Verfahren und Anordnung zum energiesparenden Betrieb von Spülmaschinen
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung, mittels deren der Betrieb von Spülmaschinen energiesparender gestaltet werden kann. Insbesondere soll die Erfindung einen energiesparenden Betrieb von Mehrtankgeschirrspülmaschinen mit Spülzonen, Klar¬ spülzone und Trocknungszone ermöglichen.
Stand der Technik
Bekannte Maschinen, wie beispielsweise die in der DE 44 36 359 C2 beschriebene Ge¬ schirrspül- und Trockenanlage, haben typischerweise für die einzelnen Verbraucher, also für die einzelnen Zonen, Heizungen installiert. Diese Heizungen sind ausreichend, um den jeweils ungünstigsten Energiebedarf zu decken. Ungünstigster Energiebedarf ist dabei die¬ jenige Energiemenge, welche bei der Nennleistung der Maschine benötigt wird.
Die Heizleistungen der einzelnen Zonen sind, je nach eingesetztem Verfahren, unterschied- lieh. Die installierten Heizleistungen werden jeweils abhängig vom aktuellen Energiebe¬ darf ein- und ausgeschaltet. Die Addition der Heizleistungen, die bei der Nennleistung be¬ nötigt werden, ergibt den jeweils maximalen Anschlusswert.
In Figur 1 ist exemplarisch eine dem Stand der Technik entsprechende Mehrtankgeschirr- Spülmaschine 110 dargestellt. Bei diesen Geschirrspülmaschinen wird Spülgut 9 im Ein- lauf 1 auf eine Transporteinrichtung 11 aufgegeben und dann in Richtung 10 durch die
Zonenvorreinigung 2, Hauptreinigung 3, Pumpenklarspülung 4, Frischerwasserklarspülung
5, Wärmerückgewinnung 6, Trockenzone 7 und den Auslauf 8 transportiert.
In den Zonen 2, 3, 4 wird nach dem Einschalten der Maschine 110 die jeweilige Reiniger- lösung in den Tanks 13, 17, 21 bereitgestellt und mit Heizungen 14, 18, 22 auf Betriebs-
temperatur gebracht. Die Maschine ist betriebsbereit, nachdem in den Tanks 13, 17, 21 jeweils voreingestellte Sollwerttemperaturen erreicht sind.
Der Transport kann dann eingeschaltet werden, wobei Spülgut 9 auf die Transporteinrich- tung 11 gesetzt wird und anschließend durch die Zonen 1 bis 8 transportiert wird. Dabei wird das Spülgut 9 über Pumpen 15, 19, 23 und über die Spülsysteme 16, 20, 24 mit ent¬ sprechenden Reinigungslösungen beaufschlagt und gereinigt.
Das Spülgut 9 wird in der Frischwasserklarspülung 5 über ein Spritzsystem 28 mit Frisch- wasser beaufschlagt, welches zuvor über einen Wärmetauscher 29 und ein Heizelement 26 erwärmt wurde. Dabei werden Reste der Reinigungslösungen abgewaschen. Im Wärmetau¬ scher 29 wird Frischwasser über warme Abluft 31 der Spülmaschine 110 vorgewärmt. Das Frischwasser wird anschließend in einem Heizelement 26 weiter erwärmt, um anschlie¬ ßend dem Spritzsystem 28 zugeführt zu werden.
Das Spülgut 9 wird nach Klarspülung in Zone 5 anschließend in der Trockenzone 7 über ein Gebläse 32 und eine Heizung 33 mit heißer Luft 34 beaufschlagt und dadurch getrock¬ net. Das gereinigte, klargespülte und getrocknete Spülgut 9 kann anschließend im Auslauf 8 der Spülmaschine 110 entnommen werden.
In Tabelle 1 sind beispielhaft typische Leistungen von Verbrauchern der dargestellten Ma¬ schine 110 aufgelistet. Dabei sind zur Vereinfachung nur Leistungen der Heizelemente 14, 18, 22, 26 und 33 aufgeführt. Nicht berücksichtigt sind in diesem vereinfachtem Beispiel die benötigten Leistungen der Pumpen 15, 19 und 23, mit welchen die Spritzsysteme 16, 20 und 24 beaufschlagt werden, sowie die benötigte Antriebsleistung für den Antrieb der Transporteinrichtung 11, das Abluftgebläse 30, das Gebläse der Trockenzone 32 sowie weiterer, nicht dargestellter Verbraucher. Der Anschlusswert für die Heizelemente in die¬ sem dem Stand der Technik entsprechenden Beispiel ergibt eine Gesamtleistung von 47 kW.
In der Phase des Aufheizens der Tanks 13, 17 und 21 sind typischerweise lediglich die Heizungen 14, 18 und 22 eingeschaltet. Dies ergibt in der Aufheizphase (Startphase) eine Leistung von 12 + 9 + 3 = 24 kW. Die Heizelemente 26 und 33 sind dabei typischerweise nicht eingeschaltet. Mit diesen 24 kW ergibt sich eine typische Aufheizzeit für die Tanks 13, 17 und 21 und somit eine bestimmte vorgegebene Zeit bis zur Erreichung der Betriebs¬ bereitschaft der Spülmaschine 110.
Während der Betriebsphase werden dann die Heizungen 26 und 33 mit einer zusätzlichen Heizleistung von 18 bzw. 9 kW zusätzlich eingeschaltet für die Erwärmung des Frischwas¬ sers und der Trocknungsluft. In dieser Betriebsphase werden dann alle Heizelemente 14, 18, 22, 26 und 33 ein- bzw. ausgeschaltet, abhängig davon ob die jeweiligen vorgegebenen Solltemperaturen in diesen Zonen erreicht sind oder nicht. Bei einem Unterschreiten von vorgegebenen Solltemperaturen stehen jeweils nur die installierten Leistungen zum Nach¬ heizen zur Verfügung. Typischerweise werden die Heizleistungen der Heizelemente 14, 18, 22, 26 und 33 zu unterschiedlichen Zeitpunkten ein- und ausgeschaltet.
