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GEBIET DER ERFINDUNG
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Vorrichtung sowie Verfahren zur Überwachung von statischen und/ oder dynamischen Kräften an einer Maschine, wobei die Maschine mindestens zwei Standfüße aufweist, welche sich auf einer Bodenfläche abstützen und mit einem Rahmen der Maschine verbunden sind, wobei die Standfüße jeweils eine Nivelliereinrichtung aufweisen, wobei die Maschine mindestens einen Sensor aufweist, welcher die statischen und/ oder dynamischen Kräfte ermittelt.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von unterschiedlichen Möglichkeiten bekannt eine Ausrichtung und/ oder eine Gewichtsverteilung und/ oder eine Unwucht und/ oder einen Beladungszustand einer Maschine zu erkennen.
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Die
US 4 047 427 A offenbart eine Möglichkeit statische und/ oder dynamische Kräfte zu erfassen. Hierbei schlägt die Anmeldung vor, dass im Bereich der Standfüße die Deformation der einzelnen Schwingungsdämpfer ermittelt und ausgewertet wird. Weiterhin soll mit dieser Vorrichtung ein Schwerpunkt einer Maschine bestimmt werden.
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Die
EP 0 801 259 A1 offenbart eine Möglichkeit, eine Maschine auszurichten. Dazu schlägt die Patentanmeldung vor, dass in den Standfüßen DMS-Sensoren angeordnet sind, welche eine statische Kraft ermitteln.
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Nachteilig am bekannten Stand der Technik ist, dass die vorgeschlagenen Vorrichtungen aufwendig zu fertigen sind und mit hohen Produktionskosten verbunden sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache und kostengünstige Überwachung von statischen und/ oder dynamischen Kräften an einer Maschine bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass mindestens ein Sensor in unmittelbarer Nähe zu den Standfüßen an dem Rahmen einer Maschine angeordnet ist. Dadurch erfolgt die Verkabelung des Sensors innerhalb der Maschine, wodurch die Verkabelung bereits in bei der Fertigung erfolgen kann. Weiterhin ergibt sich dadurch der Vorteil, dass die statischen und/ oder dynamischen Kräfte innerhalb der Maschine erfasst werden, wodurch eine höhere Genauigkeit erreicht wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Sensor mit einer Trägerplatte stoffschlüssig verbunden. Dies verringert die Montagezeit des Sensors, da dieser bereits in einer definierten Lage auf der Trägerplatte angeordnet ist und die Trägerplatte nur noch mit dem Rahmen stoffschlüssig und/ oder kraftschlüssig und/ oder formschlüssig verbunden werden muss. Die Trägerplatte wird bevorzugt diagonal an mindestens einer Ecke des Rahmens angeordnet. Dadurch kann die Trägerplatte den Rahmen aussteifen. Weiterhin wird die Trägerplatte bevorzugt in unmittelbarer Nähe zu den Standfüßen angeordnet. Insbesondere weist die Trägerplatte eine geringere Festigkeit als der Rahmen auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Sensor ein Dehnungsmessstreifen (DMS-Sensor), welcher stoffschlüssig mit dem Rahmen der Maschine verbunden ist. Dadurch benötigt der Sensor nur sehr wenig Platz und kann problemlos in dem vorhandenen Rahmen integriert werden. Insbesondere handelt es sich bei dem DMS-Sensor um einen DMS-Sensor, welcher gesputtert ist. Dadurch weist der DMS-Sensor eine hohe Genauigkeit auf, da bei dieser Technik weder Kleber noch Folien verwendet werden und somit ein Quellen und/ oder Kriechen vermieden wird. Weiterhin weisen die Leiterbahnen geringere Abmessungen als bei herkömmlichen DMS-Sensoren auf, wodurch der Widerstand steigt und damit auch die Messgenauigkeit. Zusätzlich weist ein gesputterter DMS-Sensor geringe Abmessungen auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung detektiert der Sensor eine Gewichtsverteilung der Maschine. Maschinen stehen oft überbestimmt auf mindestens vier Füßen. Kommt es an Teilen der Maschine zu Schwingungen und die Maschine steht mit ungleichmäßig verteilten Standfußlasten auf einer Bodenfläche oder ein Standfuß steht nicht auf der Bodenfläche, so kann es zu Kippbewegungen oder erhöhten Schwingungen bzw. Vibrationen kommen, insbesondere bei Waschmaschinen, welche beim Schleudern eine Unwucht aufgrund der ungleichmäßig verteilten Masse in der Wäschetrommel aufweisen. Steht die Maschine nicht ausgerichtet auf der Bodenfläche, so führt diese Unwucht zu einer Kippbewegung mit der Folge, dass sich die Waschmaschine aufgrund dieser Kippbewegung im Raum bewegt. Dazu kommt, dass eine Waschmaschine nicht für eine Fixierung an der Bodenfläche vorgesehen ist bzw. dies auch konstruktionsbedingt gar nicht möglich ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung detektiert der Sensor eine Unwucht an Teilen der Maschine, insbesondere an Waschmaschinen. Beim Waschen von Decken, Kissen, etc. kommt es aufgrund der ungleichmäßigen Masseverteilung zu einer Unwucht. Dies soll durch den Sensor ermittelt werden. Aufgrund dieser Information kann die Maschine versuchen die ungleichmäßig verteilte Masse durch Linksdrehungen und/ oder Rechtsdrehungen, insbesondere einer Wäschetrommel, die Masse gleichmäßig zu verteilen.
