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Die Erfindung betrifft ein Wälzlager zur Lagerung einer Waschmaschinentrommel, umfassend einen Innenring, einen Außenring, der dazu vorgesehen ist, drehfest in einem Waschmaschinengehäuse angeordnet zu sein, sowie radial zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Wälzkörper. Ferner betrifft die Erfindung eine Waschmaschine sowie ein Verfahren zur Messung einer Unwucht und/oder Beladung einer Waschmaschinentrommel.
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Bei Trommelwaschmaschinen entstehen durch ungünstige Wäscheverteilung Unwuchten. Diese verursachen insbesondere während des Schleuderprozesses starke Bewegungen des schwingend aufgehängten Laugenbehälters. Im Extremfall kann dies zum Anschlagen des Laugenbehälters am Waschmaschinengehäuse, zu starken Lagerbeanspruchungen und so zu Beschädigungen der Waschmaschine führen. Zur Verhinderung von unwuchtbedingten Schäden an der Waschmaschine ist es bekannt, die Größe der Unwucht zu sensieren und das Schleudern bei Überschreitung einer vorgegebenen Unwuchtschwelle abzubrechen, um eine Neuverteilung der Wäsche vorzunehmen.
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Die
DE 10104682 B4 offenbart ein Verfahren zur Messung der Beladung und Unwucht der Trommel einer Waschmaschine mit einem als kapazitivem Fühler ausgebildeten Sensor sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Der Kapazitätsverlauf des Sensors wird während eines Waschvorgangs gemessen. Mindestens eine leitende Fläche ist dabei elektrisch isoliert als kapazitiver Fühler zwischen Bottich mit innen gelagerter Trommel und Waschmaschinengehäuse lagefest zum Waschmaschinengehäuse angebracht. Aus dem gemessenen Kapazitätsverlauf wird die Bewegung des Bottichs im Waschmaschinengehäuse ermittelt. Parallel zum Sensor wird eine Induktivität geschaltet, die mit dem Sensor einen Schwingkreis bildet, wobei der Sensor Teil eines Oszillators ist und das Oszillatorsignal direkt oder über einen Impulsformer, wie beispielsweise ein Begrenzerverstärker, auf dem µ-Computer der Waschmaschinensteuerung geführt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Waschmaschine der vorgenannten Art weiterzuentwickeln, und insbesondere eine Bestimmung der Unwucht und Beladung einer Trommel bei niedrigen Drehzahlen zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird ausgehend von einer Waschmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den nachfolgenden abhängigen Ansprüchen hervor.
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Ein erfindungsgemäßes Wälzlager zur Lagerung einer Waschmaschinentrommel umfasst einen Innenring, einen Außenring, der dazu vorgesehen ist, drehfest in einem Waschmaschinengehäuse angeordnet zu sein, sowie radial zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnete Wälzkörper, wobei radial zwischen einer Außenkontur des Außenrings und einer Innenkontur des Waschmaschinengehäuses wenigstens ein zumindest teilweise umlaufendes Sensorelement zur Sensierung einer Unwucht und/oder Beladung der Waschmaschinentrommel angeordnet ist.
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Mit anderen Worten wird das Wälzlager in Waschmaschinen eingesetzt, um die Waschmaschinentrommel beispielsweise mittels zwei Wälzlagern zumindest mittelbar drehbar zu lagern. Dabei ist der Innenring des jeweiligen Wälzlagers beispielsweise auf einer Welle angeordnet, wobei die Welle koaxial mit der Waschmaschinentrommel verbunden ist und durch einen Motor antreibbar ist. Der Außenring des Wälzlagers stützt sich gegen das Waschmaschinengehäuse ab.