Spülmaschinen der beschriebenen Art weisen zahlreiche Nachteile auf, welche meist dar¬ aus resultieren, dass der Betrieb derartiger Spülmaschinen energetisch sehr unwirtschaft¬ lich ist. Diese Nachteile hängen insbesondere damit zusammen, dass die zugeführte elekt¬ rische Leistung einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreiten darf. Dieser Maxi¬ malwert bestimmt insbesondere die Auslegung der elektrischen Zuleitungen und der Elekt- ronik. Die einzelnen Verbraucher der Spülmaschine werden in der Regel unabhängig von¬ einander dem jeweiligen Bedarf angepasst, so dass im ungünstigsten Fall alle Verbraucher auf höchster Leistung betrieben werden. Typischerweise werden Verbraucher dabei so betrieben, dass diese entweder ausgeschaltet oder eingeschaltet auf einem vorgegebenen Leistungsniveau betrieben werden. Der Maximalwert der gesamten zugeführten Leistung muss also diesem „worst case" angepasst sein, in welchem alle Verbraucher auf höchstem Leistungsniveau betrieben werden.
Weiterhin erweisen sich Spülmaschinen der beschriebenen Art häufig als sehr langsam und schwerfällig, insbesondere in der Startphase bis zum Erreichen der Betriebsbereitschaft. Dies hängt insbesondere damit zusammen, dass kritische Heizelement, welche beispiels¬ weise ein Erreichen einer Betriebstemperatur in den Tanks 13, 17 und 21 steuern sollen, nur mit einer jeweils vorgegebenen Maximalleistung betrieben werden können, welche sich aus dem oben genannten „worst case" Szenario ergeben.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mittels derer der Betrieb von Spülmaschinen energiesparender und flexibler gestaltet werden kann.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilweise Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Es wird ein Verfahren zum energiesparenden Betrieb einer Spülmaschine, insbesondere zum Spülen von Geschirr oder medizinischen Geräten vorgeschlagen, sowie jeweils eine
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens in einer der dargestellten Ausgestaltungen.
Bei der Spülmaschine kann es sich insbesondere um eine Mehrtankspülmaschine handeln.
Die im Folgenden aufgeführten Verfahrensschritte müssen nicht notwendigerweise in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden. Auch weitere, nicht aufgeführte Verfah- rensschritte können durchgeführt werden. Für die Nummerierung der Verfahrensschritte wird auf Figur 2 Bezug genommen.
Die Spülmaschine soll eine Gesamtanzahl N > 2 von elektrischen Verbraucherelementen aufweisen. Bei diesen Verbraucherelementen kann es sich beispielsweise, wie oben bereits beschrieben, um Heizelemente, um Pumpenelemente, um Gebläse oder um Antriebsele¬ mente handeln. Auch weitere Verbraucherelemente können eingeschlossen sein, beispiels¬ weise Energieversorgungen von Steuergeräten oder Computern.
Dabei wird einer Gruppe von n elektrischen Verbraucherelementen wird eine maximale elektrische Gesamtleistung pmax zugewiesen (Schritt 210 in Figur 2), wobei n eine natürli¬ che Zahl ist mit n > 1. Weiterhin soll n kleiner oder gleich der Gesamtanzahl N der elektri¬ schen Verbraucherelemente der Spülmaschine sein: n < N. Es können also alle oder auch nur einige der Verbraucherelemente der Spülmaschine in das Verfahren einbezogen sein.
Weiterhin wird jedem elektrischen Verbraucherelement i der Gruppe von n elektrischen Verbraucherelementen eine endliche Anzahl mj diskreter elektrischer Leistungslevel pij zugewiesen (Schritt 220 in Figur 2). Dabei soll πii mindestens den Wert 2 annehmen. Der erste Index i der diskreten elektrischen Leistungslevels pij ist eine natürliche Zahl, welche die elektrischen Verbraucherelemente durchnummeriert und wobei gilt i £ {1, ..., n}. Mit dem zweiten Index, j, werden für einen bestimmten Verbraucher i die einzelnen Leistungs¬ level durchnummeriert. Dabei ist j ebenfalls eine natürliche Zahl, welche größer ist als Null und maximal der Wert mi annehmen kann: 0 < j < mj.
Für jedes Verbraucherelement i wird ein maximaler Leistungslevel pjmax zugewiesen, so dass pij für alle i, j maximal den Wert p;max annehmen kann. Die Summe aller maximalen
Leistungslevel pimax bildet eine sogenannte „ungünstigste Gesamtleistung" pworaf Dabei soll die maximale elektrische Gesamtleistung pmax kleiner sein als die ungünstigste Gesamtleis-
tung pworst- Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei welchem typischerweise pworst direkt unter den einzelnen Verbraucherelementen aufgeteilt wird, stellt diese Bedingung sicher, dass der gesamte Leistungsbedarf der Spülmaschine erniedrigt wird.
Weiterhin wird jedem Verbraucherelement i ein sogenannter „regulärer Leistungslevel" pi
reg zugewiesen, welcher zwischen Null und dem jeweiligen maximalen Leistungslevel pi
max liegt- Diese regulären Leistungslevel werden gerade so gewählt, dass die Summe der regulären Leistungslevel
über alle Verbraucherelemente i gerade gleich der maximalen elektrischen Gesamtleistung p
max ist. Die maximale elektrische Gesamtleistung wird also auf die einzelnen Verbraucherelemente i „aufgeteilt".
Weiterhin wird ein sogenannter „Bedarfsermittlungsschritt" durchgeführt (Schritt 230 in Figur 2). Dabei wird, abhängig von einem Betriebszustand B der Spülmaschine, eine opti¬ male Kombination von Leistungslevels pij(B) gewählt, wobei für jedes Verbraucherele- ment i das gewählte Leistungslevel Pij(B) dem Leistungsbedarf des Verbrauchers i im Be¬ triebszustand B angepasst ist.
