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Die Erfindung betrifft eine Waschmaschine mit einem Beschleunigungssensor ein Verfahren zum Betreiben einer Waschmaschine sowie ein entsprechendes Steuergerät.
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Beim Betreiben einer Waschmaschine entstehen durch eine Unwucht in einer Trommel der Waschmaschine Schwingungen, die über Dämpfungselemente der Waschmaschine auf ein Gehäuse der Waschmaschine übertragen werden.
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Waschmaschine mit einem Beschleunigungssensor, ein Verfahren zum Betreiben einer Waschmaschine sowie ein entsprechendes Steuergerät mit den Merkmalen der Hauptansprüche vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Der beschriebene Ansatz basiert auf dem Einsatz eines kostengünstigen Beschleunigungssensors, der mechanisch mit einem Gehäuse der Waschmaschine gekoppelt ist. Vorteilhafterweise kann der Beschleunigungssensor in ein Steuergerät der Waschmaschine integriert werden, sodass keine umfangreiche Verkabelung zwischen dem Beschleunigungssensor und einer Auswerteeinrichtung oder Weiterverarbeitungseinrichtung erforderlich ist. Durch die Verwendung des Beschleunigungssensors werden zahlreiche Zusatzfunktionen ermöglicht. Die hier vorgestellte Lösung ist kostengünstig und einfach zu realisieren und bietet zahlreiche Möglichkeiten den Betriebszustand eines Waschautomaten zu analysieren und zu überwachen. Die Effekte sind in einem von dem Beschleunigungssensor bereitgestellten Messsignal gut nachweisbar.
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Es wird eine Waschmaschine mit einem Beschleunigungssensor vorgestellt, wobei der Beschleunigungssensor mit einem Gehäuse der Waschmaschine gekoppelt ist, um Schwingungen des Gehäuses zu erfassen.
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Eine Waschmaschine kann als Waschautomat bezeichnet werden. Ein Beschleunigungssensor kann ein Inertialsensor sein. Der Beschleunigungssensor kann die Schwingungen des Gehäuses in einem elektrischen Signal abbilden. Der Beschleunigungssensor kann starr oder geringfügig schwingungsgedämpft mit dem Gehäuse verbunden sein.
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Der Beschleunigungssensor kann im verbauten Zustand zumindest eine horizontale Erfassungsrichtung aufweisen. Eine horizontale Erfassungsrichtung kann sich auf eine bestimmungsgemäße Aufstellung der Waschmaschine beziehen. Dadurch kann ein einfacher Sensor verwendet werden.
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Der Beschleunigungssensor kann im verbauten Zustand zumindest eine vertikale Erfassungsrichtung aufweisen. Eine vertikale Erfassungsrichtung kann sich auf eine bestimmungsgemäße Aufstellung der Waschmaschine beziehen. Durch die vertikale Erfassung können insbesondere auf einen Untergrund unter der Waschmaschine übertragenen Schwingungen erfasst werden.
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Der Beschleunigungssensor kann ein dreidimensionaler Beschleunigungssensor sein. Ein dreidimensionaler Beschleunigungssensor kann ein besonders kostengünstiges Standardbauteil sein. Der dreidimensionale Beschleunigungssensor kann in drei orthogonal zueinander ausgerichteten Erfassungsrichtungen Beschleunigungen beziehungsweise Schwingungen erfassen.
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Der Beschleunigungssensor kann an einer Steuerplatine der Waschmaschine angeordnet sein. Die Steuerplatine kann an dem Gehäuse befestigt sein. Der Beschleunigungssensor kann auf der Steuerungsplatine des Waschautomaten hinter der Schalterblende untergebracht sein. Es wird ein Beschleunigungssensor auf einer Steuerungsplatine für eine Waschmaschine vorgeschlagen, hier vorzugsweise auf der Platine der Schalterblende. Durch die hier vorgeschlagene Anordnung des Beschleunigungssensors kann auf eine aufwendige Verkabelung verzichtet werden.
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Die Waschmaschine kann eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten eines Signals des Beschleunigungssensors aufweisen. Die Auswerteeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine Unwucht einer Trommel der Waschmaschine zu erkennen. Die Auswerteeinrichtung kann in Hardware und/oder Software in einem Steuergerät der Waschmaschine umgesetzt sein. Durch die Auswerteeinrichtung können wichtige Informationen zum Betrieb der Waschmaschine gewonnen werden.
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Die Auswerteeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, zumindest ein Drehzahlband für die Trommel unter Verwendung eines Ergebnisses der Auswertung zu sperren. Dadurch kann ein Betrieb der Waschmaschine im Bereich einer Resonanzfrequenz des Gehäuses vermieden werden, wodurch sich ein schwingungsarmer Betrieb ergibt.
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Die Auswerteeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, unter Verwendung des Signals ein dynamisches Ausrichten der Waschmaschine durchzuführen. Ferner kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um ein Erkennen eines Anschlagens der Trommel durchzuführen. Ferner kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um ein Erkennen eines Wanderns der Waschmaschine durchzuführen. Ferner kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um ein Erkennen eines Anschlagens von Wäsche durchzuführen.
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Ferner kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um ein Erkennen einer Gehäuseresonanz des Gehäuses durchzuführen. Ferner kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um ein Ermitteln einer Belastungskennzahl der Waschmaschine durchzuführen. Ferner kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um ein Messen einer Beladung der Trommel durchzuführen. Ferner kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um ein Messen einer Entwässerung von Wäsche durchzuführen. Auf diese Weise kann das Signal des Beschleunigungssensors auf unterschiedliche Weise weiterverwendet werden, um den Betrieb der Waschmaschine zu verbessern. Dadurch ermöglichte Kundenfunktionen, wie Ausrichtverfahren oder Resonanzdrehzahlausblendung, können in der Gebrauchsanleitung beschrieben werden.
