DE102010039222A1

DE102010039222A1 - Haushaltsgerät, insbesondere Waschmaschine, mit einer Schwingungskompensationseinrichtung

Info

Publication number: DE102010039222A1
Application number: DE102010039222A
Authority: DE
Inventors: Egbert Classen
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2012-02-16

Abstract

Die Erfindung betritt ein Haushaltsgerät, insbesondere Waschmaschine, mit einem Gehäuse und einem bewegbaren Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse und dem bewegbaren Bauteil mindestens eine Schwingungskompensationseinrichtung vorgesehen ist, die mindestens ein Paar einer Piezo-Sensoreinrichtung und einer Piezo-Aktuatoreinrichtung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät, insbesondere eine Waschmaschine oder Geschirrspülmaschine, mit wenigstens einer Schwingungskompensationseinrichtung, zum Ausgleich beispielsweise einer rotatorischen und/oder translatorischen Unwucht.
Schwingungen an Körpern lassen sich durch drei grundsätzlich unterschiedliche Verfahren bekämpfen. Ein erstes Verfahren basiert darauf die Entstehung von Schwingungen zu unterdrücken, beispielsweise durch ein statisches oder dynamisches Auswuchten. Ein zweites Verfahren verhindert wiederum die Ausbreitung von Schwingungen. Dies geschieht indem ein elastisches Element zur Entkopplung eingesetzt wird. Ein drittes Verfahren basiert darauf die Auswirkungen der Schwingungen zu kompensieren. Dazu werden aktive Kompensatoren, wie Piezo-Aktuatoren, in Kombination mit Schwingungssensoren und einer Auswerteelektronik eingesetzt. Alternativ werden passive Kompensatoren, wie beispielsweise Masse-Schwingungstilger, eingesetzt.
Bei dem ersten Verfahren ist bei höheren Anforderungen die dynamische Auswuchtung erforderlich, die sehr aufwendig ausgeführt werden muss. Eine statische Auswuchtung verlangt jedoch ebenfalls einen hohen Aufwand an Anlagen und außerdem hohe Handlingskosten. Das zweite Verfahren reduziert zwar die Auswirkungen der Schwingungen. Sie werden abgestellt. Bei hohen dynamischen Kräften oder besonderen Anforderungen der Arbeitsumgebung, wie beispielsweise umgebende Flüssigkeiten, Gase oder Temperaturen, ist das Verfahren ebenfalls eingeschränkt. Das Entstehen von unerwünschten Geräuschen ist unter Umständen nicht zu vermeiden. Bei dem dritten Verfahren werden aktive Kompensatoren beispielsweise bei Hubschrauber-Rotoren eingesetzt, um die Heckrotorwelle deutlich in ihren Abmessungen zu reduzieren und somit an dem für Hubschrauber kritischen Gewicht zu sparen. Dieses System ist jedoch sehr teuer und nur für solche extremen Anwendungen sinnvoll. Passive Elemente, wie massenbehaftete Schwingungstilger arbeiten nur in einem engen Frequenzspektrum und verschieben im Wesentlichen die Resonanzfrequenz des Systems.
Aus der JP-07-332432 ist eine Vibrationskontrolleinrichtung für eine Waschmaschine bekannt. Dabei wird eine piezo-elektrische-Keramik an der Vibrationsquelle befestigt und erzeugt entsprechend der Vibration der Vibrationsquelle als ein passives Element eine Schwingung. Die Schwingung wird anschließend über eine Gegenschwingungserzeugungseinrichtung umgekehrt und der piezo-elektrischen Keramik zugeführt. Die piezo-elektrische-Keramik gibt dieses mal, als aktives Element, die Schwingung an die Vibrationsquelle weiter, um deren Schwingung zu kompensieren.
Des Weiteren ist aus der US 5 315 203 eine Einrichtung zur Steuerung der Bewegung eines Strukturbauteils bekannt. Die Einrichtung weist dabei zwei Piezo-Elemente auf, wobei das erste Piezo-Element dabei auf das Strukturbauteil aufgeklebt ist. Das Strukturbauteil ist dabei beispielsweise Teil eines Gebäudes, einer Maschine oder eines Fahrzeugs. Auf dem ersten Piezo-Element ist wiederum ein zweites Piezo-Element angebracht, wobei zwischen den beiden Piezo-Elementen eine viskoelastische Schicht angeordnet ist. Die beiden Piezo-Elemente sind des Weiteren elektrisch miteinander verbunden. Wird das Strukturbauteil verformt und verlängert sich dabei das erste Piezo-Element, so erzeugt das erste Piezo-Element ein entsprechendes elektrisches Feld. Das elektrische Feld wird über die elektrische Verbindung der beiden Piezo-Elemente an das zweite Piezo-Element angelegt, wobei sich das zweite Piezo-Element ebenfalls verformt aber entgegen dem ersten Piezo-Element.
