
Dokument
DE 196 30
357 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Regelung der Wassermenge
in einer Geschirrspülmaschine,
bei welcher zur Bestimmung des Betriebszustandes der Synchronpumpe das
Drehmoment des die Pumpe antreibenden Synchronmotors überwacht
wird. Zu diesem Zweck wird die Stromaufnahme der Ständerwicklung
gemessen und in Abhängigkeit
davon ein Dosierventil für
die Zuführung
des Spülwassers
gesteuert, so dass eine ständige
Kontrolle des zirkulierenden Wasservolumens gewährleistet wird.
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Ferner
offenbart das Dokument
DE
24 15 171 A1 eine Messung des Betriebszustandes eines Synchronmotors
anhand der Phasenverschiebung zwischen der am Motor anliegenden
Wechselspannung und dem Wechselstrom. Eine aktuell auftretende Phasenverschiebung
läßt sich
dann einem bestimmten Betriebszustand zuordnen. Für den Anwendungsfall,
der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, ist dieses Verfahren
jedoch nur in sehr eingeschränktem
Maße geeignet,
da sich nicht alle Betriebszustände
einer Geschirrspülmaschine
durch dieses vorbekannte Verfahren zweifelsfrei identifizieren lassen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Diagnose
von Betriebszuständen
einer Synchronpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, das
es auf möglichst
einfache, zuverlässige
und kostensparende Weise ermöglicht,
unterschiedliche Betriebszustände
der Synchronpumpe zu detektieren und zu identifizieren, die Fehlfunktionen
im Flüssigkeitskreislauf
entsprechen, insbesondere einem Absinken des zirkulierenden Wasservolumens
unter ein Mindestniveau und einer Filterverschmutzung.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden zunächst
in einem Meß-Schritt die Wechselspannung
und der Wechselstrom am bzw. durch den Motor gemessen. In einem
anschließenden
Bestimmungs-Schritt wird zu verschiedenen Zeitpunkten die Größe einer
Phasenverschiebung gemessen, die zwischen der Wechselspannung und
dem Wechselstrom auftritt, und aus den aufgenommenen Meßwerten
wird der zeitliche Verlauf der Phasenverschiebung ermittelt und
ein charakteristisches Merkmal des zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung
bestimmt. Schließlich
wird in einem Zuordnungs-Schritt das bestimmte Merkmal einem vorbestimmten
Pumpen-Betriebszustand zugeordnet.
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Dieses
Diagnoseverfahren beruht auf der Erkenntnis, dass der zeitliche
Verlauf der Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom der Synchronpumpe
als Indikator für
eine Pumpen-Fehlfunktion dienen kann. Wird beispielsweise dem Wasserkreislauf
in der Spülmaschine
eine bestimmte Wassermenge entzogen, etwa durch einen umgekippten Topf,
so tritt eine Änderung
der Phasenverschiebung auf, die darauf zurückzuführen ist, dass im Pumpengehäuse ein
Luft-Wasser-Gemisch vorliegt. Charakteristischen Eigenschaften des
gemessenen Phasenverschiebungsverlaufs entsprechen eindeutig zuzuordnende
Pumpen-Betriebszustände,
bei deren Eintreten Gegenmaßnahmen
eingeleitet werden können,
die der Fehlfunktion entgegenwirken. Beispielsweise kann das Wasservolumen
innerhalb des Kreislaufs durch Frischwasser ergänzt werden. Ferner kann ein
Warnsignal erzeugt werden, das durch eine Bedienungsperson wahrzunehmen
ist. Sämtliche Verfahrensschritte
sind relativ einfach und preiswert zu realisieren, und die Phasenverschiebungs-Messung
kann gegenüber
den herkömmlichen
Verfahren vergleichsweise genau durchgeführt werden. Durch die ständige Wasserstandskontrolle
kann die Frischwasserzuführung
genau am Bedarf orientiert werden, so daß ein ressourcensparender Wasserkreislauf realisiert
werden kann. Außerdem
wird hierdurch ein Energiespareffekt erreicht, da nur das im Kreislauf befindliche
Wasser für
die einzelnen Spülgänge aufgeheizt
werden muß.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird im Zuordnungs-Schritt das bestimmte Merkmal einem vorbestimmten
Merkmals-Wertebereich zugeordnet, der mit einem Pumpen-Betriebszustand
verknüpft
ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird im Bestimmungs-Schritt die Größe der Steigung des zeitlichen
Verlaufs der Phasenverschiebung bestimmt und im Zuordnungs-Schritt
einem vorbestimmten Steigungs-Wertebereich zugeordnet, der mit einem
Pumpen-Betriebszustand verknüpft
ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
des Verfahrens wird also die Größe der Steigung
des zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung zur Erkennung des Pumpen-Betriebszustands,
z.B einer Filterverschmutzung genutzt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
der Bestimmungs-Schritt
einen Transformations-Schritt, in welchem der zeitliche Verlauf der
Phasenverschiebung einer Fourier-Transformation unterzogen wird
und die Amplitude der Fourier-Transformierten in einem vorbestimmten
Frequenzbereich bestimmt wird. Der Zuordnungs-Schritt dient in diesem
Fall dazu, die zuvor bestimmte Amplitude einem vorbestimmten Amplituden-Wertebereich
zuzuordnen, der wiederum mit einem Pumpen-Betriebszustand verknüpft ist.