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Weiterhin wird ein Verfahren zum Betreiben einer Waschmaschine vorgestellt, wobei die Waschmaschine einen Beschleunigungssensor aufweist, der mit einem Gehäuse der Waschmaschine gekoppelt ist. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Durchführens einer Auswertung eines, Schwingungen des Gehäuses repräsentierenden Signals des Beschleunigungssensors.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Das Steuergerät kann ausgebildet sein, um Eingangssignale einzulesen und unter Verwendung der Eingangssignale Ausgangssignale zu bestimmen und bereitzustellen. Ein Eingangssignal kann beispielsweise ein über eine Eingangsschnittstelle des Steuergeräts einlesbares Sensorsignal darstellen. Ein Ausgangssignal kann ein Steuersignal oder ein Datensignal darstellen, das an einer Ausgangsschnittstelle des Steuergeräts bereitgestellt werden kann. Das Steuergerät kann ausgebildet sein, um die Ausgangssignale unter Verwendung einer in Hardware oder Software umgesetzten Verarbeitungsvorschrift zu bestimmen. Beispielsweise kann das Steuergerät dazu eine Logikschaltung, einen integrierten Schaltkreis oder ein Softwaremodul umfassen und beispielsweise als ein diskretes Bauelement realisiert sein oder von einem diskreten Bauelement umfasst sein.
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Von Vorteil ist auch ein Computer-Programmprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann. Wird das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt, so kann das Programmprodukt oder Programm zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.
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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 Darstellung einer Waschmaschine mit einem Beschleunigungssensor gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 eine Darstellung eines Beschleunigungssensors gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 eine Darstellung einer Schwingungsamplitude an einem Gehäuse einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4 eine Darstellung eines Gehäuseschwingungsverhaltens einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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5 eine Darstellung eines Amplituden-Frequenzgangs bei unterschiedlicher Aufstellung einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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6 eine Darstellung eines Anschlagens einer Trommel einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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7 eine Darstellung eines Einflusses von Fertigungstoleranzen und/oder Montagetoleranzen auf eine Gehäuseresonanz einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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8 eine Darstellung eines Einflusses einer Unwuchtmasse auf eine Gehäuseamplitude einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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9 eine Darstellung eines Einflusses einer Aggregatmasse auf eine Resonanzfrequenz einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
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10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine Darstellung einer Waschmaschine 100 mit einem Beschleunigungssensor 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Waschmaschine 100 kann als Waschautomat bezeichnet werden. Der Beschleunigungssensor 102 ist auf einer Steuerungsplatine 104 der Waschmaschine 100 angeordnet. Die Steuerungsplatine 104 ist mit einem Gehäuse 106 der Waschmaschine 100 verbunden. Dadurch ist der Beschleunigungssensor 102 mit dem Gehäuse 106 mechanisch gekoppelt und kann Schwingungen des Gehäuses in einem Schwingungssignal 108 abbilden. Auf der Steuerungsplatine 104 ist ferner eine Auswerteeinrichtung 110 zum Auswerten des Schwingungssignals 108 angeordnet. Die Steuerungsplatine 104 ist Teil eines Steuergeräts 112 zum Betreiben der Waschmaschine 100.
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Gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele ist die Auswerteeinrichtung 110 oder eine weitere Einrichtung der Waschmaschine 100 ausgebildet, um unter Verwendung des Schwingungssignals 108 und einer geeigneten Verarbeitungsvorschrift ein Steuersignal zum dynamischen Ausrichten der Waschmaschine 100 an einen Aktor der Waschmaschine 100 bereitzustellen, ein Anschlagen der Trommel zu erkennen und ein das Anschlagen anzeigendes Anschlagsignal bereitzustellen, ein Wandern der Waschmaschine 100 zu erkennen und ein das Wandern anzeigendes Wandersignal bereitzustellen, ein Anschlagen von Wäsche zu erkennen und ein das Anschlagen anzeigendes Wäscheanschlagsignal bereitzustellen, eine Gehäuseresonanz des Gehäuses 106 zu erkennen und ein die Gehäuseresonanz repräsentierendes Resonanzsignal bereitzustellen, eine Belastungskennzahl der Waschmaschine 100 zu erkennen und ein die Belastungskennzahl repräsentierendes Belastungskennzahlsignal bereitzustellen, eine Beladung der Trommel zu messen und ein die Beladung repräsentierendes Beladungssignal bereitzustellen und/oder eine Entwässerung von Wäsche zu messen und ein die Entwässerung repräsentierendes Entwässerungssignal bereitzustellen. Die bereitgestellten Signale können weiterverarbeitet werden, um den Betrieb der Waschmaschine 100 zu optimieren.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Folgenden eine Unwuchtzustandserkennung mit einem 3D-Beschleunigungssensor 102 beschrieben. Der Beschleunigungssensor 102 kann als Sensorik zur Überwachung von Betriebszuständen des Waschautomaten 100 verwendet werden.
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Das Gehäuse 106 des Waschautomaten 100 wird durch die Bewegung des schwingenden Aggregates 114 im Schleuderprozess ebenfalls zu Schwingungen angeregt. Dabei soll die Amplitude des Gehäuses 106 im Bereich einer Schalterblende nicht über 0,5 mm steigen, damit das Display des Waschautomaten 100 jederzeit ablesbar ist. Außerdem können erhöhte Amplituden bei untergebauten Geräten zum Anschlagen an benachbarten Schränken führen. Die Neigung zum Wandern nimmt ebenfalls mit steigender Gehäuseamplitude zu.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz erfolgt eine Überwachung der Gehäuseschwingung durch den Beschleunigungssensor 102, wie er beispielsweise in 2 dargestellt ist. Durch den Beschleunigungssensor 102 ist die Auswerteeinrichtung 110 dazu ausgebildet die in den 3 bis 9 beschriebenen Funktionen auf Basis dieser Messung, wie ein dynamisches Ausrichtverfahren, eine Resonanzausblendung, eine Anschlagerkennung, eine Versatzerkennung, eine Erkennung von Wäschezipfeln, eine Überwachung von Fertigungseinflüssen, eine Bewertung von Bauteilschädigungen, eine Beladungsmessung, eine Unwuchterkennung und/oder eine Entwässerungsmessung auszuführen.