Ein Betriebszustand wird dabei beispielsweise charakterisiert durch eine Betriebsphase, in der sich der Betrieb der Spülmaschine gerade befindet (z. B. Startphase, Einschaltphase, Lastregelungsphase) oder, beispielsweise zusätzlich, durch entsprechende Betriebsparame¬ ter oder Betriebszustandsvariablen, beispielsweise durch Messwerte bestimmter Sensoren in der Spülmaschine (z. B. Temperatursensoren, Durchflusssensoren, Drucksensoren). So kann beispielsweise jeder Betriebszustand B charakterisiert sein durch eine Betriebspha¬ senvariable F und/oder eine Mehrzahl von Betriebszustandsvariablen, wobei die Betriebs- phasenvariable F mindestens drei diskrete Werte F1, F2, F3 annehmen kann. Dabei be¬ zeichnet Fi eine Startphase des Betriebes der Spülmaschine, F2 eine Einschaltphase des Betriebes der Spülmaschine bezeichnet und F3 eine Lastregelungsphase des Betriebes der Spülmaschine.
Beim Bedarfsermittlungsschritt kann beispielsweise in einer Startphase bestimmten Heiz¬ elementen stärke Leistung zugeführt werden als in einer späteren Betriebsphase. Außerdem werden die Leistungslevel pij(B) so gewählt, dass die Summe aller Leistungslevel pij(B) maximal den Wert pmax einnimmt. Das Verfahren wird dabei im Idealfall so durchgeführt, dass diese Summe gerade wieder den Wert praax erreicht oder nur wenig unterschreitet, so dass die gesamte zur Verfügung stehende Leistung optimal genutzt wird. Somit ist sicher¬ gestellt, dass, wie im Stand der Technik auch, jedes Heizelement bei Bedarf mit seiner maximal zulässigen Leistung betrieben wird.
Im Gegensatz zum Stand der Technik werden dabei jedoch andere, zur Zeit weniger benö¬ tigte Verbraucherelemente, mit einer entsprechend geringeren Leistung beaufschlagt. Die Leistung wird also, gesteuert durch den jeweiligen Bedarf, entsprechend auf die diskreten Leistungslevel pij der einzelnen Verbraucherelemente verteilt, wobei jeweils die Gesamt¬ summe der Leistungen möglichst hoch ist und wobei die augenblicklich am stärksten benö¬ tigten Verbraucher mit der größtmöglichen Leistung beaufschlagt werden. Dabei können auch Prioritäten voreingestellt werden, also beispielsweise dass bestimmten Heizelementen in der Spülmaschine, insbesondere bestimmten, Wasser in einem oder mehreren Wasser- tanks und/oder Wasserkreisläufen aufheizenden Heizelementen, zunächst eine größtmögli¬ che Leistung zugeteilt werden soll, bevor andere, niedriger priorisierte Elemente beauf¬ schlagt werden.
In der Praxis kann die Umsetzung der bedarfsabhängigen Zuteilung elektrischer Leistun- gen beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Computer zur Steuerung eingesetzt wird. So können beispielsweise bestimmte Szenarien (Betriebszustände, Wertebereiche von Be- triebszustandsvariablen) in einem elektronischen Speicher hinterlegt sein, beispielsweise in einer elektronischen Tabelle oder Lookup-Table. Jedem möglichen Szenario bzw. Be¬ triebszustand B kann dann durch einfaches Auslesen der elektronischen Tabelle ein opti- maier Satz von Leistungslevels zugeordnet werden, so dass die Summe dieser zugeordne¬ ten Leistungslevels die maximal zulässige Gesamtleistung pmax möglichst erreicht bzw. diese nur möglichst wenig unterschreitet.
Die festen Leistungslevels lassen sich in der Praxis beispielsweise dadurch erzielen, dass in einzelnen elektrischen Versorgungen der einzelnen Verbraucherelemente bereits feste
Leistungslevels vorgesehen sind, zwischen welchen lediglich umgeschaltet werden muss.
So lassen sich beispielsweise bestimmte Spannungsteiler einsetzen mit fest vorgegebenen
Teilerstufen. Aufwändige und teure analoge Regler können dann entfallen. Alternativ und/oder zusätzlich kann auch eine softwaretechnische Lösung eingesetzt werden oder auch analoge Leistungsregler.
In der Praxis hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn auch die Leistung Null eingesetzt werden kann, also wenn für jedes Verbraucherelement ein Leistungslevel existiert, bei dem das Verbraucherelement mit keiner elektrischen Leistung beaufschlagt wird. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn für jedes Verbraucherelement genau drei Leis¬ tungslevel vorgesehen sind, insbesondere Null, pireg und pimax. Diese einfache Ausgestal-
tung ist schaltungstechnisch besonders einfach zu realisieren und weist bereits alle Vorteile der Erfindung auf.
Nachdem so für den jeweiligen Betriebszustand die optimale Kombination an Leistungsle- vels ermittelt worden ist, wird jeder Verbraucher i mit der jeweils für ihn ermittelten Leis¬ tung beaufschlagt (Schritt 240 in Figur 2). Dabei ist zu beachten, dass die Zuteilung der Leistung in der Praxis mit hoher Wahrscheinlichkeit nie vollständig exakt dem jeweiligen Sollwert entspricht, sondern dass, bedingt beispielsweise durch technische Toleranzen (z. B. Toleranzen elektronischer Bauteile), leichte Abweichungen auftreten können. Vorteil- hafter Weise betragen jedoch die Abweichungen der Leistungslevel, mit denen die Verbraucher tatsächlich beaufschlagt werden, vom jeweiligen Sollwert nicht mehr als 10%, vorzugsweise sogar nicht mehr als 5%.
