DE10110854A1 - Vorrichtung zur Bestimmung der Unwucht in einer Trommelwaschmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Unwucht einer beladenen Trommel (103) in einer Waschmaschine (101) mit einem schwingend aufgehängten Laugenbehälter (102), in welchem die Trommel (103) drehbar gelagert und durch einen Motor (106) angetrieben wird, wobei die Vorrichtung einen mit dem Laugenbehällter (102) mechanisch gekoppelten Drucksensor (20; 30; 400) umfasst, dessen dynamischer Signalanteil zur Unwuchtbestimmung ausgewertet wird, und wobei der Drucksensor (20; 30; 400) eine in einem starren Gehäuse (25; 39; 410) eingespannte Membran (22; 34; 404) beinhaltet. Um die Unwuchtmessung über einen Drucksensor auf einfache Weise zu realisieren, wird vorgeschlagen, dass die Auslenkung der Membran (22; 34) durch einen Dehnungsmessstreifen (23; 37) sensiert werden und dass im Bereich des Dehnungsmessstreifens (23; 37) eine schwingfähige Masse (24; 32) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Unwucht einer beladenen Trommel in einer Waschmaschine mit einem schwingend aufgehängten Laugenbehälter, in welchem die Trommel drehbar gelagert und durch einen Motor angetrieben wird, wobei die Vorrichtung einen mit dem Laugenbehälter mechanisch gekoppelten Drucksensor umfasst, dessen dyna­ mischer Signalanteil zur Unwuchtbestimmung ausgewertet wird, und wobei der Drucksensor eine in einem starren Gehäuse eingespannte Membran beinhaltet.

Bei Trommelwaschmaschinen entstehen durch ungünstige Wäscheverteilung Unwuchten. Diese verursachen insbesondere während des Schleuderprozesses starke Bewegungen des schwingend aufgehängten Laugenbehälters. Im Extremfall kann dies zum Anschlagen des Laugenbehälters am Gehäuse, zu starken Lagerbeanspruchungen und so zu Beschädigungen der Maschine führen. Zur Verhinderung von unwuchtbedingten Schäden an der Waschma­ schine ist es bekannt, die Größe der Unwucht zu sensieren und das Schleudern bei Über­ schreitung einer vorgegebenen Unwuchtschwelle abzubrechen, um eine Neuverteilung der Wäsche vorzunehmen.

Zur Sensierung der Unwuchtgröße wurde bereits vorgeschlagen (EP 0 091 336), das Fehler­ signal der Regelabweichung zur Unwuchtbestimmung auszuwerten. Mit diesem Verfahren ist nur eine Sensierung von Unwuchten im Drehzahlbereich unterhalb der Resonanzdrehzahl möglich. Bei hohen Drehzahlen (< 300 Upm) kann die Unwuchtgröße nicht mehr bestimmt werden, da hier die Regelabweichungen kaum messbar sind. Aus diesem Grund muss eine endgültige Entscheidung über den weiteren Verlauf des Schleuderprogramms bereits im unterkritischen Drehzahlbereich getroffen werden. Aus Sicherheitsgründen führt dies häufig zu einem nicht notwendigen Abbruch des Schleuderprozesses. Im überkritischen Bereich oberhalb der Resonanzdrehzahl wird nämlich im Regelfall die unwuchtbildende Wäsche entwässert und damit die Unwucht vermindert.

Aus der DE 195 22 393 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Unwucht bei einer Trommel­ waschmaschine, bei der der dynamische Signalanteil eines mit dem Laugenbehälter in Verbindung stehenden Drucksensors ausgewertet wird, wobei die von den Schwingungen des Laugenbehälters erzeugten Druckschwankungen als Maß für die Unwucht herangezogen werden. Bei dieser Waschmaschine ist der Sensor selbst auf einer Steuerplatine hinter dem Bedienfeld angeordnet. Zur Erzeugung der Druckschwankungen wird deshalb ein zusätzliches Bauteil benötigt, welches eine schwingende Membran und eine Masse beinhaltet.