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Eine in der Trommel 114 ausgebildete Unwucht kann auch durch eine direkte Messung der Schwingbewegung des Aggregates 114 über einen SEBAD-Sensor, 3D-Wegsensor oder 3D-Beschleunigungssensor ermittelt werden. Der SEBAD-Sensor kann eingesetzt werden, um Unwuchten im überkritischen Drehzahlbereich zu sensieren. Der 3D-Beschleunigungssensor kann Unwuchten im überkritischen Drehzahlbereich in Betrag und Phase ermitteln. Eine Messung der Beladung kann mittels induktivem Wegaufnehmer oder 3D-Wegsensor erfolgen.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz kann auf die Verwendung von zusätzlichen Sensoren am Aggregat 114 verzichtet werden. Dadurch entfällt auch eine aufwendige und dauerschwingfeste Verkabelung und/oder Verschlauchung zur Steuerung 112 des Waschautomaten 100. Der 3D-Wegsensor und der induktive Wegaufnehmer messen den Abstand zwischen Aggregat 114 und Gehäuse 106, wobei hier die Verkabelung zwar nicht mit dem Aggregat 114 mitschwingt, aber dennoch recht lang ausfällt, da die Sensoren relativ weit weg von der Waschautomatensteuerung 112 entfernt montiert werden.
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Die Unwucht kann auch über eine Messung des Drehzahlintegrals des Motors erkannt werden. Dabei kann sich die Unwucht bis zum Endschleudern noch deutlich ändern, was durch Messung des Drehzahlintegrals nicht mehr erkannt werden kann.
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2 zeigt eine Darstellung eines Beschleunigungssensors 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Beschleunigungssensor in 1 kann dem dargestellten Beschleunigungssensor 102 im Wesentlichen entsprechen. Der Beschleunigungssensor 102 umfasst zumindest einen Inertialsensorbaustein 200 und eine Leiterplatte 202. Auf der Leiterplatte 202 sind drei Erfassungsrichtungen X, Y, Z dargestellt, die entsprechend einem Maschinenkoordinatensystem der Waschmaschine ausgerichtet sein können. Der Beschleunigungssensor 102 kann jedoch in jeglicher Lage an der Steuerplatine befestigt sein. Dann kann eine Umrechnung der erfassten Beschleunigungen in das Maschinenkoordinatensystem erfolgen. Die Leiterplatte 202 umfasst weiterhin elektrische Anschlüsse für den Beschleunigungssensor 102 und Elektronikbauelemente zum Betreiben des Inertialsensorelements 200. Beispielhaft ist in 2 ein 5g-3D-Beschleunigungssensor 200 im verbauten Zustand dargestellt, der für das beschriebene Prinzip gut verwendbar ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein kostengünstiger Beschleunigungssensor 102, wie er beispielsweise in Handys eingesetzt wird, in horizontaler Ausrichtung auf der Leiterplatte 202 dargestellt. Der Beschleunigungssensor 102 kann hinter der Schalterblende zur Messung der Gehäuseamplitude angeordnet sein. Der Beschleunigungssensor 102 kann durch eine entsprechende Auswerteschaltung und Software ausgewertet werden.
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3 zeigt eine Darstellung einer Schwingungsamplitude 300 an einem Gehäuse einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. Ein Graph der Schwingungsamplitude 300 ist in einem Diagramm dargestellt, das auf seiner Abszisse eine Zeit in Sekunden [s] und auf seiner Ordinate eine horizontale Auslenkung des Gehäuses in Millimetern [mm] aufgetragen hat. Zusätzlich ist an der Ordinate eine Drehzahl einer Trommel der Waschmaschine in Umdrehungen pro Minute [U/min] angetragen. Ein Graph der Drehzahl ist dem Graphen der Schwingungsamplitude 300 zeitlich korreliert überlagert dargestellt.
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Die Waschmaschine wechselt hier aus einer Waschphase oder Spülphase in eine Schleuderphase. Dabei wird die Drehzahl der Trommel zum Ende der Waschphase oder Spülphase in einer sehr flachen Drehzahlrampe angehoben. Am Anfang der Schleuderphase folgt eine sehr steile Drehzahlrampe, um Resonanzfrequenzen 302, 304 eines Aggregats der Waschmaschine, also der Trommel und des schwingungsfähig gelagerten Laugenbehälters, schnell zu durchfahren. Anschließend folgt eine etwas flachere Drehzahlrampe bis zu einer Enddrehzahl der Schleuderphase.
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In der Waschphase oder Spülphase ist die Schwingungsamplitude 300 sehr gering. Am Anfang der Schleuderphase steigt die Schwingungsamplitude 300 stark an und erreicht bei einer horizontalen Resonanzfrequenz 302 des Aggregats ein erstes lokales Maximum. Bei einer vertikalen Resonanzfrequenz 304 des Aggregats erreicht die Schwingungsamplitude 300 ein zweites lokales Maximum.
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Nach dem Durchfahren der Resonanzfrequenzen 302, 304 verharrt die Schwingungsamplitude 300 kurz auf einem niedrigen Niveau und steigt dann bis zu einer Resonanzfrequenz 306 des Gehäuses exponentiell an. Nach dem Durchfahren der Resonanzfrequenz 306 des Gehäuses fällt die Schwingungsamplitude 300 wieder auf ein mittleres Niveau ab.