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Die
Analyse findet in diesem Fall also im Frequenzbereich statt. Weist
der zeitliche Verlauf der Phasenverschiebung beispielsweise hochfrequente Signalanteile
auf, so kann dies darauf hindeuten, dass im Pumpengehäuse ein
Luft-Wasser-Gemisch vorliegt und die Pumpe nicht mit voller Leistung
arbeiten kann.
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Vorzugsweise
kann es sich bei der Fourier-Transformation um eine diskrete Fourier-Transformation
(DFT) oder um die spezielle Form der DFT, die sogenannte Fast-Fourier-Transformation
(FFT) handeln.
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Die
Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung im Bestimmungs-Schritt
kann vorzugsweise eine gleitende Mittelung beinhalten.
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Der
Meß-Schritt
kann vorzugsweise eine Umwandlung des gemessenen Wechselspannungs-Signals
und des gemessenen Wechselstrom-Signals in Rechtecksignale beinhalten.
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Eine
Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfasst einen Microcontroller mit einem Timer, der einen Spannungs-Eingang
zur Aufnahme eines Start-Signals und einen Strom-Eingang zur Aufnahme
eines Stopp-Signals umfasst. Diese Spannungs- bzw. Stromeingänge sind
dazu ausgebildet, das Überschreiten
eines vorbestimmten Spannungs- bzw. Stromsignal-Pegels als Start-
bzw. Stop-Signal zu interpretieren. Der Inhalt des Timers ist zum
zeitlichen Abstand zwischen dem Start- und dem Stop-Signal proportional.
Der Microcontroller umfasst ferner einen Speicher zur Aufnahme des
Timer-Inhalts.
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Durch
den Timer des vorstehend beschriebenen Microcontrollers lässt sich
die Größe der Phasenverschiebung
messen. Der durch weitere Analyseeinrichtungen abzurufende Inhalt
des Speichers ist proportional zur Phasenverschiebung, so dass durch die
erfindungsgemäße Vorrichtung
eine einfache Möglichkeit
zur Betriebszustandsanalyse geboten wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Speicher eine Anzahl von Speicherplätzen zur Speicherung einer
Abfolge von Speicherinhalten.
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Weiter
vorzugsweise umfasst der Microcontroller eine Auswertungseinheit
zur Mittelung der Speicherinhalte.
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Vorzugsweise
dient eine Schnittstelle zur Übermittlung
betriebszustandsbezogener Daten vom Microcontroller an eine Steuereinheit
zur Steuerung des Flüssigkeitskreislaufs.
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Die
Erfindung ist auch auf Waschmaschinen geeigneter Bauart oder andere
im Umwälzbetrieb laufende
Maschinen anwendbar.
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Im
folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Zeichnung näher
erläutert.
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1 zeigt
schematisch die zu messenden Spannungs- und Strom-Signale sowie deren
Umformung;
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2 ist
eine schematische Darstellung des Verlaufs der Phasenverschiebung;
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3 ist
ein Diagramm, das die Funktionseinheiten einer Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
darstellt;
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4 bis 7 zeigen
den zeitlichen Verlauf der Phasenverschiebung entsprechend verschiedenen
Pumpen-Betriebszuständen;
und
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8 ist
ein Flussdiagramm, das die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte erläutert.