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Das wenigstens eine Sensorelement kann als Sensorfolie ausgebildet sein, wobei das Sensorelement in diesem Fall beispielsweise auf einer Folie, mit einer Dicke von wenigen µm, oder einem Folienabschnitt ausgebildet ist. Die Folie ist dazu vorgesehen, das Sensorelement aufzunehmen. Die Sensorfolie ist dünnwandig ausgebildet und kann sowohl separat zwischen zwei Bauteilen angeordnet werden oder in Form einer Beschichtung auf ein Bauteil aufgebracht werden. Das Sensorelement kann als Sensorfolie sowohl auf der Außenkontur des Außenrings, als auch auf die Innenkontur des Gehäuses aufgebracht werden. Das wenigstens eine Sensorelement ist vorzugsweise einteilig ausgebildet und erstreckt sich zwischen dem Waschmaschinengehäuse und dem Außenring über den kompletten Umfang des Außenrings. Das Sensorelement ist insbesondere dazu vorgesehen, eine Position eines Unwuchtgewichts in der Waschmaschinentrommel genau bestimmen zu können. Mit der bekannten Position dieser Masse lassen sich beispielsweise Unwuchtsausgleichssysteme durch geeignete Mittel in der Waschmaschinentrommel ansteuern. Unter dem Unwuchtsgewicht ist eine Belastung auf das Wälzlager zu verstehen, die aus der Eigenlast ungleichmäßig verteilter Waschgüter innerhalb der Waschmaschinentrommel unter Berücksichtigung der Fliehkraft in Folge eine Rotation der Waschmaschinentrommel resultiert. Die Waschmaschinentrommel ist während der Messung der Unwucht und/oder Beladung vorzugsweise mit Waschgütern, wie beispielsweise Kleidungsstücken, beladen. Ferner kann das Wälzlager eine oder mehrere Sensorelementabschnitte oder Sensorsegmente aufweisen, die anwendungsspezifisch an der Umfangsfläche des Außenrings angeordnet sind, um eine Unwucht und/oder Beladung der Waschmaschinentrommel zu detektieren. Ferner kann das zumindest eine Sensorelement über den kompletten Umfang zwischen dem Waschmaschinengehäuse und dem Außenring angeordnet sein und sich darüber hinaus aus mehreren Sensorelementsegmenten zusammensetzen.
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Vorzugsweise ist das wenigstens eine Sensorelement in der unteren Hälfte des Wälzlagers angeordnet, um einen Gewichtsanteil der Waschmaschinentrommel zu erfassen. Mit anderen Worten ist das wenigstens eine Sensorelement in dem Bereich zwischen dem Außenring und dem Waschmaschinengehäuse angeordnet, in dem die Beladung der Waschmaschinentrommel über den Innenring, die Wälzkörper und den Außenring in das Waschmaschinengehäuse geleitet wird. Dabei wirkt die Belastung aus der Waschmaschinentrommel aufgrund der Schwerkraft insbesondere auf den Abschnitt unterhalb einer Horizontalebene des Wälzlagers ein. Die Horizontalebene verläuft waagerecht und teilt das Wälzlager in zwei gleich große Teile, eine obere Hälfte vertikal oberhalb der Horizontalebene und eine untere Hälfte vertikal unterhalb der Horizontalebene. Unter dem Gewichtsanteil ist das Eigengewicht der Waschgüter zu verstehen, das je nach Betriebszustand der Waschmaschine entweder nur eine statische Belastung oder aber eine statische Belastung mit dynamischen Anteil auf das Wälzlager erzeugt, wobei die Belastung über den Außenring des Wälzlagers abgeleitet und vom Waschmaschinengehäuse aufgenommen wird. Mithin kann der statische Gewichtsanteil in einem Beladungszustand erfasst werden. Die Waschmaschinentrommel steht im Beladungszustand vorzugsweise still, wobei Waschgüter in die Waschmaschinentrommel eingelegt oder herausgenommen werden können. Der dynamische Gewichtsanteil ist das Eigengewicht des Waschgüter unter Berücksichtigung der Fliehkraft aus der Drehzahl der Waschmaschinentrommel. Der dynamische Gewichtsanteil kann beispielsweise während eines Betätigungszustandes der Waschmaschinentrommel erfasst werden, wobei die Waschmaschinentrommel während des Betätigungszustandes mit einer definierten Drehzahl rotiert. Der Gewichtsanteil kann bei einer hohen Drehzahl, beispielsweise während eines Schleuderprozesses ermittelt werden. Die Unwucht der Waschmaschinentrommel ist durch eine derartige Ausgestaltung des Wälzlagers insbesondere bei niedrigen Drehzahlen messbar.