Weiter ist aus der EP 1 170 524 eine piezo-elektrische-Vorrichtung bekannt zur Reduzierung von Vibrationen bei Strukturbauteilen bei rotierenden Einrichtungen, wie Teilen von Flugzeugen oder Gebläsen. Die piezo-elektrische Vorrichtung weist dabei ein erstes Piezo-Element auf, das an einem Strukturbauteil befestigt ist, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, wenn das Strukturbauteil vibriert. Weiter weist die piezo-elektrische Vorrichtung ein zweites Piezo-Element auf, das an einer anderen Stelle des Strukturbauteils befestig ist oder an einem anderen Strukturbauteil. Das Signal des ersten Piezo-Elements wird dabei über eine entsprechende elektrische Verbindung auf das zweite Piezo-Element übertragen. Hierdurch verformt sich das zweite Piezo-Element derart, so dass es die Vibrationen, die von dem ersten Piezo-Element erfasst wurden, dämpfen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige aktive Schwingungskompensation für translatorische und rotatorische Bewegungen eines Bauteils eines Haushaltsgeräts wie z. B. einer Geschirrspülmaschine oder Waschmaschine bereitzustellen, wobei auf den Einsatz einer teuren Elektronik verzichtet werden kann.
Dazu ist ein Haushaltsgerät, insbesondere eine Waschmaschine oder Geschirrspülmaschine, mit einem Gehäuse und einem bewegbaren Bauteil bereitgestellt, wobei erfindungsgemäß zwischen dem Gehäuse und dem bewegbaren Bauteil mindestens eine Schwingungskompensationseinrichtung vorgesehen ist, die mindestens ein Paar einer Piezo-Sensoreinrichtung und einer Piezo-Aktuatoreinrichtung aufweist.
Das Haushaltsgerät gemäß der Erfindung hat den Vorteil, dass eine sehr einfache und kostengünstige Kompensation von Schwingungen erreicht werden kann, ohne dass eine zusätzliche Elektronik notwendig ist. Dies wird erreicht, indem über die Piezo-Sensoreinrichtung eine Schwingung, beispielsweise in Folge einer translatorischen und/oder rotatorischen Unwucht erfasst wird, und auf eine Piezo-Aktuatoreinrichtung übertragen wird. Die Piezo-Aktuatoreinrichtung erzeugt als Aktuator wiederum eine entsprechende Gegenkraft, die der Schwingung entgegenwirkt und diese dadurch zumindest teilweise oder vollständig kompensiert.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Piezo-Sensoreinrichtung und die Piezo-Aktuatoreinrichtung eines Paares elektrisch miteinander verbunden. Dies hat den Vorteil, dass – wenn eine Ladungstrennung bei der Piezo-Sensoreinrichtung erfolgt – aufgrund einer Schwingung bzw. Auslenkung, diese Ladung auf die Piezo-Aktuatoreinrichtung übertragen werden kann und dort genutzt werden kann, eine entsprechende Gegenkraft zu erzeugen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Piezo-Sensoreinrichtung und die Piezo-Aktuatoreinrichtung eines Paares nebeneinander bzw. benachbart zueinander angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass keine Wesentlichen Verluste bei der Übertragung der Ladung von der Piezo-Sensoreinrichtung auf die Piezo-Aktuatoreinrichtung entstehen können, da beide Einrichtungen nahe beieinander liegen. Des Weiteren wird die Piezo-Aktuatoreinrichtung nicht durch eine Verformung der Piezo-Sensoreinrichtung selbst verformt bzw. negativ beeinflusst, da die beiden Einrichtungen getrennt voneinander bzw. unabhängig voneinander an der Vibrationsquelle, hier z. B. der Waschmaschinenwanne, befestigt sind, die z. B. die Waschmaschinentrommel als das bewegliche Bauteil umgibt. Die Piezo-Aktuatoreinrichtung und Piezo-Sensoreinrichtung sind dabei beispielsweise so angeordnet, dass eine Dämpfungswirkung erzeugt wird vorzugsweise bevor das Schwingungssystem, hier insbesondere die Waschmaschinentrommel, gegen das Gehäuse „schlagen” kann. Ebenso können beispielsweise Vibrationen eines Antriebsmotors des beweglichen Bauteils wie z. B. der Waschmaschinentrommel kompensiert werden, indem z. B. zwischen einem Lager und einem Lagersitz des Schwingungssystems, hier des Antriebsmotors, die Piezo-Sensoreinrichtung und die Piezo-Aktuatoreinrichtung zur Schwingungskompen-sation entsprechend angeordnet werden. Durch diese beiden Einrichtungen können dabei die Vibrationen, die durch das jeweilige Schwingungssystem entstehen, geeignet gedämpft bzw. kompensiert werden.
