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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Bestimmen der Beladungsmenge von Wäsche in der Wäschetrommel einer Haushaltwaschmaschine mit einer elektronischen Steuereinrichtung und einem elektronisch steuerbaren Antriebsmotor für die Wäschetrommel, die in einem schwingenden Aggregat um eine wenigstens annähernd waagerechte Achse drehbar gelagert ist.
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Aus der Literatur sind mehrere Verfahren bekannt, in denen aus dem Verhalten von mechanischen oder elektromechanischen Bauelementen auf die Masse einer mit Wäsche beladenen Wäschetrommel einer Waschmaschine zurückgeschlossen werden kann. Beispielsweise lehrt
EP 649 930 B1 , dass während der Trommelanlauf-Phase zum Betrieb der Trommel mit einer geregelten Behandlungsdrehzahl, bei der die (trockene) Wäsche nicht durch Zentrifugalkraft am Trommelmantel gehalten wird, das Antriebsmoment am Trommelantriebsmotor bestimmt wird. Hierzu ist im Programmablauf vor dem eigentlichen Behandlungsablauf eine Maßnahme erforderlich, die einerseits eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt und andererseits vom Benutzer der Waschmaschine in ihrem Nutzen nicht verstanden wird. Außerdem ist diese Methode durch unwägbare Zusammensetzungen unterschiedlicher Wäscheposten sehr ungenau, weil das Verhalten des Antriebsmoments u. a. auch von der Stückelung des Wäschepostens und vom spezifischen Gewicht einzelner Teile abhängt.
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In einer anderen, aus
WO 2008/012206 A1 bekannten Methode wird in einem komplizierten Berechnungsverfahren die Masse der in die Wäschetrommel eingelegten Trockenwäsche aus der Bewegung des schwingenden Aggregats einer Waschmaschine in allen drei Dimensionen unter Berücksichtigung von Offset-Konstanten errechnet. Diese Methode hat ebenfalls eine beschränkte Genauigkeit; denn die sogenannten Offset-Konstanten sind leider nicht so konstant, wie sie sein sollten. Das liegt vor allem daran, dass die Reibungen zwischen den mechanischen Kontaktstellen zwischen den Federn und den Reibungsdämpfern einerseits und dem schwingenden Aggregat und den Gehäuseteilen andererseits und zusätzlich innerhalb der Reibungsdämpfer durchaus nicht unveränderlich sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Methode zur Ermittlung der Masse von trockenen Wäscheposten anzugeben, die von Unwägbarkeiten ihrer zu erfassenden Parameter möglichst unabhängig ist, um die Treffsicherheit der Beladungsmenge zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren der eingangs genannten Art unter Anwendung von im Kennzeichen des Anspruches 1 beschriebenen Schritten in der Weise gelöst, dass mechanische Schwingungen mit einem konstanten Frequenzspektrum in das schwingende Aggregat eingeleitet werden, dass das durch Absorption gekennzeichnete Frequenzspektrum der im schwingenden Aggregat erregten Sekundärschwingungen aufgenommen und einer dafür typischen Beladungsmenge der Wäschetrommel zugeordnet wird.
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Diese Methode zur Findung der zutreffenden Masse des eingelegten Wäschepostens hängt nun nur noch davon ab, wie fein die Differenzierung der Zuordnung der aktuellen Wäschemenge zu typischen Sekundärschwingungen ist. Da man mit einem einfach und preiswert zu installierenden Aufwand an elektronischen Mitteln eine genügend genaue Differenzierung treffen kann, dürfte das Verfahren nach der Erfindung eine erheblich höhere Wiederkehr-Genauigkeit haben als die bekannten Verfahren.
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Zur Erzeugung eines konstanten Frequenzspektrums ist es von besonderem Vorteil, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung am Antriebsmotor eine Maßnahme zu treffen, die zu einer Erzeugung eines konstanten Frequenzspektrums von mechanischen Schwingungen führt, die auf das schwingende Aggregat übertragen werden. Dann ist nämlich kein weiterer baulicher Aufwand erforderlich, um diese mechanischen Schwingungen zu erzeugen.
