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WIMix - Wasser-Impuls Mixer, ein Vorschaltgerät für die Waschmaschine



Die Idee, das bereits von einer Gasheizung oder Solaranlage günstig erhitzte Wasser für den Betrieb der Waschmaschine zu nehmen ist nicht neu. Für diesen Zweck gibt es entweder Waschmaschinen, die direkt die zwei Zuläufe haben oder aber Vorschaltgeräte wie das ALFA MIX oder MS-1002. Gerade die letzen beiden Lösungen sind vielfach bewährt, daher sollte der Nicht-Techniker zu diesen Lösungen greifen. Ich möchte hier so nach und nach eine eigene Lösung entwickeln, die bei mir direkt in die Waschmaschine integriert wird, dann entfällt das Thema "Gehäuse" und man kann etwas dabei Lernen.

Projektstatus: Planung und Bauteilbeschaffung läuft
Status Elektronik: in Entwurf
Status Hardware: --
Status Software: --
Letzte Änderung Webseite: 04.01.2009


Der Nachbau der Steuerung ist gerade wegen der Themen Netzspannung und Leitungswasser nicht trivial, sollte also nur von Fachkundigen angegangen werden. Der Autor übernimmt keine Haftung für Sach- und Personenschäden, die aufgrund von Informationen dieser Webseite entstehen. Jeder Leser ist dazu aufgefordert, die hier enthaltenen Informationen selber nachzuvollziehen und auf Korrektheit zu prüfen. Wer die Steuerung mit kommerziellem Interesse nachbauen will, der sei auf die Lizenzbedingungen und bestehende andere Schutzrechte und Patente hingwiesen.
Generell: Diese Schaltung darf jeder für den eigenen privaten Gebrauch nachbauen - ich habe nur oberflächlich recherchiert, inwieweit für die hier beschriebenen Verfahren ein Patentschutz besteht, für den privaten Gebrauch ist das zwar unerheblich (§ 11 PatG), aber trotzdem interessant. Hier meine Rechercheliste zum Thema. Wer selber recherchieren möchte, dem sei das DPMA-Rechercheportal ans Herz gelegt.
Verwendete Markennahmen sind Eigenum der jeweiligen Inhaber.

Funktionsweise und Vorgedanken



Die Wassertemperatur für den Vorlauf der Waschmaschine wird nicht über ein fein regelbares (und teures) Motor-Mischventil geregelt, sondern abwechselnd "impulsartig" heiss/kalt dosiert und das Mischen der gewünschten Wassertemperatur erfolgt erst in der Waschtrommel. Das ermöglicht eine Temperaturregelung des Waschmaschienzulaufes über einfache Kunststoff-2/2Wege-Ventile, wie sie in der Waschmaschine schon vorkommen.

Blockbild
Anschlussprinzip-Bild von WIMix


Vorgedanken:
  • Annahme: Bei offenem Ventil strömt gleichviel Wasser aus dem warmen wie dem kalten Anschluss, man kann dann die Mischtemperatur über die Ansteuerzeiten der Mischventile ud die gemessene Temperatur bestimmen.

  • Mischungsformel: T_ist=(T1*m1+T2*m2)/(m1+m2)  m=Masse, T=Temperatur


    Mit m proportional zur Ventilöffnungszeit t braucht man bei einer aequidistanten Messung der Temperatur (z.B. alle Sekunde) nur die gemessenen Temperaturen aufintegrieren und sich die Gesamtzeit merken -schon hat man die Temperatur des gesamten gemischten Wassers.
    Wenn man annimmt, dass die Trommel vorher Raumtemperatur hatte und man die Masse kennt, kann man auch die thermische Kapaziät der Waschtrommel schon mit einplanen und noch etwas mehr sparen.
  • Der analogelektroniker wird nach dem Studium der älteren Patente aus meiner Recherche fragen, warum ich die Steuerung überhaupt mit einem µC anfange und nicht ganz einfach mit einem Komparator... Der µC ist flexibler als eine fest gefügte Schaltung und man kann nur durch neu programmieren neue Features hinzufügen - z.B. kann man wie die MS1002 den Temperaturgradienten und ggfs. ein kurzes Ventilumschalten dazu nutzen, ohne Eingriff in die Waschmaschine zu erkennen, ob die Maschine gerade Wasser anfordert. Soetwas analog nachzubauen würde eine neue Leiterplatte erfordern.
  • Gemäß dem BSH-Patent sollte man die Temperatur in der Waschtrommel nicht schneller als 5-10°/min ansteigen lassen... wegen des Zusammenhanges mit den Eiweissflecken denke ich, dass man die Temperatur bis 30° ruhig so schnell wie es geht anfahren kann. Bei der 60°- oder 90° Grad-Wäsche kann man versuchen, zwischendurch die Wasserzufuhr zu unterbrechen und damit die Waschmaschine auszubremsen. Allerdings könnte es sein, das manche moderne Waschmaschinen dann einen Fehler erkennen und das Programm abbrechen. Muss man wohl ausprobieren...
  • Vorhalt für Erwärmung des Waschtrommel-Sumpfes sollte einplanbar sein.
  • Option: Abgreifen der Ansteuerspannung für das Original-Füllventil der WM, damit die Mischventile nur bei Wasserbezug bestromt werden müssen. (Wegen Einschaltdauer != 100%, Energieverbrauch)
  • Warmwasser wird nach Erkennen des ersten Füllventilschaltens für 15Minuten aktiviert, dannach nur noch Kaltwasser. Ausnahme: Vorwaschtaste gedrückt, dann Warmwasser für 30 Minuten
  • Erkennbare Störungen und Reaktion:
    Temperatursensor nicht angeschlossen: Fehler-LED, Waschvorgang wird kalt durchgeführt
    Wasser wird trotz offenem Warm-Ventil nicht Warm: Fehler-LED, Waschvorgang wird so warm wie möglich durchgeführt
    Temperatur kaltzulauf zu hoch: Fehler-LED, Waschgang wird abgebrochen
    Ventilsteuerzeit zu lang: Fehler-LED, Waschgang wird abgeborchen
  • Etwas schwieriger: Quelle des Y-Stückes mit Temperaturfühler: Entweder Teile aus dem Baumarkt selber zusammenlöten oder von einem Klempner zusammenbauen lassen. Anleitung folgt..