Aus der DE 198 35 865 ist der Einsatz eines Druckwandlers als Unwuchtsensor in einer Wasch­ maschine bekannt. Dabei wird der Druckwandler direkt an den Laugenbehälter gekoppelt. Er nimmt so dessen unwuchtbedingte Schwingungen auf wandelt diese in ein elektrisches Signal um. Die Umwandlung erfolgt durch einen mit der Druckmembran verbundenen Kern, der sich in einer Spule bewegt. Der Nachteil dieses Sensors besteht in seinem störungsanfälligen Aufbau mit vielen bewegten, feinmechanischen Bauteilen und darin, dass er einen relativ großen Ein­ bauraum beansprucht.

Der Erfindung stellt sich somit das Problem, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Unwucht in einer Trommelwaschmaschine zu offenbaren, bei der die Unwuchtmessung über einen Druck­ sensor auf einfache Weise realisierbar ist.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch Vorrichtungen mit den Merkmalen der unab­ hängigen Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.

Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen neben der Vermeidung der o. a. Nachteile darin, dass die Sensoren mit einer integrierten Elektronik zur Signalaufbereitung (Verstärkung, Filterung) und zur Kalibrierung des Sensorsignals (Offsetabgleich) ausgestattet werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Waschmaschine (101) mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Unwucht

Fig. 2 einen Schnitt durch einen piezoresistiven Drucksensor (20)

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Drucksensor mit Keramik-Biegebalken-Technologie (30)

Fig. 4 einen Schnitt durch einen kapazitiven Drucksensor (400)

Die Fig. 1 zeigt anhand einer Schemaskizze die für die Erfindung wesentlichen Teile bei einer Waschmaschine (101). Die erfindungsgemäß ausgebildete Waschmaschine (101) besitzt einen Laugenbehälter (102), in dem eine Trommel (103) zur Aufnahme von Wäsche drehbar gelagert ist. Der Antrieb der Trommel (103) erfolgt über einen Motor (104), die Kraftübertragung über einen Keilriemen (105). Dabei kann die Drehzahl des Motors in bekannter Weise durch einen in der Mikroprozessor-Steuerung (106) der Waschmaschine (101) integrierten Motorregler programm- und zustandsabhängig eingestellt werden.

Der Laugenbehälter (102) ist an Federn (107) schwingend im Gehäuse gelagert und wird zur Dämpfung dieser Schwingungen im unteren Bereich durch Stoßdämpfer (108) gegenüber dem Gehäuseboden (109a) abgestützt. Eine weitere Dämpfung der Schwingungen erfolgt durch Zusatzgewichte (nicht dargestellt) am Laugenbehälter (102), so dass dieser beim Durchfahren des kritischen Drehzahlbereichs nicht am Gehäuse (109) anschlägt.

Zur Wasserstandsmessung ist an den unteren Bereich des Laugenbehälters (102) eine Steig­ leitung (110) angeschlossen, an deren anderem Ende sich ein analoger Drucksensor (111) befindet. Der Drucksensor (111) ist an einer Wand des Laugenbehälters (102) befestigt und auf diese Weise mechanisch mit ihm gekoppelt. Die Signalausgänge des analogen Drucksensors sind mit der Mikroprozessor-Steuerung (106) der Waschmaschine (101) verbunden. Als Drucksensor (111) muss ein hochauflösender Drucksensor (111), vorzugsweise ein analoger Drucksensor (111) verwendet werden, um auch dynamische Signalanteile erfassen zu können. Damit sowohl das Wasserniveau als auch die unwuchtbedingten Auslenkungen des Laugen­ behälters (102) sensiert werden können, muss in der Programmsteuerung eine Trennung des quasistatischen und des dynamischen Signalanteils vorgenommen werden. Aus diesem Grund wird als Steuereinrichtung vorzugsweise eine Mikroprozessor-Steuerung (106) eingesetzt.