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In besonders vorteilhafter Weise kann gemäß einer Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine solche Maßnahme darin bestehen, dass der Antriebsmotor zyklisch wiederkehrend um einen Betrag in positiver Richtung und anschließend um denselben Betrag in negativer Richtung gedreht wird. Dadurch gehen vom Antriebsmotor mechanische Schwingungen aus, die ein konstantes Frequenzspektrum enthalten, ohne dass dazu ein zusätzliches Aggregat verwendet werden muss. Derselbe Betrag ist einfach zu erzeugen; wohingegen aber auch unterschiedliche Beträge für beide Drehrichtungen zum Erfolg führen.
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In besonders vorteilhafter Weise kann dazu die Geschwindigkeit, mit der der Wechsel der Drehrichtungen erfolgt, im unteren Bereich des menschlich hörbaren Frequenzspektrums liegen. Eine dadurch hörbare akustische Belästigung kann damit in einem sicher beherrschbaren Minimum gehalten werden. Bei geeigneten Maßnahmen und Mitteln zur Schwingungserzeugung und zur Erfassung der Sekundärschwingungen können Anteile des Frequenzspektrums oder gar das ganze Spektrum von Menschen nicht wahrnehmbare Frequenzen enthalten.
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Von besonderem Vorteil ist eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das sekundäre Frequenzspektrum mit einem Katalog von Frequenzspektren und zugeordneten Beladungsmengen verglichen wird. Auf diese Weise ist die Differenzierung der Zuordnung der aktuellen Wäschemenge zu typischen Sekundärschwingungen am einfachsten zu lösen und kann auch in beliebiger Genauigkeit getroffen werden, wenn der Speicher für den Katalog eine genügend große Kapazität hat.
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Eine solche Maßnahme ist auf einfache Weise durch eine Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens darzustellen, indem das Frequenzspektrum in eine Reihe von Energiespitzen an bestimmten Frequenzplätzen zerlegt wird, deren Amplituden mit den im Katalog für diese Frequenzplätze abgelegten Werten verglichen werden.
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Für eine Einrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es besonders vorteilhaft, wenn der Antriebsmotor an einer Stelle des schwingenden Aggregats befestigt ist, die zur guten Übertragung von Körperschall vom Antriebsmotor auf das schwingende System geeignet ist. Hierzu ist es von besonderem Vorteil, wenn das schwingende Aggregat ein Bauteil besitzt, das als Membran für die sekundären Schwingungen infrage kommt. Dann kann nämlich die Übertragung an einen geeigneten Sensor am wirkungsvollsten stattfinden, und der Störabstand ist genügend groß.
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Als Sensor zur Erfassung solcher Sekundärschwingungen am schwingenden Aggregat ist am Bauteil ein Beschleunigungssensor befestigt. Beschleunigungssensoren sind für Waschmaschinen gängige Bauelemente, die für ähnliche Aufgaben ohnehin bereits eingesetzt werden. Ein vorhandener Beschleunigungssensor kann daher für die neue Aufgabe zusätzlich verwendet werden.
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Weitere Besonderheiten der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Sie können in beliebiger Weise miteinander und mit den Merkmalen des Hauptanspruches angewendet werden, um die Erfindung vorteilhaft weiterzubilden.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sind das erfindungsgemäße Verfahren und eine dafür geeignete Einrichtung nachstehend erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung für einen Antriebmotor vom BLCD-Typ, der seine mechanischen Schwingungen auf einen Sensor übertragen kann,
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2 ein typisches sekundäres Frequenzspektrum eines schwingenden Aggregats, das eine leere Wäschetrommel enthält,
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3 ein sekundäres Frequenzspektrum desselben schwingenden Aggregats, dessen Wäschetrommel mit einem 5 kg schweren Wäscheposten beladen ist, und
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4 ein sekundäres Frequenzspektrum gemäß 3, mit einem 2 kg schweren Wäscheposten beladen.