Bei einer Geschirrspülmaschine als Haushaltsgerät kann wiederum beispielsweise eine Umwälzpumpe Vibrationen erzeugen. Auch Sprühstrahlen, die auf die Wandungen des Spülbehälters treffen, können die jeweiligen besprühten Wandungen zu Schwingungen anregen, die hörbare Geräusche verursachen. Daher können hier zur aktiven Dämpfung die Piezo-Aktuatoreinrichtung und Piezo-Sensoreinrichtung insbesondere außen an dem Spülbehälter bzw. zwischen dem Spülmaschinengehäuse und dem Spülbehälter angeordnet werden, um Vibrationen an dem Spülbehälter z. B. aufgrund der Umwälzpumpe oder aufgrund von Sprühstrahlen zu reduzieren oder im Wesentlichen zu kompensieren.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform sind wenigstens zwei und mehr Paare auf einer Ebene oder auf unterschiedlichen Ebenen an der jeweiligen Vibrationsquelle angeordnet und/oder gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt an der Vibrationsquelle angeordnet bzw. befestigt. Dabei können beispielsweise wenigstens zwei und mehr Paare gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt an dem Umfang der Waschmaschinenwanne und der darin enthaltenen Waschmaschinentrommel einer Waschmaschine angeordnet sein. Je nach Funktion und Einsatzzweck bzw. nach auftretenden Vibrationen können die Paare bzw. Sensor/Aktor-Pakete individuell an der jeweiligen Vibrationsquelle wie z. B. der Waschmaschinenwanne angeordnet werden, um eine bestmögliche Kompensation von auftretenden Schwingungen zu erreichen. Das gilt entsprechend auch beispielsweise für den Spülmaschinenbehälter einer Geschirrspülmaschine und dem darin angeordneten, dreh-gelagerten Düsenarm oder den dort drehbar gelagerten Düsenarmen.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung können die Piezo-Sensoreinrichtung und die Piezo-Aktuatoreinrichtung von zwei und mehr Paaren hinsichtlich beispielsweise der Anzahl, Größe bzw. Dimensionierung und/oder Foliendicke der Piezo-Folienelemente beliebig untereinander variiert werden, je nach Funktion und Einsatzzweck, um eine optimale Schwingungskompensation bereitzustellen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Piezo-Aktuatoreinrichtung derart ausgebildet, sodass sie eine Kraft in eine vorbestimmte Richtung oder Richtungen erzeugen kann, um eine Schwingung zu kompensieren, welche durch die zugeordnete Piezo-Sensoreinrichtung erfasst wurde. Die Piezo-Aktuatoreinrichtung erzeugt dabei eine Gegenkraft zu der Kraft, die auf die Piezo-Sensoreinrichtung aufgrund einer Schwingung einwirkt, um diese Kraft geeignet zu kompensieren.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform sind wenigstens eine oder mehrere Schwingungskompensationseinrichtungen derart zwischen dem Gehäuse des jeweiligen Haushaltsgeräts und seinem bewegbaren Bauteil angeordnet, so dass sie eine rotatorische Bewegung und/oder eine translatorische Bewegung eines Teils des Haushaltsgeräts zumindest teilweise oder im Wesentlichen vollständig kompensieren können. Die Schwingungskompensationseinrichtung hat den Vorteil, dass sie nicht nur zum Ausgleich von rotatorischen Bewegungen einsetzbar ist, sondern auch für translatorische Bewegungen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
1 eine Schnittansicht einer Waschmaschine, welche von vorne beladen wird;
2 eine schematische Darstellung des Prinzips der Kompensation von Schwingungen am Beispiel einer Masse;
3 eine schematische Darstellung einer Piezo-Sensoreinrichtung und der Einfluss der Auslenkung einer Vorrichtung auf die Piezo-Sensoreinrichtung;
4 eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schwingungskompensationseinrichtung zur Kompensation einer rotatorischen Unwucht einer Waschmaschinentrommel; und
5 ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schwingungs-kompensationseinrichtung zur Kompensation einer rotatorischen Unwucht einer Waschmaschinentrommel.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
In 1 ist eine stark vereinfachte Schnittansicht einer Waschmaschine 11 gezeigt, die beispielsweise von vorne beladen wird bzw. als Front-Lader ausgebildet ist. Eine solche Waschmaschine 11, wie sie in der 1 dargestellt ist, ist beispielsweise aus der EP 1 889 964 A2 bekannt. Die Waschmaschine 11 weist dabei ein Gehäuse 13 auf, in welchem eine Wäschetrommel 26 drehbar angeordnet ist. Die Wäschetrommel 26 ist dabei von einer Waschmaschinenwanne 15 umgeben. Die Waschmaschinenwanne 15 weist dabei einen Umfang 30 auf, sowie eine Oberseite 31 und eine Unterseite 33. Die Zu- und Abläufe von Wasser und Waschmittel in die Waschmaschinentrommel 26 sind hierbei nicht dargestellt aus Gründen der Übersichtlichkeit.
Beim Drehen der Wäschetrommel 26 kann es nun zu Vibrationen kommen, insbesondere an der sie umgebenden Waschmaschinenwanne 15. Um nun diese Vibrationen zumindest zu reduzieren oder insbesondere im Wesentlichen zu kompensieren wird nun erfindungsgemäß eine Schwingungskompensationseinrichtung vorgesehen, die mit Bezug auf die nachfolgenden Figuren, insbesondere die 4 und 5 noch näher beschrieben wird.