Das beschriebene Verfahren, bei dem die zugeführte elektrische Maximalleistung nicht durch die Summe der maximalen Einzelleistungen, sondern durch die Summe der „norma¬ len" Leistungen bestimmt ist, bietet gegenüber herkömmlichen Verfahren eine Reihe von Vorteilen. Insbesondere lässt sich durch das beschriebene Verfahren typischerweise Leis¬ tung von typischerweise 20-30% einsparen, was sich gerade in Großbetrieben wirtschaft¬ lich stark bemerkbar macht.
Weiterhin beeinflusst das beschriebene Verfahren auch die Funktionalität der Spülmaschi¬ ne teilweise erheblich. So kann nach dem beschriebenen Verfahren insbesondere die Start¬ phase oder Aufheizphase, also die Phase nach Inbetriebnahme der Spülmaschine bis zur tatsächlichen Einsatzbereitschaft, erheblich verkürzt werden. Dies bewirkt nicht nur eine erhöhte Benutzerfreundlichkeit, sondern verringert wiederum auch den gesamten Energie¬ bedarf, da die Startphase trotz Bedarfs an elektrischer Energie wirtschaftlich nicht sinnvoll genutzt werden kann.
Das oben beschriebene Verfahren lässt sich durch eine Reihe vorteilhafter Ausgestaltungen erweitern, wobei stets die oben beschriebenen Relationen zwischen den einzelnen Kenn¬ größen, insbesondere zwischen den verschiedenen Leistungen der einzelnen Verbraucher¬ elemente beachtet werden sollen. Dies bedeutet insbesondere, dass die Gesamtsumme der zugewiesenen Leistungen der einzelnen Verbraucher nicht die zulässige Gesamtleistung pmax überschreiten soll.
So wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Spülmaschine zunächst gestartet, wodurch eine Startphase markiert wird. Anschließend wird mindestens eine
Temperatur mindestens einer Spülflüssigkeit, insbesondere eine Temperatur von Wasser in mindestens einem Wassertank und/oder Wasserkreislauf, erfasst. Dies kann insbesondere mittels eines oder mehrerer Temperatursensoren erfolgen.
Die mindestens eine Spülflüssigkeit wird dann mittels mindestens eines Heizelementes aufgeheizt, wobei das jeweilige aufheizendes Heizelement (welches das Verbraucherele¬ ment 1 mit I E -[ I, ..., n} darstellt) mit dem diesem Heizelement zugeordneten maximalen Leistungslevel plmax betrieben wird. Den für die Startphase benötigten Aufheizelementen wird also anfänglich die größtmögliche elektrische Leistung zugeführt. Damit die Gesamt- summe der einzelnen Leistungen der Verbraucherelemente jedoch nicht die maximale zu¬ lässige Gesamtleistung pmax überschreitet, muss entsprechend die Leistung mindestens ei¬ nes weiteren, in der Startphase weniger stark benötigten Verbraucherelements, gesenkt werden. Es wird also mindestens ein von dem Heizelement 1 verschiedenes Verbraucher¬ element q mit q G {1, ..., n} und q ≠ 1 mit einer niedrigeren Leistung als dem diesem Verbraucherelement q zugeordneten regulären Leistungslevel pqreg betrieben. Dabei kann es sich beispielsweise um das Leistungslevel pqreg = 0 handeln, also ein vollständiges Ab¬ schalten des weniger benötigten Verbraucherelements.
Sobald die mindestens eine Temperatur der mindestens einen Spülflüssigkeit einen vorge- gebenen Sollwert erreicht oder überschritten hat, wird dann eine Einschaltphase gestartet. In dieser Einschaltphase wird dann zunächst die Leistung aller Verbraucherelemente i auf die jeweils zugeordneten regulären Leistungslevel p^g gesetzt.
Infolge beispielsweise von verschiedenen Störungen oder Umwelteinflüssen kann es je- doch im Betrieb der Spülmaschine zu Störungen kommen, bei denen beispielsweise be¬ stimmte Temperaturen in verschiedenen Bereichen einen vorgegebenen Sollwert unter¬ schreiten. In einer vorteilhaften Weiterbildung wird daher mindestens eine Betriebszu- standsvariable erfasst, wobei es sich, wie oben bereits erwähnt, beispielsweise um die Messwerte verschiedener Sensoren handeln kann.
Mindestens einer Betriebszustandsvariablen wird ein Sollwert zugeordnet. Dabei kann es sich beispielsweise um voreingestellte Sollwerte, beispielsweise in einem Datenspeicher oder in einer elektronischen Tabelle gespeicherte Sollwerte handeln, oder auch um von einem Benutzer beeinflussbare Sollwerte. So kann beispielsweise ein Benutzer während des Betriebes der Maschine bestimmte Sollvorgaben ändern, beispielsweise die Tempera¬ tur in bestimmten Bereichen der Maschine, wodurch der Betrieb der Spülmaschine beein¬ flussbar ist.
Wird festgestellt (beispielsweise durch einen einfachen Komparator), dass der Wert der mindestens einen Betriebszustandsvariablen um mehr als eine vorgegebene Toleranz von dem jeweils zugehörigen Sollwert abweicht, wird eine Lastregelungsphase gestartet. Diese Lastregelungsphase kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass mindestens ein die ent¬ sprechende abweichende Betriebszustandsvariable beeinflussendes Verbraucherelement r mit r G {1, ..., n} mit einer von ihrem regulären Leistungslevel pneg abweichenden Leis¬ tung betrieben wird.