Material
  • Elektronikteile siehe separate Stückliste
  • 2 Stück 2/2Wege-Magnetventile mit Schraubanschluss und 230V-Spule und 1/2" Schlauchtülle (z.B. ebay je € 3,50)
  • Aus dem Baumarkt (bei mir: Bauhaus) Admiral "2-Wege Verteilerstueck 3/4 Zoll, Nr. 986186148" (€ 4,40) und Admiral "Vaterstueck zu Schlauchverschraubung 3/4 Zoll AGx1/2Zoll Nr. 987389048" (€ 2,02)
  • Alternativ: diverse Kombinationen aus Gewindefitting Muffe T-Stück ,Doppelnippel , Lötfitting übergangsnippel m.Außengewi. flachdichtend etc...
  • Schlauch nach Bedarf: konfektionierter 1/2" Waschmaschinenschlauch (auf Temperaturfestigkeit 60 °C achten!!!) fertig mit 3/4Zoll Überwurfmuttern.
  • Für den Temperatursensor nehme ich einen billigen KTY81-Sensor im TO92-Package, der in eine ins Y-Stück eingebaute Tauchhülse geschoben wird, so dass er thermisch guten Kontakt zum Wasser hat - und keine ganz so größe Masse erwärmt werden muss, bis man ein Temperatursignal bemerkt. Messinghülse innen-Ø rd. 4,5mm aus einem Drachenladen, alternativ Messingrohr aus Baumarkt, Lote etc. vom Baumarkt. Anleitung siehe unten.
Elektronik

Grundsätzliches:

Die Elektronik bzw. Software wird den Aufbau von mehreren Schaltungsvarianten unterstützen:
  1. Vollautomatik, integriert: Die Elektronik wird von der Waschmaschine mit Strom versorgt und kann die Signale zur Ventilansteuerung der Waschmaschine auswerten. Vorteil: kein Strom-Mehrverbrauch gegenüber der original-Lösung (da Ventile nur geschaltet, wenn auch im Origianl gescaltet wird), kein Standby- Stromverbrauch. Nachteil: Eingriff in die Waschmaschine notwendig.
  2. Vollautomatik, extern: Die Eletkronik wird separat schaltbar versorgt und mit einer Start-Taste gestartet - ab dann versucht sie, die gewählte Temperatur einzustellen. Da sie nicht weiss, wann das Wasser wirklich benötigt wird, werden für die gesamte Zulaufzeit die Ventile bestromt. Nachteil: Braucht minimal mehr Strom, mss extra gestartet werden. Vorteil: kein Eingriff in die Waschmaschine.

Schaltung:

Schaltplan
Schaltplan.. im Entwurf


Zentrales Bauteil ist ein Microcontroller PIC16F819, der die Tasten ausliest, die Ventile ansteuert, den Temperaturfühler auswertet, die LEDs bedient.
Die Ventile werden über Optokoppler mit Nullspannungsschalter MOC3043 und einen nachgeschalteten Triac BTA12 angesteuert - das ist zwar etwas überdimensioniert, aber dafür werden wir keinen Kühlkörper benötigen. Die RC-Glieder aus den Kondensatoren Cx und Widerständen Ry sind ein sogenanntes "Snubber Network", das die Back-EMF der Magnetventile beim Abschalten übernimmt.
Die Auswertung der Ansteuerung des WM-Füllventils für Variante 1 erfolgt ebenfalls über einen Optokoppler, es werden beie Halbwellen genutzt, dann kann man den Vor-Kondensator besser auslegen.
Als Temperaturfühler kommt ein Halbleiter-Sensor KTY81 zum Einsatz, der über den Metallfilmwiderstand (!!!) Rn linearisiert wird. Die Genauigkeit reicht für unsere Zwecke, wir wollen ja nur auf ca. 1 °C genau messen.
Ansonsten gibt es fast schon nichts mehr zum Erläutern.

Stueckliste: (Bestellbezeichnungen für Reichelt)

PIC 16F819-I/P   Microcontroller
KTY81-110        Temperatursensor TO-92
CNY17            Optokoppler 
BTA 12/600B      Triac
MOC3043          Optokoppler Triac-Ausgang mit Nullspannungsschalter
µA 7805          Spannungsregler 5V
MPR 2,70K        Metallfilmwiderstand 0,1%
RAD 100/35       Elko 100uF/16V
X7R-2,5 100N     100nF keramik
FUNK 100N        100nF Entstörwiderstand X2 230V
2W DRAHT 39      39 Ohm Drahtwiderstand 2W

weiteres folgt...


Copyright © 2008 Christian
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