Gemäß der Erfindung werden kommerziell erhältliche Piezo-Folienelemente verwendet, die sowohl als Sensor als auch als Aktuator zur Schwingungskompensation eingesetzt bzw. ausgebildet werden können. Durch die Schwingung wird ein Druck auf das Piezo-Folienelement mit der Sensor-Funktion ausgeübt, was zu einer Verformung in Richtung der Kraft und zu einer Ladungstrennung führt. Diese Ladung wird durch die Piezo-Folienelemente als Aktuator-Folien geleitet, die durch die konstruktive Gestaltung entgegen der Kraftrichtung wirken und somit die durch die Kraft, beispielsweise in Folge einer Unwucht, induzierte Auslenkung des Körpers reduzieren. Bei einer idealen Abstimmung kann die Kraft sogar im Wesentlichen vollkommen kompensiert werden.
In 2 ist zunächst eine schematische Darstellung des Prinzips der Kompensation von Schwingungen einer Masse 10 gezeigt. Dabei ist eine Masse 10 dargestellt, welche eine Schwingung 12 in der Y-Achse ausführt. An der Masse 10 ist hierbei eine erste Piezo-Sensoreinrichtung 14 vorgesehen in Form beispielsweise eines ersten Piezo-Folienelements 16, welches eine Sensor-Funktion ausübt. An der ersten Piezo-Sensoreinrichtung 14 ist wiederum eine zweite Piezo-Aktuatoreinrichtung 18 vorgesehen, welche beispielsweise mehrere Piezo-Folienelemente 16 aufweist. Fängt nun die Masse 10 an zu schwingen, so wird ein Druck auf das Piezo-Folienelement 10 bzw. die Piezo-Sensoreinrichtung 14 ausgeübt. Dies führt zu einer Verformung in Richtung der Kraft und des Weiteren zu einer Ladungstrennung. Diese Ladung wird nun durch die Piezo-Aktuatoreinrichtung 18 mit den Aktuator-Folien 16 geleitet. Die Piezo-Aktuatoreinrichtung 18 bzw. die Aktuator-Folien 16 sind derart gestaltet, dass sie entgegen der Kraftrichtung in welche die Masse 10 schwingt, wirken. Dadurch kann die Piezo-Aktuatoreinrichtung 18 die Masse bzw. deren Schwingung dämpfen oder insbesondere im Wesentlichen vollständig kompensieren. Neben einer Schwingung kann die Piezo-Sensoreinrichtung 14 und die Piezo-Aktuatoreinrichtung 18 auch eine zeitlich befristetete Kompensation eines durch die Masse 10 verursachten Höhenunterschiedes bzw. eine Durchbiegung einer Auflage für die Masse 10 reduzieren bzw. kompensieren.
In 3 ist eine schematische Darstellung einer Piezo-Sensoreinrichtung 14 gezeigt, sowie die durch eine Auslenkung bzw. Schwingung darauf einwirkenden Kräfte und deren Kompensation. Das gezeigte Beispiel einer Piezo-Sensoreinrichtung 14 kann in der erfindungsgemäßen Schwingungskompensationseinrichtung 20 eingesetzt werden.
Die Piezo-Sensoreinrichtung 14 mit beispielsweise einem Piezo-Folienelement 16 ist an einer Vorrichtung (nicht dargestellt) befestigbar, die eine Auslenkung bzw. Schwingungen erzeugen kann. Des Weiteren ist die Piezo-Sensoreinrichtung 14 mit einer Piezo-Aktuatoreinrichtung, mit beispielsweise zwei und mehr Piezo-Folienelementen bzw. Aktuator-Folien (nicht dargestellt), elektrisch verbunden. Die Vorrichtung erzeugt nun beispielsweise Schwingungen, deren Kräfte entsprechend auf die Piezo-Sensoreinrichtung 14 übertragen werden, wie durch die Pfeile in 3 angedeutet ist. Die Pfeillängen stellen dabei die Auslenkung der Piezo-Sensoreinrichtung 14 in die jeweilige Richtung dar. Wird die Piezo-Sensoreinrichtung 14 beispielsweise durch den oberen Pfeil 22 stärker nach unten ausgelenkt, so entsteht hierbei ein Druck auf die Piezo-Sensoreinrichtung 14. Dies resultiert wiederum in einer entsprechenden Verformung bzw. Durchbiegung nach unten in Pfeilrichtung. Dabei erfolgt nun eine Ladungstrennung in der Piezo-Sensoreinrichtung 14, wobei die Ladung durch die Piezo-Aktuatoreinrichtung mit den Aktuator-Folien geleitet wird, die mit der Piezo-Sensoreinrichtung 14 elektrisch verbunden ist. Die Piezo-Aktuatoreinrichtung bzw. die Aktuator-Folien sind hierbei derart gestaltet, dass sie entgegen der Kraftrichtung bzw. entgegen der Durchbiegung wirken. Hierdurch kann der Durchbiegung entgegengewirkt werden und die Kraft in Pfeilrichtung 22 zumindest teilweise oder vollständig kompensiert werden. Entsprechendes gilt auch wenn, bei der Schwingung in 3 durch die Vorrichtung, die Piezo-Sensoreinrichtung 14 gemäß den beiden Pfeilen 24 zur anderen Seite gebogen wird. Dies geschieht aufgrund des Drucks der diesmal auf die Unterseite der Piezo-Sensoreinrichtung 14 ausgeübt wird, wie in 3 durch die beiden Pfeile 24 angedeutet ist. In diesem Fall, wird die Piezo-Sensoreinrichtung 14 in die andere Richtung bzw. nach oben durchgebogen. In Folge des Drucks der hierbei auf die Piezo-Sensoreinrichtung 14 ausgeübt wird, kommt es zu einer Ladungstrennung in der Piezo-Sensoreinrichtung 14. Die Ladung wird hierbei durch die Piezo-Aktuatoreinrichtung mit den Aktuator-Folien geleitet, welche mit der Piezo-Sensoreinrichtung 14 elektrisch verbunden ist. Die Piezo-Aktuatoreinrichtung bzw. die Aktuator-Folien sind, wie zuvor beschrieben, derart ausgebildet, dass sie entgegen der Kraftrichtung bzw. entgegen der Durchbiegung wirken. Dadurch kann der Durchbiegung auch in der anderen Richtung, d. h. hier nach oben, entgegengewirkt werden und die Kraft in Pfeilrichtung der beiden Pfeile 24 zumindest teilweise oder vollständig kompensiert werden.