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Der schematisch dargestellte BLDC-Motor 1 in 1 enthält einen Stator 2, in dem die Wicklungen U, V und W mit dem Gehäuse 3 fest verbunden sind. Ihre magnetischen Felder wirken auf einen Rotor 4 ein, der aus einem geeigneten Dauermagneten besteht und mittels der Welle 5 im Gehäuse 3 frei drehbar gelagert ist. Zum Steuern der Drehrichtung und der Drehzahl der Welle 5 dient ein BLDC-Controller 6, der mit einem Schalter-Array 7 zusammenarbeitet, dessen Schalter die Wicklungen U, V und W in einer für die gewünschte Drehrichtung und Drehzahl erforderlichen Reihenfolge und Intensität mit Spannung versorgt.
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Die Welle 5 dient zum Antreiben einer in einem Laugenbehälter 8 drehbar gelagerten Wäschetrommel 9 einer ansonsten nicht dargestellten Waschmaschine. Dazu ist der Motor 1 über ein Bauelement 10 am Laugenbehälter 8 befestigt. Wäschetrommel 9 und Laugenbehälter 8 gehören dabei wie auch der Antriebsmotor 1 und ein nicht dargestelltes Getriebe zwischen dem Antriebsmotor 1 und der Wäschetrommel 9 zum schwingenden Aggregat 11. Die Schwingungen des schwingenden Aggregats 11 während der Drehung der Wäschetrommel 9 werden durch einen Beschleunigungssensor 12 wahrgenommen, der seine Signale über die Leitung 13 an einen Frequenzanalysator 14 weiterreicht, der Signale über die analysierten Frequenzen sowohl an einen Analog-Digital-Wandler 15 als auch an eine Steuereinrichtung 16 meldet. Die von Unwuchten der Wäschetrommel 9 herrührenden Signale gehen direkt an die Steuereinrichtung 16, während das Frequenzspektrum von höherfrequenten Signalen des Beschleunigungssensors 12 im Analog-Digital-Wandler 15 zu Datensätzen umgeformt werden, die in einem in der Steuereinrichtung 16 dargestellten Speicher 17 mit dort abgelegten Datensätzen eines Katalogs verglichen werden, die jeweiligen Beladungsmengen von Wäscheposten zugeordnet sind.
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Solche höherfrequenten Signale werden auf folgende Weise generiert. In einer Messphase zur Ermittlung der Masse des in die Wäschetrommel 9 eingelegten Wäschepostens werden die Wicklungen U, V, W des Antriebsmotors 1 durch das Schalter-Array 7 getrieben durch den BLDC-Controller 6 so mit Drehimpulsen beaufschlagt, dass der Antriebsmotor 1 zyklisch wiederkehrend um einen Betrag in positiver Richtung und anschließend um denselben Betrag in negativer Richtung gedreht wird. Dadurch entstehen so kurze gegenläufige Drehimpulse, dass der Motor 1 tatsächlich stehen bleibt aber mechanische Schwingungen mit einem stets konstanten Spektrum an Frequenzanteilen erzeugt, die über sein Gehäuse 3 und das Bauelement 10 auf den Laugenbehälter 8 des schwingenden Aggregats 11 übertragen werden. Im schwingenden Aggregat 11 lagert die Wäschetrommel 9 mit mechanischer Verbindung zum Laugenbehälter 8 und schwingt daher mit.
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Die vom Antriebsmotor 1 erzeugten Schwingungen treffen auf die leere Wäschetrommel 9, die aufgrund ihrer typischen schwingungsmechanischen Eigenschaften eine bestimmte Dämpfung auf das konstante Frequenzspektrum der erzeugten Schwingungen erwirkt. Diese Dämpfung absorbiert die erzeugten Schwingungen an einigen oder den meisten Plätzen des Frequenzspektrums in mehr oder weniger starkem Umfang, so dass ein sekundäres, von der Dämpfung der leeren Wäschetrommel 9 geformtes Frequenzspektrum gemäß 2 reflektiert wird.