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Bevorzugt ist das wenigstens eine Sensorelement eine piezoelektrische Sensorfolie. Das wenigstens eine Sensorelement kann ein piezoelektrischer Sensor, beispielsweise ein PVDF-Sensor sein, der zumindest aus einem thermoplastischen Fluorkunststoff (Polyvinylidendifluorid) ausgebildet ist, wobei eine elektrische Spannung bei einer Dehnung des Sensorelements, vorzugsweise Druck, zwischen zwei auf der Oberfläche des Sensorelementsaufgebrachten Elektroden messbar ist. Das piezoelektrische Sensorelement ist insbesondere dazu vorgesehen, die Unwucht der Waschmaschinentrommel zu detektieren. Vorteilhaft ist dabei die relativ hohe Empfindlichkeit des Sensorelements. Alternativ können aber auch andere Sensorelemente basierend auf alternativen Effekten verwendet werden, die eine Erfassung der Unwucht der Waschmaschine ermöglichen. Die mittels des wenigstens einen Sensorelements detektieren Daten können beispielsweise mit einer entsprechenden Auswerteelektronik ausgewertet werden.
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Vorzugsweise ist das wenigstens eine Sensorelement zwischen einem Nadir und einer Horizontalebene des Wälzlagers an der Außenkontur des Außenrings angeordnet. Das Sensorelement ist dabei vorzugsweise auf einer Folie angeordnet sowie teilweise umlaufend und hinreichend klein ausgebildet, um bei einer Überrollung des Sensorelements durch das Unwuchtgewicht eine Signalamplitude zu sensieren, die ein Maß für die Größe des Unwuchtgewichts ist.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das wenigstens eine Sensorelement eine piezoresistive Sensorfolie. Wenn das Sensorelement auf dem piezoresisitiven Effekt basiert, verändert sich durch mechanische Beanspruchung des Sensorelements (beispielsweise Zug oder Druck) der messbare elektrische Widerstand. Der piezoresistive Sensor ist insbesondere dazu vorgesehen, eine Beladung der Waschmaschinentrommel zu detektieren. Das zumindest eine Sensorelement kann dabei beispielsweise zumindest einen Dehnungsmessstreifen umfassen. Besonders vorteilhaft sind die geringen Herstellungs- und Materialkosten bei vergleichsweise hoher Zuverlässigkeit. Alternativ können aber auch andere Sensorelemente basierend auf alternativen Effekten verwendet werden, die eine Erfassung der Beladung der Waschmaschine ermöglichen.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das wenigstens eine Sensorelement am Nadir der Außenkontur des Außenrings angeordnet ist. Mit anderen Worten liegt das Sensorelement, das teilweise umlaufend an der Außenkontur des Außenrings angeordnet ist, am vertikal tiefsten Punkt des Wälzlagers beziehungsweise der Außenkontur des Außenrings. Ein am Nadir angeordnetes Sensorelement eignet sich insbesondere zur Sensierung einer Beladung der Waschmaschinentrommel, da das Sensorelement im Wesentlichen in der Lastzone der vertikal verlaufenden Eigenlast liegt.