4 zeigt eine vorteilhafte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schwingungs-kompensationseinrichtung 20 zur Kompensation beispielsweise einer rotatorischen Unwucht bei einem Haushaltsgerät, wie im nachfolgenden einer Waschmaschine 11. Die Erfindung ist aber nicht auf eine Waschmaschine 11 als Haushaltsgerät beschränkt, sondern kann auch bei einem Trockner, bei einer Kombination aus einem Trockner und einer Waschmaschine (sogenannter Waschtrockner), bei einer Spülmaschine bzw. Geschirrspülmaschine und auch bei Kühl- und/oder Gefriergeräten (zur Kompensation von kompressorangeregten Schwingungen) eingesetzt werden. Die nachfolgenden Ausführungen gelten daher analog auch für diese Einrichtungen. Des Weiteren kann eine Waschmaschine 11 als Haushaltsgerät hierbei als Front-Lader, wie zuvor in 1 beschrieben wurde, oder auch als Top-Lader, d. h. von oben mit Wäsche befüllbar ausgebildet sein.
In 4 ist lediglich das Waschmaschinengehäuse 13, die Waschmaschinenwanne 15 und die Waschmaschinentrommel 26 der Waschmaschine 11 dargestellt, in welche eine zu waschende Wäsche gefüllt wird und die anschließend während des Waschvorgangs rotiert. Das Waschmaschinengehäuse 13, die Waschmaschinenwanne 15 und die Waschmaschinentrommel 26 sind dabei in einer Draufsicht stark vereinfacht in 4 gezeigt. Dabei ist des Weiteren ein Pfeil 28 eingezeichnet, der exemplarisch eine Rotationsrichtung der Waschmaschinentrommel 26 anzeigt. Die Waschmaschinentrommel 26 kann auch in die entgegen gesetzte Richtung drehbar vorgesehen sein oder in beide Richtungen drehbar ausgebildet sein. Die Erfindung lässt sich grundsätzlich bei jeder Art von Waschmaschine bzw. Waschmaschinentyp einsetzten. Dies gilt für alle Ausführungsformen der Erfindung. Die übrigen Teile der Waschmaschine sind in 4 und der nachfolgenden 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt worden.
Zur rotatorischen Kompensation einer Unwucht der Waschmaschinentrommel 26 ist eine Schwingungskompensationseinrichtung 20 vorgesehen. Die Schwingungskompensationseinrichtung 20 weist dabei eine Piezo-Sensoreinrichtung 14 und eine Piezo-Aktuatoreinrichtung 18 auf. Dabei kann die Piezo-Sensoreinrichtung 14 neben der Piezo-Aktuatoreinrichtung 18 beispielsweise außen am Umfang 30 der Waschmaschinenwanne 15 angeordnet sein, in welcher die Waschmaschinentrommel 26 aufgenommen ist. Die Piezo-Sensoreinrichtung 14 ist hierbei elektrisch mit der Piezo-Aktuatoreinrichtung 18 verbunden. Tritt nun bei der Rotation der Waschmaschinentrommel 26 beispielsweise eine Schwingung oder eine Auslenkung an der Waschmaschinentrommel 26 und der mit ihr verbundenen Waschmaschinenwanne 15 in Folge einer Unwucht auf, so wirkt eine Kraft in radialer Richtung nach außen auf die Piezo-Sensoreinrichtung 14, wie durch den Pfeil 32 in 4 angedeutet ist. Dies führt zu einer Ladungstrennung in der Piezo-Sensoreinrichtung 14. Die Ladung wird dabei über die elektrische Verbindung der beiden Piezo-Einrichtungen 14, 18 zu der Piezo-Aktuatoreinrichtung 18 geleitet bzw. durch diese und ihre Piezo-Folienelemente 16 bzw. Aktuator-Folien hindurch. Die Piezo-Aktuatoreinrichtung 18 bzw. die Aktuator-Folien 16 sind, dabei derart ausgebildet, so dass sie eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung erzeugen, d. h. im vorliegenden Beispiel eine Kraft 34 in radialer Richtung nach Innen. Durch die Erzeugung einer Kraft 34 in die entgegensetzte Richtung kann der ungewollten Schwingung oder Auslenkung der Waschmaschinenwanne 15 bzw. der Waschmaschinentrommel 26 entgegengewirkt werden und diese zumindest teilweise oder vollständig kompensiert werden. Diese erste Ausführungsform stellt mit nur einem Sensor/Aktor-Paket die einfachste Form der Kompensation dar.
