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Die Erfindung betrifft eine Waschmaschine mit einem Laugenbehälter zur Aufnahme von Waschflüssigkeit und einer drehbar in dem Laugenbehälter gelagerten Trommel zur Aufnahme von Wäsche. Beim Schleudern von Wäsche liegt häufig keine gleichmäßige Verteilung der Wäsche in der Trommel vor. Dadurch kommt es zu Auslenkungen des Trommelaggregats. Um ein Anschlagen an einem Gehäuse der Waschmaschine und eine Zerstörung von Bauelementen zu vermeiden, ist es wünschenswert Unwuchten zu vermeiden.
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Zu diesem Zweck schlägt die
EP 0 806 516 A1 eine Waschmaschine mit einer Ausgleichseinrichtung mit einer Mehrzahl kugelförmiger Gewichte vor, die in einem konzentrisch zur Trommel angebrachten Kanal angeordnet ist, in dem sich eine Flüssigkeit befindet. Die kugelförmigen Gewichte sind während einer Drehung der Trommel zu einer Ausgleichsposition als Reaktion auf eine Unwucht der Trommel bewegbar. Die kugelförmigen Gewichte zeigen jedoch ihre die Unwucht kompensierende Wirkung nur innerhalb bestimmter Bereiche des Frequenzgangs, während sie in anderen Bereichen die Unwucht verstärken.
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Die
WO 2010/133 480 A1 beschreibt den Einsatz einer elektrorheologischen Flüssigkeit im Zusammenhang mit einer Ausgleichseinrichtung. Die Ausgleichseinrichtung weist jedoch keine kugelförmigen Gewichte auf – stellt diese sogar als nachteilhaft dar.
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Der Erfindung stellt sich somit das Problem, eine Waschmaschine bereitzustellen, bei der Unwuchten in allen Bereichen des Frequenzgangs kompensiert werden können.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch eine Waschmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen in einer Kompensation von Unwuchten insbesondere während des Schleuderns. Zudem kann der benötigte Schwingraum stark eingegrenzt werden. Es ist ausreichend, dass er nur wenige Millimeter beträgt. Bis zur größten Resonanzdrehzahl sollte das System in gestellten Betrieb arbeiten, ab dann ist aufgrund der physikalischen Gegebenheiten ein automatisches Wuchten möglich.
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Bei einem Schleuderprozess der Waschmaschine erfolgt die Anregung des schwingungsfähigen Systems durch eine ungleichmäßige Wäscheverteilung, wodurch die Unwuchtanregung auf zwei Ebenen abgebildet werden kann, sodass das System vier Freiheitsgrade für die Bewegung aufweist, die sich in je zwei der Translation und der Rotation aufteilen. Während für die translatorische Anregung eine statische Unwucht verantwortlich ist, erfolgt die rotatorische Anregung durch eine dynamische Unwucht. Unwuchtverhältnisse einer Waschmaschine lassen sich auf diese beiden Komponenten umrechnen. Unter dem Einfluss der elektro- und/oder magnetorheologischen Flüssigkeit als dämpfendes Medium für die kugelförmigen Gewichte kann durch Variation der Viskosität der elektro- und/oder magnetorheologischen Flüssigkeit die Bewegung der kugelförmigen Gewichte manipuliert werden. Bei einem Frontlader unterliegen die kugelförmigen Gewichte beispielsweise der Gravitations-/Trägheitskraft, der Viskositätskraft und der Zentrifugalkraft. Wegen der Trennung von Schwerpunkts- und Rotationsachse wirken Komponenten der Zentrifugalkraft auf die kugelförmigen Gewichte dergestalt ein, dass unterhalb der ersten Resonanzdrehzahl eine Verstärkung und oberhalb der letzten Resonanz eine Verringerung der Unwucht erfolgt. Zwischen den Resonanzen wird eine Fallunterscheidung getroffen, ob die geometrische Addition der Komponenten der Zentrifugalkräfte verstärkend oder kompensatorisch wirken. Durch die Kombination der elektro- bzw. magnetorheologischen Flüssigkeit und der kugelförmigen Gewichte in dem Kanal kann die Viskositätskraft über einen weiten Bereich variiert werden, so dass der prozentuale Anteil dieser Kraft gegenüber den restlichen Kräften von einigen Prozent bis nahezu 100 % betragen kann. Somit ist eine örtliche Fixierung der kugelförmigen Gewichte möglich, wodurch ein gestellter Betrieb in den Bereichen des Frequenzgangs möglich wird, in denen eine automatische Auswuchtung die Unwucht verstärken würde. Vorteilhafterweise muss bei höheren Drehzahlen der Trommel oberhalb der Resonanzen keine Regel- oder Stelleinrichtung mit hoher Dynamik greifen, um den ausgewuchteten Betrieb aufrecht zu erhalten.