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Unterhalb des Diagramms der Schwingungsamplitude 300 des Gehäuses sind zwei weitere Diagramme angeordnet, die den Resonanzfrequenzen 302, 304 zugeordnet sind. Dabei ist jeweils eine Amplitude des Aggregats in Millimetern [mm] über die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute [U/min] aufgetragen. In den Diagrammen sind mehrere Graphen für unterschiedliche Unwuchtmassen dargestellt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist in 3 eine Messung der Schwingamplitude 300 eines Waschautomatengehäuses bei konstanter Unwucht über den gesamten Drehzahlbereich dargestellt. Zusätzlich zeigt 3 die horizontalen und vertikalen Aggregatschwingungen bei verschiedenen Unwuchten und Drehzahlen. Anhand der Verbindungspfeile zwischen den Teilabbildungen ist erkennbar, dass erhöhte Aggregatschwingungen aufgrund von Resonanzen, direkt im Messsignal des Gehäuses auffindbar sind.
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Das Schwingverhalten des Gehäuses wird aber außerdem von einigen im Folgenden näher beschriebenen Faktoren beeinflusst, sodass selbst dann, wenn eine Freigabeprüfung für die Gehäuseamplitude unter Laborbedingungen bestanden wurde, im Betrieb trotzdem eine erhöhte Schwingamplitude 300 des Gehäuses auftreten kann.
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Durch Messung der insbesondere horizontalen Schwingamplitude 300 des Gehäuses mit einem kostengünstigen Beschleunigungssensor direkt auf der Steuerungsplatine hinter der Schalterblende des Waschautomaten, in Verbindung mit der angesteuerten Schleuderdrehzahl, können wichtige Informationen über den Betriebszustand des Gerätes abgeleitet werden.
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Prinzipiell ist für die im Folgenden beschriebenen Funktionen nur ein eindimensionaler Beschleunigungssensor, der in horizontaler Richtung die Gehäuseschwingung misst, erforderlich. Über einen dreidimensionalen Beschleunigungssensor können zusätzliche Informationen zu den Betriebszuständen des Waschautomaten erfasst werden, um die Sicherheit in der Messung zu vergrößern. Beispielsweise kann anhand der gemessenen axialen Gehäuseschwingung auf die dynamische Unwucht in der Trommel geschlossen werden, was u.a. die Berechnung der Bauteilschädigung genauer macht. Eine Auswertung der vertikalen Gehäuseschwingung liefert zusätzliche Hinweise, ob ein Waschautomat wandert oder versetzt.
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4 zeigt eine Darstellung eines Gehäuseschwingungsverhaltens einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Gehäuseschwingungsverhalten ist anhand einer Kurvenschar 400 in einem Diagramm dargestellt, das auf der Abszisse eine bezogene Drehzahl in Prozent und auf der Ordinate eine bezogene horizontale Wegamplitude in Prozent aufgetragen hat. Zum Erfassen der Kurven 400 ist eine Waschmaschine sechs Mal aufgestellt und ein Schwingungsverlauf am Gehäuse aufgezeichnet worden. Dabei ist erkennbar, dass eine Resonanzfrequenz des Gehäuses stark von der Aufstellung der Waschmaschine abhängig ist. Die Resonanzfrequenz variiert innerhalb der Kurvenschar 400. Die niedrigste erfasste Resonanzfrequenz ist um 40 Prozent niedriger als die höchste Resonanzfrequenz. Dabei ist die Amplitude bei der niedrigsten Resonanzfrequenz um 136 Prozent höher, als bei der höchsten Resonanzfrequenz.
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Wird der Waschautomat nicht sorgfältig genug aufgestellt, kommt es zu einer Reduzierung der Gehäuseresonanz und zu einer erhöhten Schwingamplitude im Schleuderprozess oder das Gerät fängt bei hoher Unwucht an zu wandern. Das Aufstellen des Gerätes nur mit Wasserwaage kann unzureichend sein. Aus diesem Grund wird im Laborbereich auch das sogenannte dynamische Ausrichten des Gerätes durchgeführt, bevor die bereits erwähnte Freigabeprüfung durchgeführt wird.
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Das richtige Ausrichten eines Waschautomaten nach dem Aufstellen ist sehr schwierig und eigentlich nur durch einen Fachmann zu bewerkstelligen. Es ist aber für den sicheren Betrieb und für eine möglichst geringe Gehäuseschwingung des Waschautomaten beim Schleudern wichtig. In einem Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, ein dynamisches Ausrichtverfahren für einen Anwender ausführbar zu machen. Zusätzlich zu dem Beschleunigungssensor wird dazu eine Anzeige im Waschautomaten Display eingeblendet.
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Für das dynamische Ausrichtverfahren wird etwas Wäsche oder ein Gegenstand, wie beispielsweise ein Turnschuh in die Trommel gegeben. Anschließend wird die Trommel beschleunigt und auf eine Drehzahl gebracht, bei der sich die Wäsche oder der Gegenstand an die Trommelwand anlegt. Auf diese Weise wird eine konstante Unwuchtanregung des Waschautomaten Gehäuses erreicht.
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Der Beschleunigungssensor misst nun die Gehäuseschwingung und zeigt sie im Waschautomaten Display an, beispielsweise als Balken. Daraufhin wird eine Aufforderung ausgegeben, den ersten Waschautomaten Fuß, beispielsweise vorne rechts, im Uhrzeigersinn zu drehen. Wird die Schwingamplitude größer, ist die Drehrichtung die falsche und es wird eine Aufforderung ausgegeben, die Drehrichtung umzukehren.
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Die Gehäuseamplitude sollte jetzt kleiner werden, was über die Balkenanzeige erkennbar ist. Die Auswerteeinrichtung erkennt, wann die Gehäuseamplitude ein Minimum erreicht. Ist das der Fall, können reihum auch die anderen Waschautomaten Füße optimal eingestellt werden.
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In 4 ist deutlich der Einfluss der Aufstellbedingungen auf die Gehäuseschwingung und Gehäuseresonanz erkennbar. Die ungünstigste Aufstellung führt gegenüber der optimalen Aufstellung zu einer um 40% reduzierten Gehäuseresonanz und gleichzeitig zu einer mehr als doppelt so großen maximalen Schwingamplitude des Gehäuses.