In 5 ist eine zweite vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schwingungskompensationseinrichtung 20 zur Kompensation z. B. einer rotatorischen Unwucht bei einer Waschmaschine gezeigt. Ebenso, wie in 4 ist in 5 lediglich das Waschmaschinengehäuse 13, die Waschmaschinenwanne 15 und die Waschmaschinentrommel 26 der Waschmaschine dargestellt, bei welcher unerwünschte Vibrationen oder Auslenkungen beispielsweise in Folge einer Unwucht während des Rotierens beim Waschvorgang entstehen können. Insbesondere lassen sich mit der Schwingungskompensationseinrichtung kleinere Schwingungen mit hohen Frequenzen von Bauteilen, vorzugsweise Wandungen, kompensieren, die ohne Gegenmaßnahme zu Geräuschen führen würden. 5 zeigt eine Draufsicht des stark vereinfachten und rein schematisch dargestellten Waschmaschinengehäuses 13, der Waschmaschinenwanne 15 und der Waschmaschinentrommel 26 mit der Schwingungskompensationseinrichtung 20.
In dem vorteilhaften Ausführungsbeispiel in 5 weist die Schwingungskompensationseinrichtung 20 beispielsweise drei Paare 36 von einer Piezo-Sensoreinrichtung 14 und einer Piezo-Aktuatoreinrichtung 18 auf. Die Paare 36 sind dabei beispielsweise außen am Umfang 30 der Waschmaschinenwanne 15 angeordnet, beispielsweise in einem Winkel von jeweils 120°, wie in 5 gezeigt ist. Dabei ist bei einem Paar 36 jeweils die Piezo-Sensoreinrichtung 14 neben der Piezo-Aktuatoreinrichtung 18 am Umfang 30 der Waschmaschinenwanne 15 angeordnet bzw. befestigt, beispielsweise mittels einem geeigneten Klebemittel usw.. Die Piezo-Sensoreinrichtung 14 ist hierbei elektrisch mit der Piezo-Aktuatoreinrichtung 18 verbunden.
Tritt nun bei der Rotation der Waschmaschinentrommel 26 und der mit ihr verbundenen Waschmaschinenwanne 15 beispielsweise eine Schwingung oder eine Auslenkung in Folge einer Unwucht auf, so wirkt beispielsweise eine Kraft 32 in radialer Richtung nach außen auf die Piezo-Sensoreinrichtung 14, wie durch die Pfeile in 5 angedeutet ist. Das führt wiederum zu einer Ladungstrennung in der jeweiligen Piezo-Sensoreinrichtung 14. Die Ladung wird dabei über die elektrische Verbindung der beiden Piezo-Einrichtungen 14, 18 zu der Piezo-Aktuatoreinrichtung 18 geleitet bzw. durch diese und ihre Piezo-Folienelemente 16 bzw. Aktuator-Folien hindurch. Die Piezo-Aktuatoreinrichtung 18 erzeugt hierbei eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung, d. h. im vorliegenden Beispiel eine Kraft 34 in radialer Richtung nach Innen, wie mit den Pfeilen an den Piezo-Aktuatoreinrichtungen in 5 gezeigt ist. Durch die Erzeugung einer Kraft 34 in die entgegensetzte Richtung kann der ungewollten Schwingung oder Auslenkung entgegengewirkt werden und diese zumindest teilweise oder vollständig kompensiert werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel in 5 weist die Schwingungskompensationseinrichtung 20 zwei, drei, vier und mehr Paare 36 auf. Ein Paar 36 bzw. ein Sensor/Aktuator Paket besteht dabei jeweils aus einer Piezo-Sensoreinrichtung 14 und einer Piezo-Aktuator-Einrichtung 18, die miteinander elektrisch verbunden sind und nebeneinander auf einer Vibrationsquelle, hier z. B. der mit der Waschmaschinentrommel 26 verbundenen Waschmaschinenwanne 15, angeordnet werden. Die Paare 36 können hierbei beispielsweise ungleichmäßig oder gleichmäßig über den Umfang 30 der Vibrationsquelle, hier der Waschmaschinenwanne 15 befestigt werden. Das Ausführungsbeispiel in 5 hat hierbei den Vorteil, dass durch zwei, drei, vier und mehr Paare 36 bzw. Sensor/Aktuator Pakete, hier z. B. drei Stück in einem Winkel von 120°, am Umfang 30 eine Verfeinerung der Schwingungskompensation erzielbar ist. Die Paare 36 bzw. die Sensor/Aktuator Pakete der erfindungsgemäßen Schwingungskompensationseinrichtung 20 können hierbei auf derselben Ebene angeordnet sein oder in unterschiedlichen Ebenen, d. h. mit anderen Worten auf unterschiedlichen Höhen am Außenumfang 30 der Waschmaschinenwanne 15 als Vibrationsquelle.