So kann beispielsweise, wenn in einem Flüssigkeitstank eine zu niedrige Temperatur fest¬ gestellt wird, ein Heizelement, welches die Flüssigkeit in diesem Tank aufheizt, vorüber¬ gehend mit einer erhöhten Leistung, beispielsweise mit der zugehörigen maximalen Leis¬ tung pimax, betrieben werden. Wie oben beschrieben, muss dabei selbstverständlich die Leistung mindestens eines weiteren Verbraucherelements herabgesetzt werden, damit die Gesamtsumme der Leistungen wiederum die maximale Gesamtleistung pmax nicht über¬ schreitet. Wiederum kann diese Zuordnung von Leistungen beispielsweise dadurch erfol¬ gen, dass ein entsprechender Satz von Leistungslevels für dieses Szenario in einer elektro¬ nischen Tabelle hinterlegt ist.
Dieser Lastregelungsbetrieb wird solange aufrechterhalten, bis die mindestens eine Be- triebszustandsvariable wieder einen um nicht mehr als die vorgegebene Toleranz von ih¬ rem Sollwert abweichenden Wert annimmt.
Ferner gehört zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm, das bei Ablauf auf ei- nem Computer oder Computer-Netzwerk das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen ausführt.
Weiterhin gehört zum Umfang der Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcode- Mitteln, um das erfindungsgemäße Verfahren in einer seiner Ausgestaltungen durchzufüh- ren, wenn das Programm auf einem Computer oder Computer-Netzwerk ausgeführt wird. Insbesondere können die Programmcode-Mittel auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteran¬ sprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in
Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungs¬ beispiele beschränkt.
Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugszif- fern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hin¬ sichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:
Figur 1 eine dem Stand der Technik entsprechende Bandtransportgeschirrspülma¬ schine;
Figur 2 einen Ablaufplan einer einfachen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens;
Figur 3 eine schematische Anordnung zur Durchführung des beschriebenen Verf ah- rens mit einer Bandtransportgeschϊrrspülmaschine; und
Figur 4 eine schematische Anordnung zur Durchführung des beschriebenen Verfah¬ rens mit einer Einkammerspülmaschine.
In Figur 3 ist eine bevorzugte Anordnung dargestellt, mit welcher das oben beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann. Die Vorrichtung weist eine Durchlaufgeschirrspül¬ maschine, speziell eine Bandtransportgeschirrspiilmaschine, analog zu der in Figur 1 dar¬ gestellten Spülmaschine 110 auf. Die dargestellten Elemente entsprechen den jeweiligen Elementen den Spülmaschine 110 in Figur 1 bzw. sind diesen in ihrer Funktion gleich. Alternativ könnten auch weitere Typen von Spülmaschinen verwendet werden. Zusätzlich weist die Anordnung in Figur 3 ein Computersystem mit einer zentralen Recheneinheit 312 und einem Datenspeicher 314 (beispielsweise ein flüchtiger oder nichtflüchtiger Speicher) auf. Das Computersystem 310 ist über Hauptsteuerleitung 316 mit der Geschirrspülma¬ schine 110 verbunden, so dass alle wesentlichen Funktionen der Geschirrspülmaschine über das Computersystem 310 gesteuert werden können.
Weiterhin weist die in Figur 3 dargestellte Vorrichtung eine Mehrzahl von Temperatursen¬ soren 318 auf, welche die Temperatur in den Flüssigkeitstanks 13, 17 und 21 sowie im Luftstrom 34 des Gebläses 32 sowie an verschiedenen Stellen im Flüssigkeitssystem 28 für die Frischwasserklarspülung 28 erfassen können. Weitere Temperatursensoren sowie zu¬ sätzliche Sensoren, beispielsweise für Druck- oder Durchflussgeschwindigkeit, können an verschiedenen Stellen im System angebracht sein. Die Messdaten der Temperatursensoren
318 werden mittels einer zentralen Messdatenerfassungseinheit 320 erfasst, digitalisiert und dem Computersystem 310 zur Verfügung gestellt.
Weiterhin weist das System in diesem Ausführungsbeispiel fünf elektrische Energiequellen 322, 324, 326, 328 und 330 auf, welche die Heizelemente 14, 18, 22, 26 und 33 mit elektri¬ scher Energie versorgen. Die elektrischen Energiequellen 322, 324, 326, 328 und 330 sind jeweils mit extern steuerbaren elektrischen Leistungsreglern 332, 334, 336, 338 und 340 verbunden. Diese extern steuerbaren elektrischen Leistungsreglexn 332, 334, 336, 338 und 340 steuern die elektrische Leistung der elektrischen Energiequellen 322, 324, 326, 328 und 330 und sind ihrerseits wiederum mit dem Computersystemi 310 verbunden und über dieses steuerbar.
Neben den Heizelementen 14, 18, 22, 26 und 33 sind auch die Pumpen 15, 19 und 23 mit entsprechenden Leistungsreglern versehen, welche vom Computersystem gesteuert werden können. Diese Leistungsregler sind in Figur 3 zur Vereinfachung nicht dargestellt.
Das beschriebene Verfahren lässt sich mittels der in Figur 3 dargestellten Anordnung bei¬ spielsweise folgendermaßen durchfuhren. Die maximale Gesamtleistung pmax, auf welche das gesamte System dimensioniert ist, soll in diesem Beispiel 45 kW betragen. Zunächst werden den einzelnen Verbraucherelementen bestimmte Leistungslevels zugeordnet. Typi¬ scherweise werden diese Leistungslevels voreingestellt, wobei beispielsweise verschiedene elektrische Schaltungen, insbesondere in den extern steuerbaren I^istungsreglern 332, 334, 336, 338 und 340 sowie in den nicht dargestellten Leistungsreglern der Pumpen 15, 19 und 23 eingesetzt werden können. Gesteuert durch das Computersystem 310 kann zwischen diesen einzelnen elektrischen Schaltungen umgeschaltet werden, wodurch die jeweiligen zugehörigen Verbraucher 14, 18, 22, 26, 33, 15, 19 und 23 tn.it unterschiedlichen Leis¬ tungslevels beaufschlagt werden können.