In Fig. 2 ist ein piezoresistiver Silizium-Drucksensor (20) im Schnitt dargestellt (ohne Ge­ häuse). Er arbeitet als Differenzdrucksensor. Der Umgebungsdruck wird dem Sensor von oben zugeführt (Pfeil 21), während der zu messende Druck von unten (Pfeil 26) angelegt wird. Auf einem Silizium-Trägermaterial (25) ist eine Silizium-Membran (22) angebracht, die sich durch den Druck verformt. In der Membran (22) sind piezoresistive Widerstandsstrukturen (23) eingebracht, deren Widerstandswerte sich durch die Verformung der Membran (22) ändern. Die Widerstände (23) sind in einer Brücke zusammengeschalltet, deren Ausgangssignal propor­ tional zur Verformung der Membran (22) und damit auch proportional zur Druckdifferenz ist.

Zur Messung der Beschleunigung wird die Masse der Membran durch eine Zusatzmasse (24) vergrößert. Aufgrund der dadurch vergrößerten Trägheit der Membran (22) kommt es zu ihrer Verformung, wenn der Sensor (20) eine Beschleunigung erfährt. Die Verformung wird wiede­ rum wie eine Druckänderung als Spannung am Ausgang des Sensors (20) messbar, so dass mit dem so geänderten Sensor sowohl der Druck als auch die Beschleunigung am Ausgang als Spannung abgegriffen und von der Mikroprozessor-Steuerung (106) ausgewertet werden können.

Der in Fig. 3 dargestellte Sensor (30) arbeitet in Keramik-Biegbalken-Technologie. Das Gehäuse (39) des Sensors (30) wird durch eine Membran (34) in zwei Kammern (39a; 39b) geteilt. Der Druck wird von unten durch einen Anschlussstutzen (33) zugeführt. Über eine an der Membran (34) angebrachte Kugel (36) wird der Druck auf den Keramik-Biegebalken (31) übertragen. Dieser verformt sich entsprechend der Höhe des über den Anschlussstutzen (33) zugeführten, in Kammer (39a) anliegenden Drucks. Aufgrund der Verformung werden die Werte von auf dem Keramik-Biegebalken (31) aufgebrachten Widerständen (37) geändert. Eine auf dem Keramik-Biegebalken (31) ebenfalls untergebrachte Auswerteelektronik (35) setzt die Widerstandsänderungen in eine Druck-proportionale Spannung um und stellt diese an einem der Ausgangspins (38) zur Verfügung.

Um neben dem Druck auch die Beschleunigung sensierbar zu machen, ist auf dem Keramik- Biegebalken (31) eine Zusatzmasse (32) angebracht. Erfährt der Sensor (30) eine äußere Beschleunigung, so wird aufgrund der Trägheit der Biegebalken (31) verformt und erzeugt wie auch der Druck eine Widerstandsänderung, die als Spannungssignal am Ausgangpin (38) anliegt und somit neben der Druckmessung auch die Beschleunigungssensierung durch die Mikroprozessor-Steuerung (106) zulässt.

Fig. 4 zeigt einen kapazitiven Drucksensor (400) im Schnitt. Er besteht aus einem metal­ lischen Gehäuse (410), das durch die elektrisch leitende Membran (402) in zwei Kammern (410a; 410b) aufgeteilt ist. Die Membran (402) ist mit dem Gehäuse verschweißt. In der Kammer (410b) ist ein Elektrodenhalter (406) eingebracht. Auf dieser sind Elektroden (404) aufgedampft, deren Potential über die Zuleitungen (405) aus dem Gehäuse (410) zur Mikroprozessor-Steuerung (106) geleitet wird. Um zu erreichen, dass der Elektrodenhalter (406) gasdurchlässig ist, ist er an der Stelle (411) durchbohrt. Zur Messung des Differenz­ drucks wird der zu messende Druck am Anschlussstutzen (407) zugeführt. Das Prallblech (401) schützt die Membran (402) vor mechanischen Beschädigungen. Auf der Referenzdruckseite in der Kammer (410b) liegt der atmosphärische Luftdruck an. Durch steigenden Druck bewegt sich die Membran (402) in die Position (403) zur Elektrode (404) hin. Da die Membran (402) mit dem Gehäuse (410) verbunden ist, erfolgt aufgrund des kürzeren Abstands eine Kapazitäts­ erhöhung zwischen Gehäuse (410) und Elektrode (404). Diese wird mittels Messbrücke (nicht dargestellt) in ein Spannungssignal umgewandelt und von der Mikroprozessor-Steuerung (106) in eine anliegende Druckdifferenz gewandelt.