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Die Waschmaschine weist Mittel zum Beaufschlagen der Flüssigkeit in dem Kanal mit einem elektrischen und/oder magnetischen Feld auf. Die Flüssigkeit ist eine elektrorheologische und/oder magnetorheologische Flüssigkeit, die bei Einführen eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes ihre Viskosität erhöht, um zumindest eine Teilmenge der kugelförmigen Gewichte ortsfest zu positionieren. Elektro- bzw. magnetorheologische Flüssigkeiten verändern unter dem Einfluss von elektrischen bzw. magnetischen Feldern ihre Viskosität. Durch Einsetzen einer derartigen Flüssigkeit als dämpfendes Medium in einem Auswuchter kann durch Variation der Viskosität eine Bewegung der kugelförmigen Gewichte als kompensatorische Mittel für Unwuchten manipuliert werden, sodass Unwuchten kompensiert werden.
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Unter dem Ausdruck „kugelförmige Gewichte“ werden Kugeln, Zylinder, Kugelzüge oder Zylinderzüge verstanden. Unter dem Begriff „Kugelzug“ bzw. „Zylinderzug“ werden mehrere kugelförmige Gewichte verstanden, die als eine zusammenhängende Einheit ausgebildet sind. Die zusammenhängende Einheit weist mehrere kugelförmige Gewichte auf, die miteinander verbunden sind. Ein Material der kugelförmigen Gewichte weist bevorzugt Stahl auf. Durch Verwenden von Stahl als kompensatorisches Mittel kann eine hervorragende Wuchtkapazität pro Volumeneinheit erreicht werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mittel zum Beaufschlagen der Flüssigkeit in dem Kanal mit einem elektrischen und/oder magnetischen Feld ein Elektromagnet, der sich ringförmig umlaufend um den Kanal erstreckt. Die Flüssigkeit ist in diesem Fall eine magnetorheologische Flüssigkeit. Bei Betrieb kann der Elektromagnet durch Erzeugen eines Magnetfelds die Viskosität der Flüssigkeit ändern, so dass die kugelförmigen Gewichte ortsfest positioniert werden. Bei Inaktivieren des Elektromagneten wird die Viskosität der Flüssigkeit herabgesetzt, so dass die kugelförmigen Gewichte in dem Kanal bewegbar sind.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Elektromagnet segmentiert. Der Elektromagnet ist in verschiedene Elektromagnet-Segmente unterteilt, die bei Betrieb des Elektromagneten unterschiedliche magnetische Feldstärken aufweisen können. Dadurch können die kugelförmigen Gewichte in den einzelnen Elektromagnet-Segmenten durch Beaufschlagung der Flüssigkeit in dem Kanal mit einem magnetischen Feld in einem oder mehreren Elektromagnet-Segmenten gezielt ortsfest positioniert werden, wenn gewünscht, bzw. durch Inaktivieren von einem oder mehreren Elektromagnet-Segmenten in dem Kanal in diesen Elektromagnet-Segmenten bewegbar sein. Bei einem Frontlader im Haushaltsbereich weist der Elektromagnet vorzugsweise 6 bis 10 Elektromagnet-Segmente auf.
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Alternativ oder zusätzlich können die Mittel zum Beaufschlagen der Flüssigkeit in dem Kanal mit einem elektrischen und/oder magnetischen Feld eine Mehrzahl an Elektroden sein, die sich ringförmig umlaufend um den Kanal erstreckt, wobei benachbart angeordnete Elektroden jeweils elektrisch isoliert sind. In diesem Fall handelt es sich bei der Flüssigkeit in dem Kanal um eine elektrorheologische Flüssigkeit.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Waschmaschine einen Überträger zum kontaktlosen Energieübertragen zur Trommel auf. Alternativ bevorzugt weist die Waschmaschine einen Schleifring zum kontaktbehafteten Energieübertragen zur Trommel auf.