In Tabelle 2 ist exemplarisch eine derartige Zuordnung von diskreten Leistungslevels an die einzelnen Verbraucherelemente dargestellt. In der ersten Spalte ist dabei jeweils das
Verbraucherelement mit zugehörigem Bezugszeichen bezeichnet. In der zweiten Spalte sind die jeweiligen diskreten Leistungslevel aufgeführt. Alle Leistungen sind in Kilowatt angegeben. Dabei haben in diesem einfachen Beispiel die Heizungselemente 14, 18, 22 und 26 jeweils drei Leistungslevel, nämlich pimax, pireg und p;rain. Die Pumpen 15, 19 und 23 haben in diesem Beispiel nur zwei Leistungslevel, nämlich pϊmaχ = Pireg und pim;n. Das kleinste Leistungslevel pjmj„ ist bei allen aufgelisteten Verbrauchtem in diesem Beispiel auf den Wert Null gesetzt.
In der dritten, der vierten und der fünften Spalte sind Beispiele für Leistungslevels in ver¬ schiedenen Betriebsphasen dargestellt, nämlich in der Startphase (dritte Spalte), der Ein¬ schaltphase (vierte Spalte) und der Lastregelungsphase. In der vierten Spalte sind typische Zahlenwerte dieses Beispiels nach einem herkömmlichen Steuerungsverfahren für die in Figur 3 dargestellte Spülmaschine 110 dargestellt.
In der Startphase, also unmittelbar nach Inbetriebnahme der Spülmaschine 110, müssen zunächst die Wassertanks 13, 17 und 21 auf die erforderliche Betriebstemperatur gebracht werden, bevor der Spülbetrieb der Maschine aufgenommen werden kann. Den Heizele¬ menten 14, 18 und 22 wird somit in dieser Startphase die maximale Leistung zugeteilt. Die Heizung 26 für den Durchlauferhitzer, die Trocknungsheizung 33 und die Pumpen 15, 19, 23 hingegen werden in dieser Startphase noch nicht benötigt und daher auf minimale Leis¬ tung, also in diesem Fall auf Leistung Null, gesetzt. Insgesamt errechnet sich als Gesamt- leistung für alle Verbraucher eine Leistung von 45 kW in dieser Startphase, was also genau dem vorgegebenen Maximalwert pmax entspricht. Alternativ könnte die Summe der Einzel¬ leistungen auch kleiner sein als pmax, jedoch in keinem Fall größer.
Sobald das Signal der Temperatursensoren 318 anzeigt, dass in den Tanks 13, 17 und 21 jeweils die vorgegebene und beispielsweise im Datenspeicher 314 des Computersystems 310 abgelegten Solltemperaturen erreicht sind, wird vom Computersystem 310 die Ein¬ schaltphase eingeleitet. Auch verschiedene Zwischenphasen, in denen beispielsweise die Temperatur in einzelnen Tanks bereits den Sollwert erreicht hat, in anderen jedoch noch nicht, sind denkbar.
In der Einschaltphase werden dann zunächst alle Verbraucher mit ihren regulären Leis¬ tungswerten prireg beaufschlagt. Wie sich wiederum aus der untersten Zeile der Tabelle 2 ergibt, beträgt die Summe dieser prireg regulären Leistungen auch in diesem Fall 45 kW. Wiederum könnte alternativ die Summe der Einzelleistungen auch kleiner sein, als pmax, jedoch in keinem Fall größer. In der Einschaltphase kann dann der Spülvorgang in der Spülmaschine durchgeführt werden, die Maschine ist betriebsbereit.
Stellt das Computersystem in der Einschaltphase fest, dass einer oder mehrere der erfassten Sensorwerte, beispielsweise die Messwerte einzelner Temperatursensoren 318, vorgegebe- ne (und beispielsweise wiederum im Datenspeicher 314 hinterlegte) Sollwerte uro. mehr als jeweils ebenfalls hinterlegte Toleranzwerte über- oder unterschreitet, so schaltet das Com¬ putersystem 310 in eine Lastregelphase um. Je nach Art der Abweichung können bei-
spielsweise im Datenspeicher 314 in einer oder mehreren Lookup-Tables entsprechende Handlungsanweisungen in Form von Leistungslevels für entsprechende Verbraucher hin¬ terlegt sein.
So ist als einfaches Beispiel in der fünften Spalte in Tabelle 2 ein Fall dargestellt, wie zum Beispiel auf eine erhöhte Temperatur im Vorreinigungstank 13 und eine gegenüber dem zugehörigen Sollwert zu niedrige Temperatur im Hauptreinigungstank 17 reagiert werden könnte. Die Leistung des Heizelements 14 wird entsprechend vom regulären Wert 9 kW auf den Minimalwert 0 kW gesetzt, wohingegen die Leistung des Heizelements 18 vom regulären Wert 6 kW auf den Maximalwert 15 kW erhöht wird. Wie sich auch aus der letz¬ ten Zeile der Tabelle 2 ergibt, liegt die Gesamtsumme der in diesem Fall beaufschlagten Leistungen bei 43 kW, also leicht unterhalb des zulässigen Maximalwertes von 45 kW. Es ließe sich jedoch in diesem Fall keine Leistung eines Verbraucherelements auf ein höheres Leistungslevel setzen, ohne dass die zulässige maximale Gesamtleistung pmax überschritten würde. Auch in diesem Fall ist also der zur Verfügung stehende Leistungsbereich optimal ausgenutzt.
Sobald das Computersystem 310 feststellt, dass wieder die vorgegebenen Sollwerte (bis auf entsprechende tolerierbare Abweichungen) erreicht sind, wird wieder umgeschaltet auf den regulären Einschaltbetrieb. Werden wieder Abweichungen festgestellt, so wird der beschriebene Vorgang der Lastregelung entsprechend wiederholt.