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1 zeigt
vier Diagramme, in denen jeweils der Verlauf eines Spannungs- und eines Strom-Signals
gegen die Zeit t aufgetragen ist. Das linke obere Diagramm zeigt
den sinusförmigen
Verlauf der Spannung U, die an einer Synchronpumpe eines Flüssigkeitskreislaufs
anliegt, während
das linke untere Diagramm den ebenfalls sinusförmigen Verlauf des Stroms I
zeigt. Die beiden Sinuskurven des Spannungs-Signals U und des Stromsignals
I sind um eine Phasenverschiebung Δϕ gegeneinander verschoben,
d.h. Δϕ entspricht
einer zeitlichen Verschiebung des Nulldurchgangs des Stromsignals
I gegenüber dem
Spannungs-Signal U. Die Größe dieser
Phasenverschiebung Δϕ kann
erfindungsgemäß zur Diagnose
eines Pumpen-Betriebszustands verwendet werden, wie nachfolgend
noch erläutert
werden soll. Zu diesem Zweck werden Spannung U und Strom I am Motor
in einem Meß-Schritt
gemessen, und nachfolgend wird in einem Bestimmungs-Schritt die
Größe der Phasenverschiebung Δϕ bestimmt.
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Vor
der weiteren Auswertung werden die gemessenen Spannungs- und Stromsignale
U,I zunächst
bearbeitet, und zwar durch Umwandlung in Rechtecksignale U' bzw. I'. Diese Signale sind
in der rechten Hälfte
von 1 in einem oberen und unteren Diagramm dargestellt.
Im einzelnen geschieht die Umwandlung des Spannungs-Signals U in
das Rechtecksignal U' durch
einen Optokoppler, der das analoge Sinus-Spannungs-Signal U in ein
digitales Rechtecksignal wandelt. Gleichzeitig wird hierdurch eine
Potentialtrennung zwischen der Motorspannung und einem nachgeschalteten
Microcontroller hergestellt, der zur Auswertung dient. Zur Umwandlung des
Sinus-Stromsignals I in das Rechtecksignal I' wird der Motorstrom über einen
Shunt als Meßwiderstand
geleitet, und die Meßspannung
wird durch einen Operationsverstärker
in ein Rechtecksignal gewandelt. Die Potentialtrennung wird auch
in diesem Fall durch einen nachgeschalteten Optokoppler gewährleistet.
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In 2 sind
diese bearbeiteten Signale U',I' gemeinsam dargestellt.
Die Abszisse entspricht auch in diesem Fall der Zeit t, während die
Ordinate der Amplitude der Signale entspricht. Im Normalbetrieb der
Pumpe, in dem diese vollständig
mit Wasser gefüllt
ist, tritt eine bestimmte Phasenverschiebung Δϕ1 auf. Wird dem Wasserkreislauf
in einer Spülmaschine
Wasser entzogen, so daß das
durch die Synchronpumpe geförderte
Wasservolumen abnimmt, wächst
die Phasenverschiebung Δϕ2
zwischen Spannungs- und Stromsignal U',I' deutlich
an, sobald ein bestimmter Wasserstand unterschritten wird. Diese
Vergrößerung der
Phasenverschiebung kann in einem Bestimmungs-Schritt, der dem zuvor beschriebenen
Meß-Schritt
nachfolgt, bestimmt werden, und durch Messung an verschiedenen Zeitpunkten
kann der zeitliche Verlauf der Phasenverschiebung Δϕ ermittelt
werden. Ferner ist es möglich,
den Verlauf der Phasenverschiebung zu analysieren und auf charakteristische
Merkmale hin zu untersuchen, wie im folgenden noch näher dargestellt
werden soll. Ein bestimmtes Merkmal, also z.B. die Größe eines
bestimmten Parameters des zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung Δφ wird in
einem Zuordnungs-Schritt, der dem Bestimmungs-Schritt folgt, einem
vorbestimmten Pumpen-Betriebszustand zugeordnet. Diese Zuordnung
kann auch beinhalten, dass das Merkmal einem vorbestimmten Merkmals-Wertebereich
zugeordnet, d.h. klassifiziziert wird, der mit einem Pumpen-Betriebszustand
verknüpft
ist.
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Das
Blockdiagramm in 3 zeigt funktionelle Bestandteile
einer Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens. Ein Microcontroller 10 umfasst einen
Timer 12 mit einem Spannungs-Eingang 14 und einem
Strom-Eingang 16. Der Spannungs-Eingang 14 dient
zur Aufnahme des Rechteck-Spannungs-Signals U', während
der Strom-Eingang 16 zur Aufnahme des Strom-Rechtecksignals
I' dient. Die Rechtecksignale
sind zu diesem Zweck an den Pegel des Microcontrollers 10 angepaßt. Die steigende
Flanke des Spannungs-Signals U' dient
als Start-Signal für
den Timer 12, während
die steigende Flanke des Strom-Signals I' als Stop-Signal dient. Der Inhalt des
Timers 12, der in einem Speicher 18 des Microcontrollers 10 gespeichert
wird, ist proportional zum zeitlichen Abstand zwischen Start-Signal und
Stop-Signal und damit proportional zur Phasenverschiebung Δϕ zwischen
diesen Signalen.