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Vorzugsweise weist die Waschmaschine eine Steuereinrichtung auf, die eingerichtet ist, ein oder mehrere Elektromagnet-Segment(e) zu aktivieren. Damit kann eine gezielte Mitnahme bzw. ortsfeste Positionierung von kugelförmigen Gewichten in dem Kanal durch Einstellen der Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit mittels der Magnetfelder der einzelnen Elektromagnet-Segmente bewirkt werden.
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Vorzugsweise weist die Waschmaschine weiterhin mindestens einen Positionssensor zum Sensieren der Position der kugelförmigen Gewichte auf. Weiterhin weist die Waschmaschine bevorzugt messtechnische Mittel wie Kraftsensoren, Beschleunigungssensoren, Wegsensoren oder dergleichen auf, welche die statische und dynamische Unwucht der Trommel erfassen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
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1 eine schematische Querschnittsansicht einer Waschmaschine;
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2 eine schematische perspektivische Ansicht einer Trommel; und
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3 bis 7 jeweils eine schematische Querschnittsansicht der in 2 gezeigten Trommel, wobei Unwuchtkompensationen veranschaulicht sind.
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Positions- und Richtungsangaben beziehen sich auf die betriebsgemäße Aufstellposition der Waschmaschine.
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1 zeigte eine schematische Querschnittsansicht einer Waschmaschine 20. Die Waschmaschine 20 weist ein Gehäuse 1 auf, in dem ein Laugenbehälter 2 angeordnet ist. In dem Laugenbehälter 2 ist eine drehbar gelagerte und mittels eines elektrischen Motors 4 über einen Antriebsriemen 5 und eine Riemenscheibe 6 angetriebene Trommel 3 angeordnet. In der Trommel 3 befindet sich der Veranschaulichung halber zu waschende bzw. zu schleudernde Wäsche 15. Der Laugenbehälter 2 bzw. die Trommel 3 sind über Zugfedern 7a, 7b, 7c, 7d oben an dem Gehäuse 1 aufgehängt und werden unten über Schwingungsdämpfer 8a, 8b an dem Gehäuse 1 abgestützt. Zur Kompensation statischer und dynamischer Unwuchten befindet sich an der Trommel 3 eine Ausgleichseinrichtung mit einem Auswuchter 16a am Trommelboden und einem weiteren Auswuchter 16b an der Trommelkappe. Die Auswuchter 16a bzw. 16b weisen jeweils einen ringförmigen Kanal 9a bzw. 9b auf, in dem sich jeweils mindestens ein kugelförmiges Gewicht 10a bzw. 10b als Kompensationsmittel und eine magnetorheologische Flüssigkeit 11a bzw. 11b befinden, deren Viskosität durch Anlegen von magnetischen Feldern verändert werden kann. Die Kanäle 9a bzw. 9b sind konzentrisch zur Trommel 3 angeordnet. Weiterhin befinden sich ein Positionssensor 12, 13 an der Trommel 3, womit im gestellten Betrieb die Positionen der kugelförmigen Gewichte 10a und 10b relativ zur Trommel 3 bestimmt werden können. Die Viskositätsänderung der Flüssigkeiten 11a und 11b sollte hinsichtlich des Auswuchtumfangs sequentiell veränderbar sein. Dazu ist ein Elektromagnet (nicht gezeigt) segmentiert angeordnet, der sich ringförmig umlaufend um die Kanäle 9a bzw. 9b erstreckt, sodass die Viskosität der Flüssigkeiten 11a bzw. 11b in verschiedenen Segmenten der Kanäle 9a bzw. 9b unterschiedlich einstellbar ist. Die Anzahl der Elektromagnet-Segmente hängt von dem Durchmesser der Kanäle 9a, 9b und dem Durchmesser der kugelförmigen Gewichte 10a und 10b ab. Die Waschmaschine 20 weist weiterhin eine Steuereinrichtung 14 auf, die eingerichtet ist, ein oder mehrere Elektromagnet-Segment(e) zu aktivieren. Die Waschmaschine 20 weist weiterhin vorzugsweise messtechnische Mittel zum Messen der statischen und dynamischen Unwuchtmomente (nicht gezeigt) auf.