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Wenn große Schwingamplituden des Gehäuses im Schleuderprozess von dem Waschautomaten festgestellt werden, kann das hier vorgeschlagene dynamische Aufstellen im Menü als Option angeboten werden, um das Problem zu lösen. Dadurch kann ein geringerer Wartungsaufwand erreicht werden.
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Insbesondere kann das dynamische Aufstellen verwendet werden, wenn besonders exakte Aufstellbedingungen nötig sind.
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5 zeigt eine Darstellung eines Amplituden-Frequenzgangs 500 bei unterschiedlicher Aufstellung einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie in 4 ist der Amplituden-Frequenzgang 500 in einem Diagramm dargestellt, das auf der Abszisse eine bezogene Drehzahl in Prozent und auf der Ordinate eine bezogene horizontale Wegamplitude in Prozent aufgetragen hat. Auch hier ist eine Waschmaschine mehrfach aufgestellt und jeweils ein Schwingungsverlauf am Gehäuse aufgezeichnet worden. Im Gegensatz zu 4 ist die Waschmaschine beim Aufstellen bestmöglich beziehungsweise optimal ausgerichtet worden. Die aufgezeichneten Schwingungsverläufe sind im Gegensatz zu 4 sehr ähnlich.
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Flexible Untergründe, wie z. B. Holzfußböden, führen zu einem ähnlichen Effekt wie in 4. Es kann hier auch bei gut ausgerichtetem Gerät durch Reduzierung der Gehäuseresonanz dazu kommen, dass im Endschleudern über einen längeren Zeitraum in der Resonanzfrequenz des Gehäuses geschleudert wird, was zu hohen Gehäuseamplituden oder zum Wandern beziehungsweise Versetzen des Gerätes führen kann.
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Mit dem vorgeschlagenen Beschleunigungssensor ist es möglich zu erkennen, ob Gehäuseresonanzen in Drehzahlbereichen auftreten, in denen bei festem Untergrund und optimaler Aufstellung normalerweise keine Resonanzen auftreten.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, Drehzahlbereiche automatisch auszublenden, sodass es nicht passieren kann, dass zufällig eine über einen längeren Zeitraum konstant gehaltene Schleuderdrehzahl beziehungsweise ein Drehzahlplateau mit einer Gehäuseresonanz zusammenfällt.
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Gegebenenfalls kann durch die Steuerung auch ein Hinweis ausgegeben werden, dass Aufstellbedingungen nicht optimal sind.
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In 5 ist ein Einfluss des Untergrundes auf das Schwingungsverhalten des Waschautomaten Gehäuses, jeweils bei optimaler Ausrichtung dargestellt. Ist das Schleuderprofil für den Waschautomaten auf einen steifen Untergrund (durchgezogene Linie) abgestimmt, mit einem Schleuderplateau bei beispielsweise 67% bezogene Drehzahl, steigt die Schwingamplitude bei dieser Drehzahl für denselben Waschautomaten auf einem etwas weicheren Untergrund um mehr als das Doppelte an. Insofern macht es Sinn, durch die Steuerung bestimmte Drehzahlplateaus auszublenden beziehungsweise zu vermeiden und stattdessen mit etwas höherer oder niedrigerer Drehzahl zu schleudern.
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Kritische Untergründe wie Holzfußböden können ferner ein Problem darstellen, weil von der Waschmaschine eingeleitete Vibrationen auf andere Einrichtungsgegenstände weitergeleitet werden. In einem Ausführungsbeispiel werden solche Drehzahlen ebenfalls ausgeblendet.
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Dazu ist nicht erforderlich die Eigenfrequenz des Fußbodens messtechnisch zu erfassen. Zur wirksamen Resonanzausblendung reicht es aus, die Frequenz bei der das Gesamtsystem Waschautomaten und Fußboden eine erhöhte Amplitude aufweist, zu erkennen.
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Die Schalterblendenbaugruppe, die den vorgeschlagenen Sensor enthält, ist konstruktiv relativ steif an das Gehäuse angebunden. Ist der Punkt konstruktiv berücksichtigt, liefert der Sensor ein analoges Messsignal 500, wie in 5 dargestellt.
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6 zeigt eine Darstellung eines Anschlagens einer Trommel einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Anschlagen ist durch einen Amplitudenverlauf 600 dargestellt, der eine Auslenkung eines Aggregats einer Waschmaschine über die Zeit repräsentiert. Vor dem Anschlagen weist der Amplitudenverlauf 600 eine sinusähnliche Form auf. Während des Anschlagens ist der Amplitudenverlauf 600 im Bereich seiner Maxima 602 unregelmäßig beziehungsweise zackig. Beim Anschlagen kollidiert hier das Aggregat mit dem Türschauglas der Waschmaschine.
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Eine Unwuchterkennung am schwingenden Aggregat kann mit einem relativ hohen Messfehler behaftet sein. Aus diesem Grund kann es vorkommen, das Unwuchten hochgeschleudert werden, für die der Schleuderprozess eigentlich unterbrochen werden müsste, um die Wäsche neu verteilen zu können. Die Folge ist, dass das Aggregat aufgrund der hohen Schwingamplitude von innen am Gehäuse oder am Türschauglas anschlägt, was zu einer störenden Geräuschentwicklung führt.
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Es kann bei ungünstiger Unwuchtausbildung trotz der serienmäßigen Unwuchterkennung vorkommen, das das schwingende Aggregat am Gehäuse oder am Türschauglas anschlägt. Dies ist als lautes Geräusch deutlich wahrnehmbar. In einem Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, den Kontakt zwischen Gehäuseseitenwand oder Türschauglas und Aggregat an einem sprunghaften Anstieg der Gehäuseamplitude zu erkennen. Dabei kann der Schleuderprozess sofort abgebrochen werden. Möglich wäre auch eine Erkennung dieses Ereignisses durch ein verändertes Frequenzspektrum, denn es werden durch das Anschlagen des Aggregates nun auch andere Resonanzfrequenzen angeregt, die der vorgeschlagene Sensor mit erfasst.