In der letzten Spalte der Tabelle 2 sind zum Vergleich noch einmal entsprechende Leis¬ tungslevel herkömmlicher Systeme verzeichnet, bei denen nur jeweils ein bestimmter Verbraucher eingeschaltet oder ausgeschaltet werden kann. Es zeigt sich, dass hier im un¬ günstigsten Fall eine Gesamtleistung von 78 kW auftreten kann, auf welche das System dimensioniert werden muss.
Analog zu dem in Figur 3 dargestellten Beispiel einer Mehrkammerspülmaschine lässt sich das Verfahren auch auf Einkammerspülmaschinen oder weitere Spülmaschinentypen über¬ tragen. Eine entsprechende Anordnung ist in Figur 4 dargestellt.
Die Anordnung weist eine Einkammerspülmaschine 410 auf, wobei es sich beispielsweise um eine frontbeschickte Einkammerspülmaschine oder eine Durchschubmaschine handeln kann. In der Einkammerspülmaschine 410 ist ein Korb 412 gehaltert zur Aufnahme von Spülgut 414. Weiterhin weist die Spülmaschine 410 einen Tank 416 für Spüllauge auf, welcher über ein Heizelement 418 beheizt werden kann. Aus diesem Tank für Spüllauge
416 kann Spülflüssigkeit mittels einer Umwälzpumpe 420 über ein Spülsystem für Spül¬ lauge 422, welches mit einer Mehrzahl von Düsen 424 versehen ist, auf das Spülgut 414 aufgebracht werden.
Weiterhin weist die Spülmaschine 410 einen Frischwassertank 426 auf, welcher als Boiler ausgestaltet ist. Der Frischwassertank 426 kann über ein Füllventil 428 mit Frischwasser 430 befüllt werden. Weiterhin weist der Frischwassertank ein Heizelement 432 auf, mittels dessen das Frischwasser 430 für eine Klarspülung bei erhöhten Temperaturen erhitzt wer¬ den kann. Die Befüllung des Frischwassertanks 426 mit Frischwasser 430 erfolgt dabei immer bis zum Bedeckungsniveau 434 des Heizelementes 432. Um beim Erhitzen einen Überdruck im Frischwassertank 426 zu vermeiden, ist der Frischwassertank 426 über eine Entlüftungsleitung 436 mit dem Innenraum der Spülmaschine 410 verbunden.
Zum Klarspülen des Spülgutes 414 mit kaltem oder auch mit erhitztem Frischwasser 430 wird mittels einer Frischwasserpumpe 438 Frischwasser 430 an der Ansaugstelle 438 aus dem Frischwassertank 426 angesaugt und über ein Spülsystem für Frischwasser 440 und eine Mehrzahl von Düsen für die Klarspülung 442 dem Spülgut 414 zugeführt.
Analog zu dem in Figur 3 dargestellten Beispiel weist auch die Anordnung in Figur 4 wie- derum ein Computersystem 310 mit einer zentralen Recheneinheit 312 und einem Daten¬ speicher 314 auf. Das Computersystem ist über eine Hauptsteuerleitung 316 mit der Spül¬ maschine 410 verbunden, so dass alle wesentlichen Funktionen der Spülmaschine 410 über das Computersystem 310 gesteuert werden können. Weiterhin weist die Anordnung zwei elektrische Energieversorgungen 444, 446 für die Pumpen 420 und 438 sowie elektrische Energieversorgungen 448 und 450 für die Heizelemente 418 und 432 auf. Die elektrischen Energieversorgungen 444, 446, 448, 450 entsprechen in ihrer Funktion den Energieversor¬ gungen 322, 324, 326, 328, 330 in Figur 3. Die Leistung der elektrischen Energieversor¬ gungen 444, 446, 448, 450 lässt sich wiederum einstellen mittels extern steuerbarer elektri¬ scher Leistungsregler 452, 454, 456, 458, welche wiederum durch das Computersystem 310 ansteuerbar sind.
Weiterhin weisen die Tanks 416 und 430 jeweils Temperatursensoren 318 auf, deren Sig¬ nale mittels einer vom Computersystem 310 auslesbaren Messdatenerfassungseinheit 320 erfasst werden können.
Analog zu der Beschreibung anhand Figur 3 lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch mit der in Figur 4 dargestellten Anordnung umsetzen. Wiederum erfolgt eine Zuwei-
sung mehrerer Leistungslevels an die elektrischen Verbraucherelemente 418, 420, 432 und 438. Wie oben beschrieben, können auch hier diese Leistungslevels bereits in Form elektri¬ scher Schaltungen, beispielsweise in den Leistungsstellern 452, 454, 456 und 458 fest vor¬ gegeben sein, zwischen denen lediglich umgeschaltet werden muss, um die Verbraucher- elemente 418, 420, 432 und 438 mit den entsprechenden Leistungen zu beaufschlagen.
In der Startphase der Spülmaschine 410 muss zunächst die Spülflüssigkeit im Tank für die Spüllauge 416 auf Betriebstemperatur aufgeheizt werden. Diese Spüllauge wird im Betrieb zuerst benötigt, gefolgt vom Frischwasser 430. Daher wird, analog zu dem oben beschrie- benen Verfahren, zunächst wiederum das Heizelement 418 mit einer dem maximalen Leis¬ tungslevel entsprechenden elektrischen Leistung beaufschlagt, wohingegen die anderen Verbraucherelemente 420, 432 und 438 mit geringeren Leistungen beaufschlagt werden. So können beispielsweise die Pumpen 420, 438 in dieser Startphase vollständig abgeschal¬ tet sein, also mit der Leistung Null beaufschlagt werden. Da auch das Frischwasser 430 im Betrieb bei einer erhöhten Temperatur benötigt wird, ist es jedoch sinnvoll, das Leistungs¬ level des Heizelementes 432 nicht vollständig auf Null zu setzen, so dass auch das Frisch¬ wasser 430 im Frischwassertank 426 langsam aufgeheizt wird, um später im Klarspülbe¬ trieb zur Verfügung zu stehen.