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In 2 ist zu erkennen, dass die gedämpften Reflexionen u7 bis u15 an den Frequenzplätzen F1 bis F9 noch oberhalb von 50 % liegen; die Dämpfungen der Schwingungen der entsprechenden Frequenzen sind also gering. Stärke Dämpfung findet erst an den Frequenzplätzen F10 bis F15 (weitere Plätze wurden vernachlässigt) statt, wie die Reflexionen u1 bis u6 zeigen. Vor allem bei den höheren Frequenzen gilt: Je höher die Frequenz, desto größer war die Dämpfung. Ein Frequenzspektrum der Ausprägung gemäß 2 – so es in digitaler Form im Katalog des Speichers 17 abgelegt ist – findet beim Vergleich mit dem Katalog den Eintrag „leer“.
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Findet nun eine Probe bei einer mit 5 kg Wäsche beladenen Wäschetrommel 9 statt, dann wird durch die eingelegten Wäscheteile eine völlig andersartige Dämpfung reflektiert. 3 zeigt ein entsprechendes sekundäres Frequenzspektrum der reflektierten Schwingungen, dessen erste vier Frequenzplätze F1 bis F4 Dämpfungen der Reflexionen u2 von fast 70 % zeigen, während auf den Frequenzplätzen F5 bis F9 nur Reflexionen u6 bis u10 praktisch ohne oder mit nur geringer Dämpfung verzeichnet sind. Erst ab Frequenzplatz F10 ist – mit Ausnahme der Frequenzplätze F12 und F13 – die Dämpfung der Reflexionen u1, u2 und u3 deutlich über 50 % und untereinander durchaus noch differenziert. Ist nun genau dieses Frequenzspektrum im Katalog des Speichers 17 abgelegt, dann meldet die Steuereinrichtung 16 „Beladung 5 kg“.
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Nun werden im Katalog vielleicht nicht alle Frequenzen in der absoluten Genauigkeit abgelegt sein. Dafür wird für jeden Frequenzplatz vorteilhafterweise eine gewisse Toleranz zugelassen werden. Je kleiner diese zugelassene Toleranz aber ist, desto genauer kann eine Beladungsangabe sein, desto größer ist allerdings auch die Zahl der Katalogeinträge, mit denen ein sekundäres Frequenzspektrum zu vergleichen ist.
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Das Frequenzspektrum gemäß 4 soll eine mit 2 kg Wäsche beladene Wäschetrommel 9 kennzeichnen und zeigt – auch im Vergleich zu denen der 2 und 3 – keine ohne weiteres erkennbare Gesetzmäßigkeit bei den Abweichungen der Dämpfungen der Reflexionen. Hier ist die Reflexion u1 am Frequenzplatz F1 wie in 3 mit einer Dämpfung von fast 70 % behaftet, während die Reflexion u4 auf dem benachbarten Frequenzplatz F2 nur noch mit ca. 57 % gedämpft ist. In 3 hatte diese Reflexion u2 dieselbe Dämpfung wie auf dem vorhergehenden Frequenzplatz F1, nämlich auch ca. 70 %. Beim weiteren Vergleich der Dämpfungen der Reflexionen auf den vergleichbaren Frequenzplätzen wird man durchgehend z. T. gravierende Abweichungen entdecken, die im Katalog des Speichers 17 ihren Niederschlag gefunden haben und die Zuordnung zur Beladungsmenge „2 kg“ finden.
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Da die spezifischen Frequenzspektren der jeweilig zugeordneten Wäschemengen stets konstant sind, also weder durch unwägbare Zusammensetzungen unterschiedlicher Wäscheposten, von der Stückelung des Wäschepostens, vom spezifischen Gewicht einzelner Teile noch von nicht so konstanten wie gewünschten Offset-Konstanten beeinflusst werden, ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein deutlicher Fortschritt bei der Genauigkeit der automatisch zu bestimmenden Wäschemenge in einem Waschautomaten zu erzielen. Selbstverständlich sind auch andere Methoden zur Erzeugung und Einleitung von mechanischen Schwingungen mit einem konstanten Frequenzspektrum in das schwingende Aggregat einer Waschmaschine möglich und einsetzbar, wenn eine Schwingungsquelle anderer Art als der Antriebsmotor zur Verfügung steht oder mit geringem Aufwand erstellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 649930 B1 [0002]
- WO 2008/012206 A1 [0003]