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In 6 ist die Störung der Aggregatschwingung durch Anschlagen des Aggregats am Türschauglas dargestellt. Ein entsprechender Gegenimpuls ist bei der durch den vorgeschlagenen Sensor gemessenen Gehäuseschwingung beobachtbar.
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Eine Erkennung des Anschlagens vom Aggregat an Gehäusebauteile sollte aufgrund des sich sprunghaft ändernden Beschleunigungssignals ebenso möglich sein.
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Unter bestimmten Bedingungen kann es dazu kommen, dass ein Waschautomat im Schleuderbetrieb anfängt zu wandern oder zu versetzen, ohne dass die derzeit verwendete Sensorik im Waschautomaten dies erkennen und den Schleuderprozess abbrechen könnte.
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In einem Ausführungsbeispiel wird ein Waschautomaten Versatz oder ein Waschautomatenwandern, das eine Folge von hohen Unwuchten und schlechten Aufstellbedingungen des Waschautomaten sein kann, durch die Auswerteeinrichtung erkannt. Das Versetzen und/oder Wandern kann durch eine Drift des Mittelwertes der gemessenen Schwingamplitude erkannt werden. Die Ursache dafür liegt in der kontinuierlichen Bewegung des Gehäuses, die in einer Richtung geringfügig größer ist als in der Gegenrichtung, was durch die Überschreitung der Haftreibung der Waschautomaten Füße in einer Richtung zustande kommt.
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Auch in dem Fall kann, um den sicheren Betrieb des Waschautomaten zu gewährleisten, der Schleuderprozess sofort abgebrochen werden. Dadurch kann verhindert werden, dass der Waschautomat durch das Wandern von einem Sockel fällt.
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Der Übergang zwischen starken Gehäuseschwingungen und dem Wandern eines Waschautomaten ist zwar fließend. Es gibt aber bezüglich der erfassten Beschleunigungen einen qualitativen Unterschied. Bei starken Schwingungen aber feststehendem Gerät pendelt die gemessene Beschleunigung symmetrisch um die Nulllage (d. h., der Mittelwert ist null). Beim Wandern tritt hingegen eine Drift im Messsignal auf.
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Andere Effekte können zwar im Messsignal auftauchen, allerdings kann die beschriebene Drift durch das Wandern des Waschautomaten erzeugt werden und ist somit unter den oben beschriebenen Bedingungen eindeutig nachweisbar.
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Beim Waschen und Schleudern von Wäsche können sich Wäschezipfel ausbilden, die sich in den Spalt zwischen Trommel und Türdichtring einziehen können, was zu einer starken Beanspruchung und unter Umständen sogar zu Löchern in der Wäsche führt. Da der Wäschezipfel mit der sich drehenden Trommel umläuft, wird er einmal pro Umdrehung am Wäscheabweiser des Türdichtrings vorbeigeführt, was als unangenehmes und lautes Geräusch deutlich wahrnehmbar ist.
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Da durch die am Wäscheabweiser vorbeigeführte Wäsche, ein Kraftimpuls in das Gehäuse eingeleitet wird, kann dieser in einem Ausführungsbeispiel durch die Auswerteeinrichtung erkannt werden. Bei erkanntem Kraftimpuls kann der Schleuderprozess beendet und die Wäsche neu verteilt werden.
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Wäschezipfel können erkannt werden, wenn Sie einen Impuls auf den Wäscheabweiser übertragen. Der Wäscheabweiser ist aggregat-/laugenbehälterseitig montiert, wodurch der Hauptimpuls auf das Aggregat und erst über dessen Koppelelemente an das Gehäuse sowie ein kleiner Teil des Impulses gedämpft durch den Türdichtring über die Einknüpfung auf die Vorderwand und von dort auf den Rest des Gehäuses übertragen wird. Damit kann der seltene Fall, dass Wäsche oder Wäscheabweiser durch das langandauernde Anschlagen Schaden nehmen, erkannt werden, sofern der Impuls durch die Größe des Wäschezipfels oder eine hohe Drehzahl stark genug ist und keine Überlagerung mit anderen drehzahlabhängigen Effekten vorliegt.
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Der durch Wäschezipfel am Wäscheabweiser ausgelöste Impuls wird vorrangig über den Türdichtring auf das Gehäuse übertragen. Der Impuls ist messtechnisch erfassbar. Der Türdichtring weist vor allem im oberen Drehzahlbereich nahezu keine Dämpfung mehr auf, die eine Erfassung des Impulses mit der vorgeschlagenen Messvorrichtung erschweren könnte.
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Gleichzeitig steigt mit zunehmender Drehzahl die Steifigkeit des Türdichtrings an, was die Erkennung des Impulses außerdem begünstigt.
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7 zeigt eine Darstellung eines Einflusses von Fertigungstoleranzen und/oder Montagetoleranzen auf eine Gehäuseresonanz einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hier sind zwei Amplitudenverläufe 700, 702 in einem Drehzahl-Amplituden-Diagramm dargestellt. Der erste Amplitudenverlauf 700 ist an einer ersten Waschmaschine, der zweite Amplitudenverlauf 702 ist an einer zweiten Waschmaschine aufgenommen worden. Beide Amplitudenverläufe 700, 702 unterscheiden sich deutlich voneinander. Die erste Waschmaschine weist eine höhere Resonanzfrequenz auf, als die zweite Waschmaschine. Die zweite Waschmaschine schwingt in Resonanz mit einer größeren Amplitude, als die erste Waschmaschine.