Zur Kompensation einer translatorischen Bewegung ist es auch denkbar, beispielsweise bei der Waschmaschinenwanne 15 als Vibrationsquelle, die Schwingungskompensationseinrichtung 20 gemäß der Erfindung bestehend aus einem, zwei oder mehr Paaren 36 bzw. Sensor/Aktuator-Paketen, auf der Oberseite und/oder Unterseite (nicht dargestellt) der Waschmaschinenwanne 15 anzuordnen.
Die Piezo-Sensoreinrichtung 14 der vorteilhaften Schwingungskompensationseinrichtung 20, wie sie zuvor anhand der Figuren beschrieben wurde, weist wenigstens ein, zwei, drei, vier oder mehr Piezo-Folienelemente 16 auf. Entsprechendes gilt auch für die Piezo-Aktuatoreinrichtung 18. Die Piezo-Aktuatoreinrichtung 18 weist ein, zwei, drei oder mehr Piezo-Folienelemente 16 auf, wobei die Piezo-Aktuatoreinrichtung 18, wie zuvor beschrieben, derart ausgebildet ist, dass sie eine Kraft 34 in eine vorbestimmte Richtung oder Richtungen erzeugen kann, d. h. eine Kraft die geeignet ist, eine Schwingung, die von der zugeordneten Piezo-Sensoreinrichtung 14 erfasst wird, zumindest teilweise oder im Wesentlichen vollständig zu kompensieren.
Weist die erfindungsgemäße Schwingungskompensationseinrichtung 20 wenigstens zwei und mehr Paare 36 bzw. Sensor/Aktuator Pakete auf, so können die Piezo-Sensoreinrichtungen 14 der Paare 36 beispielsweise jeweils die gleiche Anzahl, Größe und/oder Foliendicke von Piezo-Folienelementen 16 aufweisen oder eine unterschiedliche Anzahl, Größe und/oder Foliendicke. Entsprechendes gilt für die Piezo-Aktuatoreinrichtungen 18 der Paare 36. So können die Piezo-Aktuatoreinrichtungen 18 beispielsweise jeweils die gleiche Anzahl, Größe und/oder Foliendicke von Piezo-Folienelementen 16 aufweisen oder eine unterschiedliche Anzahl, Größe und/oder Foliendicke. Die Anzahl der Piezo-Lagen bzw. Piezo-Folienelemente 16 von der Piezo-Sensoreinrichtung 14 und der Piezo-Aktuatoreinrichtung 18, sowie im Falle der rotatorischen Bewegung auch der Winkel zwischen den Sensor/Aktuator Paketen ist auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt, um die gewünschte Kompensation zu erzielen.
Des Weiteren können wenigstens ein oder mehrere Schwingungskompensationseinrichtungen beispielsweise bei einem Haushaltsgerät, wie einer Waschmaschine und/oder einem Trockner, nicht nur an dem Außenumfang des jeweiligen Haushaltsgeräts, wie z. B. am Außenumfang der Waschmaschinenwanne, angeordnet werden, sondern auch am Innenumfang des Haushaltsgeräts oder insbesondere an dem Außenumfang und/oder Innenumfang der Waschmaschinentrommel, sofern die Schwingungskompensationseinrichtung ausreichend beispielsweise vor dem Kontakt mit Waschwasser oder Wäsche geschützt ist. Weiter können wenigstens ein oder mehrere Schwingungskompensationseinrichtungen zusätzlich oder alternativ auch auf der Innenseite des Gehäuses, hier z. B. Waschmaschinengehäuse, angeordnet werden, da auch dieses als Vibrationsquelle fungieren kann bzw. Vibrationen oder Auslenkungen ausgesetzt sein kann. Die Anordnung der Schwingungskompensationseinrichtung 20 bzw. Schwingungskompensationseinrichtungen kann beliebig variiert werden, sofern Schwingungen bzw. Auslenkungen geeignet kompensiert werden können.
Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Schwingungskompensationseinrichtung auch zur Schwingungsdämpfung eines Kompressors oder einer von diesem zu Vibrationen angeregten Wandung oder Bauteils eines Kühl- und/oder Gefriergeräts oder einer Klimaanlage herangezogen werden.
Insbesondere kann es bei einem Lager für eine Welle oder rotierendes Bauteil zweckmäßig sein, die erfindungsgemäße Schwingungskompensationseinrichtung außen am Lager vorzusehen.