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Insbesondere werden das erfindungsgemäße Wälzlager in einer Waschmaschine zur Lagerung einer Waschmaschinentrommel verwendet. Unter einer Waschmaschine ist ein Gerät zu verstehen, das nach seiner Bauart und seinen besonderen, mit dem Gerät verbundenen Einrichtungen zur Reinigung von Waschgütern dient. Derartige Wälzlager können aber auch in Geräten mit ähnlichem Aufbau oder Systemen mit umlaufender Unwucht eingesetzt werden.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Unwucht und/oder Beladung der Waschmaschinentrommel durch das wenigstens eine Sensorelement erfasst, wobei ein in einem Waschmaschinengehäuse einer Waschmaschine aufgenommenes Wälzlager dazu vorgesehen ist, die Waschmaschinentrommel drehbar zu lagern, wobei das Wälzlager wenigstens ein zumindest teilweise umlaufendes Sensorelement aufweist, die radial zwischen einer Außenkontur eines Außenrings des Wälzlagers und einer Innenkontur des Waschmaschinengehäuses angeordnet ist, wobei die Erfassung der Unwucht der Waschmaschinentrommel während eines Betätigungszustandes und die Erfassung der Beladung der Waschmaschinentrommel während eines Beladungszustand der Waschmaschine erfolgt. Mit anderen Worten verformt das wenigstens Sensorelement im Zuge einer Beladung der Waschmaschinentrommel lokal, sodass ein Signal, beispielsweise eine Änderung einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Widerstandes an eine Auswerteeinrichtung gesendet wird. Mithin lässt sich dadurch eine Überladung vermeiden, die zu starken Bewegungen des Laugenbehälters und auch zu Schäden am Waschmaschinengehäuse führen können. Bei einer Überladung der Trommel kann beispielsweise der Start eines Waschlaufs der Waschmaschine verhindert werden und der Nutzer ferner durch geeignete Anzeigemittel auf eine erforderliche Reduzierung der Beladung der Trommel hingewiesen werden. Während des Betriebes der Waschmaschine wird das wenigstens eine Sensorelement aufgrund der ungleichmäßigen beziehungsweise ungünstigen Verteilung der Waschgüter innerhalb der Waschmaschinentrommel über den Umfang verteilt unterschiedlich belastet beziehungsweise verformt, sodass eine genaue Position der Unwucht der Waschmaschinentrommel lokalisiert werden kann. Bei Überschreitung eines Grenzwertes kann die Waschmaschine abgeschaltet werden, um Schäden an der Waschmaschinentrommel oder dem Waschmaschinengehäuse zu verhindern.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung von drei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der vier Figuren näher dargestellt, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:
- 1 eine stark schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Waschmaschine,
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wälzlagers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß 1 ist eine seitliche Schnittdarstellung einer Waschmaschine 11 gezeigt. Die Waschmaschine 11 umfasst ein Waschmaschinengehäuse 5 und eine Waschmaschinentrommel 12, wobei die Waschmaschinentrommel 12 mit einer Welle 13 verbunden ist, die mittels zwei Wälzlager 1 drehbar gelagert ist. Die Welle 13 kann beispielsweise antreibbar ausgebildet sein und mittels eines - hier nicht dargestellten - Motors angetrieben werden. Die Waschmaschinentrommel 12 wird über die beiden Wälzlager 1 gegen das Waschmaschinengehäuse 5 abgestützt. Alternativ können auch ein oder mehr als zwei Wälzlager 1 in der Waschmaschine 11 vorgesehen sein. Die Waschmaschinentrommel 12 kann in einem - hier nicht dargestellten - Laugenbehälter angeordnet sein, der über - hier nicht dargestellte - Federn und Stoßdämpfer im Waschmaschinengehäuse 5 schwingend gelagert beziehungsweise abgestützt sein kann. Ferner kann eine weitere Dämpfung der Schwingungen beispielsweise durch - hier nicht gezeigte - Zusatzgewichte an der Waschmaschinentrommel 12 erfolgen, sodass die Waschmaschinentrommel 12 beim Durchfahren eines kritischen Drehzahlbereichs beim Schleudervorgang nicht am Waschmaschinengehäuse 5 anschlägt und eine Beschädigung hervorruft.
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Nach den 2 bis 4 umfasst das Wälzlager 1 einen Innenring 2, einen Außenring 3, sowie radial zwischen dem Innenring 2 und dem Außenring 3 angeordnete Wälzkörper 4. Der Außenring 3 ist drehfest im Waschmaschinengehäuse 5 angeordnet und der Innenring 2 ist drehfest mit der in 1 gezeigten Welle 13 verbunden. Radial zwischen einer Außenkontur 6 des Außenrings 3 und einer Innenkontur 7 des Waschmaschinengehäuses 5 ist ein zumindest teilweise umlaufendes Sensorelement 8 angeordnet, das zur Sensierung einer Unwucht der Waschmaschinentrommel 12 insbesondere bei geringen Drehzahlen und/oder während des Schleudervorganges der Waschmaschinentrommel 12 vorgesehen ist.