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Aufgrund von Fertigungstoleranzen und/oder Montagetoleranzen kann es dazu kommen, dass sich die zuvor beispielsweise in einer Freigabeprüfung bestimmte Gehäuseresonanzfrequenz verschiebt. Problematisch ist es, wenn sich die Resonanz so stark verschiebt, dass sie mit einer Drehzahl des Schleuderprofils zusammenfällt und dann über einen längeren Zeitraum das Gerät in der Resonanz betrieben wird. Es kann durch Fertigungseinflüsse auch dazu kommen, das sich das Dämpfungsverhalten des Gehäuses ändert. In dem Fall ändert sich die Resonanzfrequenz nicht, allerdings steigt die Schwingamplitude aufgrund der unter Umständen geringeren Dämpfung trotzdem. Das heißt, es kann vorkommen, das eine freigegebene Gehäusebauart durch sich ändernde Fertigungseinflüsse die bereits erwähnten Grenzwerte für die Schwingamplitude übersteigt.
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Im Folgenden werden zusätzliche Messmöglichkeiten, die aus der Analyse des Schwingverhaltens des Waschautomaten Gehäuses abgeleitet werden können, beschrieben.
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Da am Bandendtest jeder Waschautomat kurz in Betrieb genommen wird, kann durch die hier vorgeschlagene Sensorik bei der Gelegenheit geprüft werden, ob die Resonanzfrequenz des Gehäuses in dem Bereich liegt, wo sie entsprechend Freigabeprüfung liegen soll. Zu diesem Zweck kann eine Vorrichtung verwendet werden, die das Ausrichten des Waschautomaten automatisch vornimmt, indem der Waschautomat mit seinen vier Füßen auf Wägezellen gestellt wird, wobei mindestens eine davon vertikal verstellbar ist. Die Vorrichtung stellt sich vor der Resonanzmessung nun automatisch so ein, dass eine möglichst gleichmäßige statische Kraftverteilung über alle vier Füße gegeben ist.
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Wenn die Resonanzfrequenz montage- oder fertigungsbedingt zu niedrig ist, kann durch Einbringen von Zusatzelementen, wie zusätzlichen Schrauben oder anderen Versteifungselementen, die Resonanzfrequenz nachträglich beeinflusst und in den gewünschten Bereich verschoben werden.
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In einem Ausführungsbeispiel wird eine gerätespezifische Übertragungsfunktion eingemessen und in der Steuerung des Waschautomaten gespeichert, um die weiteren beschriebenen Funktionen, für die die Übertragungsfunktion benötigt wird, genauer zu machen. Wie oben beschrieben, führen Fertigungs- und Montagetoleranzen zu Resonanzverschiebungen, die sich auch auf die Übertragungsfunktion auswirken. In einem Ausführungsbeispiel kann eine aus mehreren Referenzmessungen gemittelte Kurve verwendet werden.
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In 7 ist ein Einfluss von Fertigungs- und Montagetoleranzen auf das Schwingverhalten bzw. die Gehäuseresonanz des Waschautomaten Gehäuses zweier (nahezu) baugleicher Varianten dargestellt.
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Fertigungstoleranzen/Fertigungseinflüsse sind ausgesprochen vielfältig. Die fertigungsbedingte Unwucht der rotierenden Trommel, die Übertragungselemente in ihrem Neu- und Einlaufzustand sowie die Eigenfrequenzen der einzelnen Baugruppen einschließlich der Gehäusebaugruppe und insbesondere der Schalterblendenbaugruppe, die ein genannter Anbindungspunkt für den Beschleunigungssensor ist. In der Messkette sind diverse Fehlerquellen zu berücksichtigen.
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Vorteilhafterweise wird der Waschautomat bestmöglich ausgerichtet, um Einflüsse durch Fertigungstoleranzen im Messsignal erkennen zu können. In einem Ausführungsbeispiel wird das Ausrichten automatisiert durchgeführt. Generell ist Nacharbeit an Waschautomaten in der Fertigung unerwünscht und sollte vermieden werden.
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Der hier vorgeschlagene Test bringt aber die Sicherheit, dass kein Gerät ausgeliefert wird, das aufgrund von Toleranzen möglicherweise eine reduzierte Gehäuseresonanz beziehungsweise eine erhöhte Gehäuseamplitude aufweist und Grenzwerte nicht einhält.
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Sollte ein Gerät bei diesem Test auffällig werden, kann durch Nacharbeit das Standverhalten noch positiv beeinflusst werden.
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Es ist derzeit nicht möglich, im Betrieb des Waschautomaten die Bauteilschädigungen, die sich aus den Schleuderhochläufen mit hohen Unwuchten ergeben, zu messen oder zu überwachen und auf eine Restlebensdauer stark belasteter Bauteile zu schließen.
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Es kann auf Basis von FEM-Simulationen (Finite Elemente Methode) von der Unwucht in der Trommel und der Schleuderdrehzahl auf die Bauteilbelastung bzw. Bauteilschädigung einiger Aggregatbauteile beim Schleuderprozess geschlossen werden. Das heißt, es ist möglich die Bauteilschädigung, die durch einen Schleuderprozess verursacht wurde, in der Waschautomaten Steuerung zu berechnen und daraus eine Restlebensdauer für diese Bauteile abzuschätzen. Diese berechnete Lebensdauer darf aber nicht mit der tatsächlichen Restlebensdauer gleichgesetzt werden, da der Einfluss von schwankenden Material- und Bauteileigenschaften in dieser Berechnung nicht berücksichtigt werden kann. Somit gibt die abgeschätzte Restlebensdauer eher die Größenordnung wieder. Ferner gibt es Aggregatbauteile die eine höhere Schädigung bei einer dynamischen Unwucht erfahren. Diese wird mit dem vorgeschlagenen System allerdings nicht ausgewertet.
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In einem Ausführungsbeispiel wird durch die Auswerteeinrichtung ein Hinweis bereitgestellt, der auf Basis der berechneten Restlebensdauer anzeigt, wann eine Wartung des Gerätes durch den Kundendienst erforderlich/sinnvoll ist.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird diese Information genutzt, um durch die Waschautomatensteuerung Lebensdauer verlängernde Maßnahmen einzuleiten, wie beispielsweise die maximale Unwucht, die normalerweise noch hochgeschleudert wird, zu reduzieren.