Bezugszeichenliste

10: Masse
11: Waschmaschine
12: Schwingung
13: Gehäuse
14: Piezo-Sensoreinrichtung
15: Waschmaschinenwanne
16: Folienelement
18: Piezo-Aktuatoreinrichtung
20: Schwingungskompensationseinrichtung
22: Pfeil
24: Pfeil
26: Waschmaschinentrommel
28: Pfeil
30: Umfang (Waschmaschinenwanne)
31: Oberseite (Waschmaschinenwanne)
32: Kraft (Piezo-Sensoreinrichtung)
33: Unterseite (Waschmaschinenwanne)
34: Kraft (Piezo-Aktuatoreinrichtung)
36: Paar

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 07-332432 [0004]
US 5315203 [0005]
EP 1170524 [0006]
EP 1889964 A2 [0025]

Claims

Haushaltsgerät, insbesondere Waschmaschine (11) oder Geschirrspülmaschine, mit einem Gehäuse (13) und einem bewegbaren Bauteil (26), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (13) und dem bewegbaren Bauteil (26) mindestens eine Schwingungskompensationseinrichtung (20) vorgesehen ist, die mindestens ein Paar (36) einer Piezo-Sensoreinrichtung (14) und einer Piezo-Aktuatoreinrichtung (18) aufweist.
Haushaltsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezo-Sensoreinrichtung (14) und die Piezo-Aktuatoreinrichtung (18) eines Paares (36) elektrisch miteinander verbunden sind.
Haushaltsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezo-Sensoreinrichtung (14) und die Piezo-Aktuatoreinrichtung (18) eines Paares (36) nebeneinander bzw. benachbart zueinander angeordnet sind.
Haushaltsgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei und mehr Paare (36) auf einer Ebene oder auf unterschiedlichen Ebenen zwischen dem Gehäuse (13) und dem bewegbaren Bauteil (26) angeordnet sind und/oder gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt an zwischen dem Gehäuse (13) und dem bewegbaren Bauteil (26) angeordnet sind, wobei die wenigstens zwei und mehr Paare (36) gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt zwischen dem Gehäuse (13) und dem bewegbaren Bauteil (26) angeordnet sind.
Haushaltsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezo-Sensoreinrichtung (14) und die Piezo-Aktuatoreinrichtung (18) des jeweiligen Paares (36) jeweils wenigstens ein, zwei, drei oder mehr Piezo-Folienelemente (16) aufweisen, wobei die Piezo-Sensoreinrichtung (14) eine gleiche Anzahl von Piezo-Elementen, die gleiche Größe und/oder gleiche Foliendicke des jeweiligen Piezo-Folienelements (16) wie die Piezo-Aktuatoreinrichtung (18) oder eine unterschiedliche Anzahl, Größe und/oder Foliendicke des jeweiligen Piezo-Folienelements wie die Piezo-Aktuatoreinrichtung aufweist.
Haushaltsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezo-Sensoreinrichtung (14) und/oder Piezo-Aktuatoreinrichtung (18) eines Paares (36) die gleiche Anzahl, Größe und/oder Foliendicke von Piezo-Folienelementen (16) aufweist, wie die entsprechende Piezo-Sensoreinrichtung (14) bzw. Piezo-Aktuatoreinrichtung (18) des anderen Paares (36) oder die Piezo-Sensoreinrichtung (14) und/oder Piezo-Aktuatoreinrichtung (18) eines Paares (36) eine andere Anzahl, Größe und/oder Foliendicke von Piezo-Folienelementen (16) aufweist, wie die entsprechende Piezo-Sensoreinrichtung bzw. Piezo-Aktuatoreinrichtung des anderen Paares.
Haushaltsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Piezo-Aktuatoreinrichtung (18) derart ausgebildet ist, dass sie eine Kraft (34) in eine vorbestimmte Richtung erzeugt, welche geeignet ist, eine Kraft (32), die durch die Piezo-Sensoreinrichtung (14) erfasst wird, zumindest teilweise oder im Wesentlichen vollständig zu kompensieren.
Haushaltsgerät nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine oder mehrere Schwingungskompensationseinrichtungen (20) derart zwischen dem Gehäuse (13) und dem bewegbaren Bauteil (26) angeordnet ist oder sind, dass sie eine rotatorische Bewegung und/oder eine translatorische Bewegung eines Teils des Haushaltsgeräts (11), insbesondere des bewegbaren Bauteils (26) oder eines mit dem bewegbaren Bauteils (26) verbundenen Teils (15) zumindest teilweise oder im Wesentlichen vollständig kompensiert oder kompensieren.
Haushaltsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät eine Waschmaschine (11) mit einem Waschmaschinengehäuse (13) und das bewegbare Bauteil eine Waschmaschinentrommel (26) ist, welche von einer Waschmaschinenwanne (15) umgeben ist, wobei die Schwingungskompensationseinrichtung (20) außen an der Waschmaschinenwanne (15) vorgesehen ist.
Haushaltsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät eine Spülmaschine, ein Trockner oder eine Kombination aus einem Trockner und einer Waschmaschine ist.
Haushaltsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungskompensationseinrichtung (20) zwischen einem Gehäuse der Spülmaschine und einem Spülbehälter angeordnet ist.
Haushaltsgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungskompensationseinrichtung (20) auf der Innenseite des Gehäuses der Spülmaschine oder auf der Außenseite des Spülbehälters angeordnet ist.
Waschmaschinenwanne (15) für eine Waschmaschine (11), welche mit einer Waschmaschinentrommel (26) versehbar ist nach einem der Ansprüche 1 bis 10.