Sobald der Temperatursensor 318 und die Messdatenerfassungseinheit 320 melden, dass die Temperatur im Spüllaugetank 416 die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird vom Computersystem 310 die Einschaltphase gestartet, und die Spülmaschine 410 ist betriebs¬ bereit. Die Verbraucherelemente 418, 420, 432 und 438 werden dann mit ihren regulären Leistungen beaufschlagt. Entsprechend können auch die weiteren Betriebsphasen, die be- reits oben beschrieben wurden, im erfindungsgemäßen energiesparenden Verfahren durch¬ geführt. Es ist dabei anzumerken, dass die regulären Leistungen für die einzelnen Verbrau¬ cherelemente 418, 420, 432 und 438 in verschiedenen Betriebsphasen der Spülmaschine 410 unterschiedlich gewählt werden können. So kann beispielsweise die reguläre Leistung der Frischwasserpumpe 438 im der Phase der Reinigung des Spülgutes 414 mit Spüllauge aus dem Tank 416 auf Null gesetzt werden, da in dieser Phase keine Beaufschlagung des Spülgutes 414 mit Frischwasser 430 erfolgt. Entsprechend wird dann die reguläre Leistung dieser Pumpe 438 im Klarspülbetrieb heraufgesetzt. Alternativ kann das reguläre Leis¬ tungslevel dieser Pumpe jedoch auch konstant gehalten werden.
So kann das Verfahren auf einfache Weise an die verschiedenen Betriebsphasen der Ein¬ kammerspülmaschine 410 angepasst werden. Auch eine Lastregelung bei Abweichung
einzelner Betriebsparameter von ihrem jeweiligen Sollwert im Betrieb kann entsprechend dem oben dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen.
Tabelle 1: typische elektrische Leistungen der Verbraucher einer dem Stand der Technik entsprechenden Spülmaschine im Normalbetrieb:
Heizung für Vorreinigung 14 12 kW
Heizung für Hauptreinigung 18 9 kW
Heizung für Pumpenklarspülung 22 3 kW
Heizung für Durchlauferhitzer 26 8 kW
Heizung für Trocknung 33 9 kW
Pumpen 15, 19, 23 je 2 kW = 6 kW
Gesamtleistung 47 kW
Tabelle 2: Beispiele von Leistungsbeaufschlagung einzelner Verbraucher nach dem be¬ schriebenen Verfahren im Vergleich zum Stand der Technik:
Bezugszeichenliste
1 Einlaufzone
2 Vorreinigungszone 3 Hauptreinigungszone
4 Pumpenklarspülungszone
5 Frischwasserklarspülungszone
6 Wärmerückgewinnungszone
7 Trockenzone 8 Auslaufzone
9 Spülgut
10 Transporteinrichtung Spülgut
11 Transporteinrichtung, z. B. Endlosband
12 Einlaufwanne 13 Tank für Reinigerlösung
14 Heizung für Vorreinigung
15 Pumpe für Vorreinigung
16 Spritzsystem für Vorreinigung
17 Tank für Reinigerlösung für Hauptreinigung 18 Heizung für Hauptreinigung
19 Pumpe für Hauptreinigung
20 Spritzsystem für Hauptreinigung
21 Tank für Lösung Pumpenklarspülzone
22 Heizung für Pumpenklarspülzone 23 Pumpe für Pumpenklarspülzone
24 Spritzsystem für Pumpenklarspülzone
25 Durchlauferhitzer für Frischwasserklarspülung
26 Heizung Durchlauferhitzer für Frischwasser
27 Netzanschluss für Frischwasser 28 Spritzsystem für Frischwasserklarspülung
29 Wärmetauscher Abluft/Frischwasser
30 Abluftgebläse
31 Richtung der Luftströmung
32 Gebläse der Trockenzone 33 Heizung der Trockenzone
34 Richtung der Luftströmung
35 Auslaixfwanne für die Abnahme des Spülgutes
110 Mehrkammerspülmaschine
210 Zuweisung einer elektrischen Gesamtleistung pmax
220 Zuweisung von Leistungslevels pij 230 Bestimmung einer optimalen Kombination von Leistungslevels pij
240 Einstellung der Leistung Pij(B) jedes Verbraucherelements
310 Computersystem
312 zentrale Recheneinheit, CPU 314 Datenspeicher
316 Hauptsteuerleitung
318 Temperatursensoren
320 Messdatenerfassungseinheit
322 elektrische Energieversorgung 324 elektrische Energieversorgung
326 elektrische Energieversorgung
328 elektrische Energieversorgung
330 elektrische Energieversorgung
332 extern steuerbarer elektrischer Leistungsregler 334 extern steuerbarer elektrischer Leistungsregler
336 extern steuerbarer elektrischer Leistungsregler
338 extern steuerbarer elektrischer Leistungsregler
340 extern steuerbarer elektrischer Leistungsregler
410 Einkammerspülmaschine
412 Korb
414 Spülgut
416 Tank für Spüllauge
418 Heizelement für Spüllauge 420 Umwälzpumpe
422 Spülsystem für Spüllauge
424 Düsen für Spüllauge
426 Frischwassertank-Boiler
428 Füllventil 430 Frischwasser
432 Heizelement für Frischwassertank
434 Bedeckungsniveau
436 Entlüftungsleitung
438 Ansaugstelle
440 Spülsystem für Frischwasser
442 Düsen für die Klarspülung 444 elektrische Energieversorgung
446 elektrische Energieversorgung
448 elektrische Energieversorgung
450 elektrische Energieversorgung
452 extern steuerbarer elektrischer Leistungsregler 454 extern steuerbarer elektrischer Leistungsregler
456 extern steuerbarer elektrischer Leistungsregler
458 extern steuerbarer elektrischer Leistungsregler