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2 zeigte eine schematische perspektivische Ansicht der Trommel 3 der in 1 gezeigten Waschmaschine 20. Elektromagnete 17a bzw. 17b erstrecken sich jeweils ringförmig umlaufend um die Kanäle (nicht sichtbar), die konzentrisch zur Trommel 3 angeordnet sind. Die Elektromagnete 17a bzw. 17b sind jeweils segmentiert, so dass die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeiten (nicht sichtbar) in den Kanälen, die in 2 nicht sichtbar sind, in verschiedenen Segmenten der Kanäle 9a bzw. 9b unterschiedlich einstellbar ist. Die Elektromagneten 17a bzw. 17b sind jeweils in sechs Elektromagnet-Segmente segmentiert, wobei in 2 nur vier Segmente des Elektromagneten 17b sichtbar sind. Die Anzahl der Elektromagnet-Segmente ist jedoch nur beispielhafter Natur.
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3 bis 7 zeigen jeweils eine schematische Querschnittsansicht der in 1 und 2 gezeigten Trommel 3, wobei Stellvorgänge veranschaulicht sind. In dem ringförmigen Kanal 9a befinden sich zwei Kugelzüge als kugelförmige Gewichte 10a und die magnetorheologische Flüssigkeit 11a, deren Viskosität durch Beaufschlagen mit einem magnetischen Feld verändert werden kann. Der Übersichtlichkeit halber sind die Elektromagneten 17a und 17b nicht gezeigt. Exemplarisch zeigen die Querschnittsansichten die Position der Wäsche 15 und der kugelförmigen Gewichte 10a in einem Schleuderprozess. Die Drehrichtung der Trommel 3 ist durch den Pfeil im Innern der Trommel 3 angedeutet.
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In 3 ist die Situation vor dem Schleuderprozess gezeigt. Die Wäsche 15 ist aufgrund der Schwerkraft im unteren Bereich der Trommel 3 angeordnet. Es ist keine Unwucht zu kompensieren, die sechs kugelförmigen Gewichte 10a, die zu zwei Zügen aus kugelförmigen Gewichten 10a bzw. zwei Kugelkonglomeraten zusammen gefasst sind, befinden sich in der 6.00 Uhr Position der Trommel 3. Die Flüssigkeit 11a ist in niederviskosem Zustand, so dass die kugelförmigen Gewichte 10a bei einer Drehzahl der Trommel 3 kleiner 50 min–1 in der 6.00 Uhr Position an der tiefsten Stelle abrollen, bezogen auf die betriebsgemäße Aufstellposition der Waschmaschine.
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Die in der 1 gezeigte Steuereinrichtung aktiviert und/oder deaktiviert im weiteren Verlauf des Schleuderprozesses in Abhängigkeit von Signalen von denen in 1 gezeigten Positionssensoren ein oder mehrere Elektromagnet-Segment(e).
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In der 4 ist die Situation während des Schleuderprozesses in einem Drehzahlbereich der Trommel 3 gezeigt, in dem die Wäsche 15 noch nicht an der Trommel 3 anliegt und frei fällt. In dieser Phase werden die kugelförmigen Gewichte 10a zunächst diametral gegenüber positioniert, so dass die registrierte Unwucht allein von der ungleichmäßigen Verteilung der Wäsche 15 herrührt. Dies geschieht dadurch, dass die Viskosität im Bereich des links befindlichen Zugs aus kugelförmigen Gewichten 10a stark durch Aktivieren des Elektromagneten in dem entsprechenden Abschnitt erhöht wird, wohingegen die Viskosität der Flüssigkeit 11a im Bereich des rechten Zugs aus kugelförmigen Gewichten 10a dünnflüssig bleibt. Erreicht der linke Zug aus kugelförmigen Gewichten 10a die 12.00 Uhr Position, wird die Flüssigkeit 11a durch Aktivieren des Elektromagneten in allen Elektromagnet-Segmenten überall zähflüssig geschaltet. 