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In einer weiteren Ausgestaltung detektiert der Sensor einen Beladungszustand der Maschine. Insbesondere Waschmaschinen können typischerweise mit 0,5 bis 8 kg beladen werden, damit variiert die benötigte Menge an Waschmittel und Wasser. Deshalb verfügen heutige Maschinen über eine Beladungserkennung. Die Ermittlung der Beladung, sowohl von Wäsche als auch von Wasser kann mit dem Sensor ermittelt werden. Weiterhin kann auch die Wassermenge, welche die Waschmaschine für das jeweilige Programm benötigt, mit dem Sensor erfasst werden. Dadurch kann auf einen zusätzlichen Wasserstandsensor und/ oder Durchflussmesser verzichtet werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung detektiert der Sensor einen Beladungszustand der Maschine. Insbesondere Waschmaschinen sind dafür ausgelegt, dass weitere Geräte auf der Oberseite aufgestellt werden können um Platz zu sparen. Dazu weisen Waschmaschinen einen zusätzlichen magnetischen Sensor auf, welcher den Beladezustand ermittelt. Mit dem vorgeschlagenen Sensor kann der Beladungszustand einfach überwacht werden. Weiterhin benötigt der Sensor keinen Temperaturabgleich, da ein Beladungsvorgang meist unter einer Minute dauert. Insbesondere weist der Sensor eine Auflösung von acht Laststufen auf, um beispielsweise eine Belastung zwischen 0,5 kg bis 10 kg mit einer hohen Genauigkeit zu detektieren. Damit kann auf einen zusätzlichen Beladungssensor verzichtet werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist der Rahmen in dem Bereich, an welchem der Sensor angeordnet ist, eine geringere Festigkeit auf. Insbesondere weist dieser Bereich mindestens eine Dünnstelle und/ oder mindestens eine Aussparung auf. Dadurch kann der Sensor zuverlässig eine Biegung und/ oder Stauchung dieses Bereichs detektieren.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist der Rahmen mindestens eine Versteifung auf, wobei in unmittelbarer Nähe zu der Versteifung der Sensor angeordnet ist. Besonders bevorzugt weist die Versteifung eine Aufnahme für die Standfüße auf. Die Versteifung kann in Form einer Platte und/ oder einer Mutter gebildet sein, welche mit dem Rahmen stoffschlüssig und/ oder kraftschlüssig und/ oder formschlüssig verbunden ist. Insbesondere weist die Versteifung ein Innengewinde auf, in welchem die Standfüße eingeschraubt werden können. Aufgrund der Versteifung kommt es in der Nähe zu dieser Versteifung zu einer Biegung und/ oder Stauchung des Rahmens, welche von dem Sensor detektiert werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Sensor mit einer Auswerteeinheit verbunden. Bevorzugt weist die Auswerteeinheit eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle auf, wodurch die Auswerteeinheit drahtlos mit einem Endgerät, insbesondere einem Smartphone oder einem Tablet, verbunden werden kann. Hierfür wird bevorzugt eine Funkverbindung zwischen der Auswerteeinheit und dem Endgerät verwendet, insbesondere eine WLAN- oder Bluetooth-Verbindung.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Maschine einen Neigungssensor auf. Dadurch ist sichergestellt, dass die Maschine horizontal und/ oder vertikal ausgerichtet ist.
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Des Weiteren wird ein Verfahren offenbart, welches statische und/ oder dynamische Kräfte an einer Maschine detektiert, wobei die Maschine mindestens zwei Standfüße aufweist, welche sich auf einer Bodenfläche abstützen und mit einem Rahmen der Maschine verbunden sind, wobei eine Maschine mindestens einen Sensor aufweist, welcher mit einem Rahmen der Maschine verbunden ist und der Sensor die statischen und/ oder dynamischen Kräfte ermittelt, wobei die Messwerte des Sensors an eine Auswerteeinheit geleitet werden und die Auswerteeinheit die Messwerte der mindestens zwei Standfüße miteinander vergleicht und aufgrund der Messwerte der mindestens zwei Standfüße eine Ausrichtung und/ oder eine Gewichtsverteilung und/ oder eine Unwucht und/ oder einen Beladungszustand der Maschine erkannt wird. Insbesondere bildet die Auswerteeinheit, zur Detektion der Ausrichtung der Maschine und/ oder der Gewichtsverteilung der Maschine, eine Differenz von den Messwerten der zwei Standfüße. Sobald die Differenz der beiden Messwerte einen Grenzwert überschreitet und/ oder unterschreitet, wird eine Fehlermeldung ausgegeben.