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In 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wälzlagers 1 gemäß 1 dargestellt, wobei radial zwischen der Außenkontur 6 des Außenrings 3 und der Innenkontur 7 des Waschmaschinengehäuses 5 vorliegend ein umlaufendes Sensorelement 8 zur Sensierung einer Unwucht der Waschmaschinentrommel 12 angeordnet ist. Mittels des umlaufenden Sensorelements 8 lässt sich die genaue Position der Unwucht erfassen. Das Sensorelement 8 ist vorliegend eine piezoelektrische Sensorfolie in Form einer PVDF-Sensorfolie 14, wobei eine elektrische Spannung bei einer Dehnung des Sensorelements 8, 14 zwischen zwei - hier nicht dargestellten - auf der Oberfläche des Sensorelements 8, 14 aufgebrachten Elektroden messbar ist.
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Wälzlagers 1. Radial zwischen der Außenkontur 6 des Außenrings 3 und der Innenkontur 7 des Waschmaschinengehäuses 5 ist vorliegend ein teilweise umlaufendes Sensorelement 8 zur Sensierung einer Unwucht der Waschmaschinentrommel 12 angeordnet. Das Sensorelement 8 ist in der unteren Hälfte des Wälzlagers 1 angeordnet, um einen Gewichtsanteil der Waschmaschinentrommel 12 zu erfassen. Mit anderen Worten ist der Abschnitt des Sensorelements 8 unterhalb einer Horizontalebene 10 des Wälzlagers 1 angeordnet und zwischen einem Nadir 9 und der Horizontalebene 10 an der Außenkontur 6 des Außenrings 3 positioniert. Das vorliegende teilweise umlaufende Sensorelement 8 ist als PVDF-Sensorfolie 14 gemäß der Beschreibung aus 2 ausgebildet und derart klein ausgebildet, dass während eines Betätigungszustandes der Waschmaschinentrommel 12 zum Zeitpunkt einer Überrollung eines Unwuchtgewichts über das Sensorelement 8, 14 eine Signalamplitude erfasst wird, die ein Maß für die Größe des Unwuchtgewichts ist. Mit anderen Worten kann eine Änderung der gemessenen Spannung zu einer Berechnung des Unwuchtgewichts herangezogen werden.
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Gemäß 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Wälzlagers 1 dargestellt. Radial zwischen der Außenkontur 6 des Außenrings 3 und der Innenkontur 7 des Waschmaschinengehäuses 5 ist vorliegend sowohl ein teilweise umlaufendes Sensorelement 8, 14 zur Sensierung einer Unwucht der Waschmaschinentrommel 12 und ein teilweise umlaufendes Sensorelement 8, 15 zur Sensierung einer Beladung der Waschmaschinentrommel 12 angeordnet. Das Sensorelement 8, 14 ist entsprechend der Beschreibung zu 3 angeordnet, wobei das Sensorelement 8, 15 am Nadir der Außenkontur 6 des Außenrings 3 angeordnet ist. Mithin sind das Sensorelement 8, 14 sowie das Sensorelement 8, 15 unterhalb der Horizontalebene 10 des Wälzlagers 1 angeordnet. Das Sensorelement 8, 15 ist vorliegend ein piezoresistiver Sensor 15 und kann beispielsweise als Dehnungsmessstreifen ausgebildet sein. Der piezoresistive Sensor 15 ist insbesondere dazu vorgesehen, eine Beladung der Waschmaschinentrommel 12 in einem Beladungszustand zu erfassen, indem sich durch eine mechanische Beanspruchung des Sensorelements 8, 15 infolge der Eigenlast der Waschgüter innerhalb der Waschmaschinentrommel 12 der messbare elektrische Widerstand des Sensorelements 8, 15 ändert und gemessen wird.
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Beide in 1 gezeigte Wälzlager 1 können nach einem der drei Ausführungsbeispiele oder einer beliebigen Kombination aus zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen ausgebildet sein. Es ist aber auch denkbar, nur ein Wälzlager 1 nach einem der drei Ausführungsbeispiele auszubilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- Innenring
- 3
- Außenring
- 4
- Wälzkörper
- 5
- Waschmaschinengehäuse
- 6
- Außenkontur
- 7
- Innenkontur
- 8
- Sensorelement
- 9
- Nadir
- 10
- Horizontalebene
- 11
- Waschmaschine
- 12
- Waschmaschinentrommel
- 13
- Welle
- 14
- PVDF-Sensorfolie
- 15
- piezoresistiver Sensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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