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Der
Speicher 18 kann eine Anzahl von Speicherplätzen umfassen,
die zur Speicherung einer Abfolge von Speicherinhalten dienen. Auf
diese Weise lässt
sich ein zeitlicher Verlauf der Phasenverschiebung Δϕ über die
Zeit t hinweg bestimmen. Es ist also möglich, innerhalb eines bestimmten
Zeitfensters Δt eine
Anzahl von Phasenverschiebungs-Messungen durchzuführen, wobei
jede Messung einem Speicherinhalt an einer Speicherstelle des Speichers 18 entspricht.
Anschließend
werden diese Messwerte mit Hilfe eines Software-Moduls 20 des
Microcontrollers 10 einer gleitenden Mittelung unterzogen.
Das Resultat ist ein geglätteter
zeitlicher Verlauf der Phasenverschiebung Δφ, der auf bestimmte Merkmale
bzw. Parameter hin untersucht werden kann. Die gleitende Mittelung
bietet den Vorteil, daß die
Auswirkungen von Meßfehlern
gedämpft
werden. Außerdem
kann auf diese Weise die Analyse der charakteristischen Merkmale
des Phasenverschiebungsverlaufs nach jedem neuen Meßvorgang
durchgeführt
werden.
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Die
Vorrichtung kann ferner eine Schnittstelle zur Übermittlung betriebszustandsbezogener
Daten an eine Steuer- oder Regeleinheit des Wasserkreislaufs umfassen,
wie beispielsweise eine Hardware-Schnittstelle des Microcon trollers 10 zur
Kommunikation mit einem externen Steuermodul. Dient der Microcontroller 10 selbst
zur Regelung des Wasserkreislaufs, so wird die Kommunikation intern durch
eine Software-Schnittstelle zum Datenaustausch zwischen den jeweils
zuständigen
Software-Modulen realisiert.
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Zeitliche
Verläufe
der Phasenverschiebung Δφ über die
Zeit t entsprechend verschiedenen Betriebszuständen der Synchronpumpe sind
in den 4 bis 7 dargestellt. Die gezeigten
Kurven werden aus einer großen
Anzahl von Messwerten gewonnen, die Speicherstellen des Speichers 18 entsprechen
und durch das Softwaremodul 20 in der oben beschriebenen
Weise bearbeitet worden sind. 4 zeigt
die Anlaufphase der Synchronpumpe. In einem ersten Zeitbereich t1
kommt es zu einem kurzzeitigen Anstieg der Phasenverschiebung. Der
zeitliche Verlauf in diesem Bereich t1 zeigt ferner hochfrequente
Signalanteile. In dem darauf folgenden Zeitbereich t2 stellt sich
eine relativ kleine, konstante Phasenverschiebung ohne hochfrequente
Signalanteile ein. Dies entspricht einem ordnungsgemäßen Betrieb
der Pumpe bei einem ausreichenden Wasservolumen im Kreislauf, entsprechend
beispielsweise einem ausreichend hohen Wasserstand in einer Spülmaschine.
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Hingegen
zeigt 5 den zeitlichen Verlauf der Phasenverschiebung Δφ beim Abpumpen
des Wassers, wobei Luft in das Pumpengehäuse gelangt. Ein erster Zeitbereich
der Kurve t2 entspricht dem bereits in 4 dargestellten
ordnungsgemäßen Betrieb
der Pumpe bei ausreichend hohem Wasserstand. Die Phasenverschiebung Δϕ ist
in diesem Zeitbereich t2 relativ klein. Gelangt jedoch zusätzlich Luft
in das Pumpengehäuse,
so dass ein Luft-Wasser-Gemisch vorliegt, steigt die Phasenverschiebung Δφ in diesem
Zeitbereich t3 sehr schnell an und es stellen sich hochfrequente
Signalanteile ein. Dieser Verlauf im Zeitbereich t3 zeigt sich auch
dann, wenn dem Wasserkreislauf eine kleinere Menge Wasser (z.B.
durch einen umgekippten Topf) entzogen wird.