4 zeigt ein diametrales Positionieren der Züge aus kugelförmigen Gewichten 10a beim Wäschefall, bis die zwei Züge aus kugelförmigen Gewichten 10a eine diametrale Position zueinander aufweisen und bezüglich der Trommel 3 ortsfest fixiert werden können. Mit der diametralen Einstellung der Züge der kugelförmigen Gewichte 10a wird die Drehzahl der Trommel 3 sukzessive bis zur Anlegedrehzahl erhöht, die unterhalb der ersten Resonanzfrequenz liegt und bei der die Wäsche 15 am Mantel der Trommel 3 anliegt. Wenn die Anlegedrehzahl erreicht ist, wird eine Messung des statischen und dynamischen Unwuchtmoments mittels Kraftsensoren an den Federeinhängpunkten, durch Beschleunigungssensoren, durch Wegsensoren oder andere messtechnische Erfassungsmittel durchgeführt. Überschreitet das gemessene Umwuchtmoment eine vorbestimmte Schwelle, wird die Wäsche durch eine Reversierphase neu verteilt. Überschreitet das gemessene Umwuchtmoment die vorbestimmte Schwelle nicht, wird mit der Positionierung der kugelförmigen Gewichte 10a je nach Unwuchtsituation begonnen. Mit Kenntnis der Positionen der kugelförmigen Gewichte 10a, der Unwucht und dem sequentiellen niederviskos Schalten bzw. Reduzieren der Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit 11a in einzelnen Elektromagnet-Segmenten werden diese unter Einfluss der Gravitationskraft verschoben, so dass die kugelförmigen Gewichte 10a unter dem Einfluss der Schwerkraft entgegen der Drehrichtung in die Position wandern, die der Wäscheunwucht gegenüberliegt. In 5 ist eine Unwuchtsituation gezeigt, bei der sich beide Züge aus kugelförmigen Gewichten 10a diametral gegenüber liegen und sich bei dem Anlegen der Wäsche 15 an den Mantel der Trommel 3 eine Unwucht in 11.30 Uhr Position ausbildet, die durch Positionieren der kugelförmigen Gewichte 10a egalisiert werden kann. In den 6 und 7 ist der Stellvorgang schematisch visualisiert. Bei bekannter Position der Züge aus kugelförmigen Gewichten 10a wird der Stellvorgang unter dem Einfluss der Schwerkraft und der partiellen Reduzierung der Viskosität der Flüssigkeit 11a umgesetzt. Hierzu werden die beiden Züge aus kugelförmigen Gewichten 10a unter dem Einfluss der Gravitation entgegen der Drehrichtung in die Position wandern gelassen, die der Unwucht der Wäsche 15 gegenüberliegt. In 6 ist eine Situation dargestellt, bei der sich eine Unwucht der Wäsche 15 in 13.00 Uhr Position und die Züge aus kugelförmigen Gewichten 10a in der 2.00 Uhr Position und der 8.00 Uhr Position befinden. Nun wird die magnetorheologische Flüssigkeit 11a in den Segmenten 8.00 Uhr–9.00 Uhr sowie 2.00 Uhr bis 4.00 Uhr niederviskos eingestellt, sodass mit Hilfe der Gravitation beide Züge aus kugelförmigen Gewichten 10a in Richtung 6.00 Uhr verschoben werden wie in 7 schematisch gezeigt. Im Anschluss wird wieder das Unwuchtmoment gemessen. Wenn das gemessene Unwuchtmoment unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, wird die Drehzahl der Trommel 3 erhöht. Wenn sie unterhalb der maximalen Resonanzdrehzahl liegt, werden erneut die statischen und dynamischen Unwuchtmomente gemessen, die kugelförmigen Gewichte 10a evtl. neu positioniert und die Drehzahl der Trommel 3 weiter erhöht und die Schritte werden wiederholt, bis die maximale Resonanzdrehzahl überschritten wird. Wenn die maximale Resonanzdrehzahl überschritten ist, wird das vorstehende System nicht mehr als gestellte Einheit betrieben sondern die in 1 gezeigten Auswuchter 16a und 16b arbeiten als automatische Ausgleichseinrichtung, wobei die magnetorheologischen Flüssigkeiten 11a und 11b niederviskos eingestellt sind. Der Schleudervorgang wird fortgesetzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Laugenbehälter
- 3
- Trommel
- 4
- Antriebsmotor
- 5
- Antriebsriemen
- 6
- Riemenscheibe
- 7a, b, c, d
- Zugfedern
- 8a, b
- Schwingungsdämpfer
- 9a, b
- Kanal
- 10a, b
- kugelförmige Gewichte
- 11a, b
- Flüssigkeit
- 12
- Positionssensor
- 13
- Positionssensor
- 14
- Steuereinrichtung
- 15
- Wäsche
- 16a, b
- Auswuchter
- 20
- Waschmaschine