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Eine Kennzahl zur Erfassung der Bauteilabnutzung oder hier als Bauteilschädigung beschrieben, scheint möglich, wobei die Kennzahl eher eine kumulierte Belastungskennzahl ist.
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8 zeigt eine Darstellung eines Einflusses einer Unwuchtmasse auf eine Gehäuseamplitude einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei ist wie in 4 eine Kurvenschar 800 in ein Diagramm eingetragen, das auf der Abszisse eine bezogene Drehzahl in Prozent und auf der Ordinate eine bezogene horizontale Wegamplitude in Prozent aufgetragen hat. Dabei ist erkennbar, dass allgemein die Auslenkung größer wird, umso größer die Unwucht ist.
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Die Messung der durch Wäsche verursachten Unwucht kann durch einen separaten Sensor durchgeführt werden, der fest am schwingenden Aggregat montiert ist. Alternativ kann durch Messung der Motorleistung auf die Unwucht geschlossen werden.
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Durch die Unterbringung des Beschleunigungssensors auf der Steuerungsplatine wird nicht direkt die Bewegung des schwingenden Aggregates gemessen, um auf die Unwucht in der Trommel zu schließen, sondern die durch die Aggregatschwingung verursachte Gehäuseschwingung. Da zwischen Aggregatschwingung und Gehäuseschwingung eine drehzahlabhängige Übertragungsfunktion existiert, die in der Waschautomaten Steuerung abgespeichert ist, wird in einem Ausführungsbeispiel durch die Auswerteeinrichtung auf Basis der gemessenen Gehäuseschwingung auf die Unwucht in der Trommel geschlossen.
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In 8 ist die Abhängigkeit der Gehäuseamplitude von der Unwucht in der Trommel dargestellt. Insbesondere wird die Unwuchtmessung bei einer Drehzahl durchgeführt, die nicht nah an der Aggregat- und Gehäuseresonanz liegt. Beispielsweise wird die Unwuchtmessung bei 30% der bezogenen Drehzahl durchgeführt, da ansonsten die direkte Abhängigkeit zwischen Unwucht und Gehäuseschwingung nicht gegeben ist.
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Eine Unwuchtmessung beziehungsweise Unwuchterkennung ist grundsätzlich möglich, da die anregende Kraft, die abhängig von der Unwuchtmasse und der Drehzahl ist, über eine bestimmte Übertragungsfunktion Schwingungen auf das Gehäuse übertragen wird.
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9 zeigt eine Darstellung eines Einflusses einer Aggregatmasse auf eine Resonanzfrequenz einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dafür ist eine Kurvenschar 900 mehrerer Formfaktoren in einem Drehzahl-Formfaktor-Diagramm dargestellt. Zu erkennen ist, dass sich das Maximum des Formfaktors mit zunehmender Aggregatmasse zu niedrigeren Drehzahlen verschiebt und größer wird.
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Zur Beladungsmessung kann ein separater Sensor, beispielsweise ein induktiver Wegaufnehmer eingesetzt werden. Der Sensor ist relativ teuer und funktioniert nur mit bestimmten Dämpfertypen zusammen.
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Wie in 3 dargestellt, hat das, im Waschautomaten Gehäuse schwingfähig aufgehängte Aggregat, wie das Gehäuse selbst, verschiedene Resonanzfrequenzen, die aber deutlich niedriger liegen, als die Gehäuseresonanz. Die Aggregatresonanz hängt außer von der Steifigkeit der Einhängefedern auch von der Gesamtmasse des Aggregates ab. Da die Aggregatmasse ohne Wäschebeladung, die Steifigkeit der Einhängefedern und auch die Übertragungsfunktion der Aggregatschwingung auf die Gehäuseschwingung bekannt ist, erkennt die Auswerteeinrichtung in einem Ausführungsbeispiel, bei welcher Drehzahl die Aggregatresonanz liegt. Dieser Wert hängt neben den eben erwähnten bekannten Größen nur noch von der Gesamtbeladung durch Wäsche ab. Durch Bestimmung der Aggregatresonanz kann auf die Wäschebeladung geschlossen werden.
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In 9 ist der Einfluss der Gesamtmasse des Aggregates aus Aggregatmasse und Wäsche auf die Aggregatresonanz gezeigt. Dargestellt ist die Übertragungsfunktion der Aggregatamplitude in Abhängigkeit der Gesamtmasse des Aggregates.
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Als Weiterentwicklung der zuvor beschriebenen Messung der Gesamtbeladung kann eine Berechnung der Entwässerung der Wäsche erfolgen. Dabei erfolgt zunächst die Bestimmung der Gesamtbeladung des Waschautomaten bei vollständig durchfeuchteter Wäsche durch Bestimmung der Aggregatresonanz durch die Auswerteeinrichtung. Während und/oder am Ende des Schleuderprozesses kann durch nochmaliges Messen der Gesamtbeladung errechnet werden, wie viel Wasser durch den Schleuderprozess ausgetrieben wurde. Auf diese Weise kann auch direkt Einfluss auf das Schleuderprofil genommen werden, beispielsweise wenn die gewünschte Entfeuchtung noch nicht erreicht wurde.
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10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Betreiben einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1000 kann auf einem Steuergerät einer Waschmaschine mit gehäuseseitigem Beschleunigungssensor, wie sie in 1 dargestellt ist, ausgeführt werden. Das Verfahren 1000 weist einen Schritt 1002 des Einlesens, einen Schritt 1004 des Auswertens und einen Schritt 1006 des Bereitstellens auf. Im Schritt 1002 des Einlesens wird ein Signal des Beschleunigungssensors eingelesen. Im Schritt 1004 des Auswertens wird das Signal ausgewertet. Dabei werden Schwingungen eines Gehäuses der Waschmaschine ausgewertet, die in dem Signal abgebildet sind. Im Schritt 1006 des Bereitstellens wird ein Ergebnis des Auswertens bereitgestellt.