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Entleert
sich das Pumpengehäuse
im Zeitbereich t4 allmählich,
so steigt die Phasenverschiebung von dem in t3 gehaltenen annähernd konstanten Wert
allmählich
an, bis schließlich
im Zeitbereich t5 ein konstanter hoher Phasenverschiebungs-Wert
erreicht wird, der einer vollständigen
Entleerung des Pumpengehäuses
entspricht. Dieser Fall tritt ein, wenn dem Kreislauf das Wasser
vollständig
entzogen worden ist.
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Wie 5 zu
entnehmen ist, entsprechen verschiedene Betriebszustände der
Pumpe verschiedenen zeitlichen Verläufen der Phasenverschiebung Δϕ.
Dies bietet die Möglichkeit,
aus der Untersuchung der Phasenverschiebung auf den jeweiligen Betriebszustand
zu schließen.
Insbesondere ist es möglich,
bestimmte Parameter des zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung Δϕ und
deren Größe an bestimmten
Punkten zu untersuchen, wie etwa die Steigung der ermittelten Kurve.
Betrachtet man beispielsweise den Zeitbereich t4 in 5,
so zeigt sich hier ein näherungsweise
linearer Anstieg der Phasenverschiebung Δϕ mit der Zeit t. Bestimmt
man die Steigung S1 an einem bestimmten Zeitpunkt, so lässt sich
diese Steigung S1 einem bestimmten Betriebszustand der Pumpe zuordnen,
wie etwa im vorliegenden Fall einer allmählichen Entleerung des Pumpengehäuses. Im
Zuordnungs-Schritt wird dann die Größe der Steigung S1 einem vorbestimmten
Steigungs-Wertebereich zugeordnet, d.h. klassifiziert, der mit einem
Pumpen-Betriebszustand verknüpft
ist.
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Eine
weitere Möglichkeit
besteht darin, auf die Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung
einen Transformations-Schritt folgen zu lassen, in dem der zeitliche
Verlauf der Phasenverschiebung einer Fourier-Transformation unterzogen wird. Dies
dient dazu, die im Signalverlauf enthaltenen Frequenzen zu untersuchen,
da diese Aufschluss auf ein bestimmtes Betriebsverhalten geben. Beispielsweise
sind im Zeitbereich t3 bei einem Vorliegen eines Luft-Wasser-Gemischs
im Pumpengehäuse
hochfrequente Signalanteile enthalten, die im Normalbetrieb nicht
auftreten, so dass das Auftreten solcher Frequenzanteile ein klares
Indiz für
eine Fehlfunktion des Systems ist. Es wird daher die Amplitude der
Fourier-Transformierten in einem vorbestimmten Frequenzbereich bestimmt,
und in dem Zuordnungsschritt wird die bestimmte Amplitude einem vorbestimmten
Amplituden-Wertebereich zugeordnet, der mit einem Pumpen-Betriebszustand
verknüpft
ist. Beispielsweise werden im vorliegenden Fall die hohen Frequenzanteile
beim Vorliegen eines Luft-Wasser-Gemischs im Pumpengehäuse in einen vorbestimmten
Amplituden-Wertebereich fallen, so dass eine eindeutige Klassifizierung
der zuvor bestimmten Amplitude der Fourier-Transformierten möglich ist.
Bei der Fourier-Transformation kann es sich um eine diskrete Fourier-Transformation
(DFT) oder um die spezielle Form der DFT, die sogenannte Fast-Fourier-Transformation (FFT)
handeln, die vom Softwaremodul 20 des Microcontrollers 10 rechnerisch
durchgeführt
werden kann.
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Im
folgenden sollen weitere charakteristische Signalverläufe beschrieben
werden.
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6 zeigt
den zeitlichen Verlauf der Phasenverschiebung Δϕ im Fall von Filterverschmutzungen,
die einen ausreichenden Zustrom im Pumpen-Vorlauf behindern. Ausgehend
vom normalen Pumpenbetrieb im Zeitbereich t2 kommt es hier zu einer
kontinuierlichen Filterverschmutzung, die zu einem allmählichen
Anstieg der Phasenverschiebung Δϕ führt, bis
der Filter vollständig
verstopft ist (Zeitbereich t7) und die Phasenverschiebung einen
sehr hohen, konstanten Wert erreicht. Die Steigung S2 im Zeitbereich
t6 bietet somit einen Anhaltspunkt für das Vorliegen einer kontinuierlichen
Filterverschmutzung. Zur Diagnose dieses Betriebszustands wird also
in der zuvor beschriebenen Weise im Bestimmungs-Schritt die Größe der Steigung
S2 des ermittelten zeitlichen Verlaufs der Phasenverschiebung Δϕ bestimmt,
und im Zuordnungs-Schritt wird die bestimmte Größe der Steigung S2 einem vorbestimmten
Steigungs-Wertebereich zugeordnet, der im vorliegenden Fall dem
Betriebszustand einer kontinuierlichen Filterverschmutzung entspricht.