Die Membran (402) ist in der Mitte zusätzlich verstärkt worden. Diese Verstärkung (409) führt zu einer Vergrößerung ihrer Masse. Wirkt eine Beschleunigung auf das Gehäuse (410) des Sensors (400), so entsteht aufgrund der Trägheit der massenbehafteten Membran (402) eine Relativbewegung zwischen Membran (402) und Gehäuse (410). Diese führt wiederum zu einer Änderung der Distanz zwischen Membran (402) und Elektrode (404) und der damit verbun­ denen Kapazitätsänderung, so dass auch Beschleunigungen mit diesem Sensor (400) messbar sind. Damit ist der statische Druck als mittlere Kapazität und die Beschleunigung als darauf modulierte Kapazitätsänderung sensierbar.

Durch die mechanische Kopplung der vorbeschriebenen Drucksensors mit dem Laugenbehälter (2) und die Anordnung einer schwingenden Masse in der Nähe der Messeinrichtungen werden Systeme geschaffen, welche neben den quasistatischen Druckänderungen, die durch Niveauunterschiede der Waschflüssigkeit im Laugenbehälter (2) hervorgerufen werden, auch auf Beschleunigungen des Laugenbehälters (2) reagieren. Da diese Beschleunigungen in erster Linie durch unwuchtbedingte Auslenkungen der Trommel (3) hervorgerufen werden, repräsentiert der dynamische Signalanteil der Drucksensoren die Größe der Unwucht der in der Trommel (3) befindlichen Wäsche.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Unwucht einer beladenen Trommel (103) in einer Waschmaschine (101) mit einem schwingend aufgehängten Laugenbehälter (102), in welchem die Trommel (103) drehbar gelagert und durch einen Motor (106) angetrieben wird, wobei die Vorrichtung einen mit dem Laugenbehälter (102) mechanisch gekoppelten Drucksensor (20; 30; 400) umfasst, dessen dynamischer Signalanteil zur Unwuchtbestimmung ausgewertet wird, und wobei der Drucksensor (20; 30; 400) eine in einem starren Gehäuse (25; 39; 410) eingespannte Membran (22; 34; 404) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslenkungen der Membran (22; 34) durch einen Dehnungsmessstreifen (23; 37) sensiert werden und dass im Bereich des Dehnungsmessstreifens(23; 37) eine schwingfähige Masse (24; 32) angeordnet ist.

2. Vorrichtung zur Bestimmung der Unwucht einer beladenen Trommel (103) in einer Waschmaschine (101) mit einem schwingend aufgehängten Laugenbehälter (102), in welchem die Trommel (103) drehbar gelagert und durch einen Motor (106) angetrieben wird, wobei die Vorrichtung einen mit dem Laugenbehälter (102) mechanisch gekoppelten Drucksensor (20; 30; 400) umfasst, dessen dynamischer Signalanteil zur Unwuchtbe­ stimmung ausgewertet wird, und wobei der Drucksensor (20; 30; 400) eine in einem starren Gehäuse (25; 39; 410) eingespannte Membran (22; 34; 404) beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor als kapazitiver Drucksensor (400) ausgebildet ist und dass auf der Mem­ bran (402) eine schwingfähige Masse (409) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnungsmessstreifen (23) und die Masse (24) auf der Membran (22) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnungsmessstreifen (37) und die Masse (32) auf einem von der Membran (34) bewegten Biegebalken (31) angeordnet sind.