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Die
vollständige
Verschmutzung des Filters (Zeitbereich t7) kann auch schlagartig
auftreten, wenn ein Fremdkörper
in den Filter gelangt. Dieser Fall ist in den Zeitbereichen t8 und
t9 dargestellt. Während
zur Zeit t8 ein normaler, ordnungsgemäßer Pumpenbetrieb mit kleiner
Phasenverschiebung Δϕ vorliegt,
steigt in dem Fall, in dem der Fremdkörper in den Filter gelangt,
die Phasenverschiebung schlagartig an, so dass eine sehr hohe konstante
Phasenverschiebung im Zeitbereich t9 erreicht wird. Beide Betriebszustände lassen
sich mit Hilfe eines der oben beschriebenen Diagnose-Verfahren feststellen.
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Schließlich ist
in 7 ein Fall dargestellt, in dem sich der Synchronmotor
der Pumpe in einem seiner beiden Totpunkte befindet und nicht anläuft. Auch
dieser Betriebszustand ist diagnostizierbar, da das Phasenverschiebungs-Signal
in diesem Fall einen sehr hohen konstanten Wert erreicht, ohne dass hochfrequente
Signalanteile vorhanden sind. Beispielsweise bietet hier das Fehlen
hochfrequenter Signalanteile eine Möglichkeit zur Diagnose, in
dem die oben beschriebene Fourier-Transformation durchgeführt wird
und der Verlauf der Amplitude der Fourier-Transformierten untersucht
wird.
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Das
Flussdiagramm in 8 zeigt zusammenfassend einzelne
Schritte des Verfahrensablaufs. In dem Meß-Schritt 30 werden
zunächst
die am Motor anliegende Wechselspannung U und der Motor-Wechselstrom
I gemessen und in Rechteck-Signale U',I' umgewandelt.
Im anschließenden
Bestimmungs-Schritt 32 wird die Größe der Phasenverschiebung Δϕ zwischen
der Wechselspannung U' und
dem Wechselstrom I' bestimmt,
und es wird eine Ermittlung des zeitlichen Verlaufs sowie eine gleitende
Mittelung durchgeführt.
Außerdem
kann in diesem Bestimmungs-Schritt 32 ein Parameter der
ermittelten Kurve untersucht werden, also z.B. die Größe der Steigung.
Der nachfolgende Zuordnungs-Schritt 34 dient dann dazu,
das bestimmte Merkmal, also z.B. die Steigung der Kurve zu klassifizieren,
d.h. einem vorbestimmten Wertebereich zuzuordnen, der mit einem
Pumpen-Betriebszustand verknüpft
ist, der einer Fehlfunktion der Synchronpumpe entsprechen kann.
Wahlweise ist es möglich,
daß der
Bestimmungs-Schritt 32 den oben erwähnten Transformations-Schritt zur Frequenzanalyse
mittels Fouriertransformation umfaßt und im Zuordnungs-Schritt 34 die
Amplitude der Fouriertransformierten klassifiziert wird. Vier solcher
zuzuordnender Betriebszustände 36,38,40,42 sind
auf der rechten Seite in 8 dargestellt, nämlich das
erfolgreiche Anlaufen der Synchronpumpe, das Ansaugen von Luft bei
einem Wasserniedrigstand, das Nicht-Fördern der Pumpe bei einer Filterverstopfung
und das Nicht-Anlaufen der Pumpe.
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Das
erfindungsgemäße Diagnoseverfahren sowie
die entsprechende Vorrichtung eignen sich insbesondere zum Einsatz
in Spülmaschinen,
sind jedoch nicht hierauf beschränkt.
Die Erfindung ist ohne weiteres auch im Zusammenhang mit Flüssigkeitskreisläufen anderer
Art verwendbar, bei deren Betrieb bestimmte Betriebszustände der
Synchronpumpe festgestellt und Fehlfunktionen diagnostiziert werden
sollen.