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In einer weiteren Ausgestaltung entscheidet die Auswerteeinheit aufgrund von definierten Regeln, wann mit dem Sensor mindestens ein Messwert ermittelt wird. Eine erste Regel kann vorsehen, dass die Auswerteeinheit mindestens einen Messwert vor jedem Start eines Programms der Maschine ermitteln. Eine zweite Regel kann vorsehen, dass mindestens ein Messwert ermittelt wird, sobald beispielsweise eine Tür der Maschine geöffnet wird. Eine dritte Regel kann definieren, dass mindestens ein Messwert ermittelt wird, bevor eine hohe Drehzahl eines Motors erreicht wird, insbesondere wenn die Drehzahl des Motors größer gleich 300 Umdrehungen pro Minute beträgt.
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In einer weiteren Ausgestaltung nimmt die Steuerung aufgrund der ausgewerteten Messergebnisse des Sensors eine Regelung eines Antriebs oder eines Stellglieds der Maschine vor. Beispielsweise kann bei einer Waschmaschine vor einem Schleuderprogramm, welches mit einer hohen Drehzahl der Wäschetrommel einhergeht, eine Unwucht detektiert werden. Das Schleuderprogramm wird dann so lange unterbrochen, bis die Unwucht in einem tolerierbaren Bereich liegt, indem die Wäschetrommel in eine Links- und/ oder Rechtsdrehung versetzt wird, um die in der Wäschetrommel vorhandene Wäsche gleichmäßiger zu verteilen.
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In einer weiteren Ausgestaltung sendet die Auswerteeinheit, aufgrund der ausgewerteten Messergebnisse des Sensors, bei Überschreiten eines Grenzwerts und/ oder unterschreiten eines Grenzwerts eine Information und/ oder ein Signal an ein Endgerät. Bevorzugt erfolgt die Übermittlung der Information und/ oder des Signals über eine drahtlose Netzwerkverbindung und/ oder eine Funkverbindung. Dadurch kann ein Benutzer darüber informiert werden, wenn die Maschine überladen ist oder eine Unwucht vorliegt.
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Figurenliste
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Weitere vorteilhafte Aspekte ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, dabei ist:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Maschine
- 2 eine Darstellung des Standfußes
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Maschine 1, insbesondere einer Waschmaschine 1. Die Waschmaschine weist einen Rahmen 2, eine Wäschetrommel 3 und eine Tür 4 auf, welche das Befüllen der Waschmaschine 1 mit Wäsche ermöglicht. An einem hinteren Ende der Wäschetrommel 3 ist ein Motor 5 angeordnet, welcher die Wäschetrommel 3 in eine Linksdrehung und/ oder Rechtsdrehung versetzt. Weiterhin sind an dem Rahmen 2 mindestens zwei Standfüße 6, insbesondere vier Standfüße 6 angeordnet, welche über jeweils eine Nivelliereinrichtung 7 in ihrer Höhe eingestellt werden können. Die Nivelliereinrichtung 7 besteht dabei bevorzugt aus einer Gewindestange, welche in den Rahmen 2 der Waschmaschine 1 eingeschraubt wird. An dem Rahmen 2, in unmittelbarer Nähe zu den Standfüßen 6, ist jeweils ein Sensor 8 angeordnet, welcher insbesondere ein DMS-Sensor 8 ist. Der Sensor 8 kann beispielsweise direkt auf den Rahmen 2 aufgebracht werden und/ oder auf ein Trägerelement 15, welches anschließend mit dem Rahmen 2 verbunden wird. Besonders bevorzugt befindet sich das Trägerelement 15 an einer Ecke des Rahmens 2, wobei das Trägerelement 15 diagonal zwischen zwei Teilen des Rahmens 2 angeordnet ist, insbesondere zwischen einem senkrechten Teil des Rahmens 2 und einem waagerechten Teil des Rahmens 2. Weiterhin weist der Rahmen 2 eine Versteifung 16 auf. Der Sensor 8 kann so angeordnet sein, dass dieser mindestens teilweise über die Versteifung 16 ragt.
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Die Wäschetrommel 3 wird durch mindestens eine Feder 11 und mindestens einem Stoßdämpfer 12 elastisch abgestützt. Weiterhin weist die Wäschetrommel eine Vielzahl von Löchern auf, wodurch Wasser in die Wäschetrommel gelangen kann.
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Weiterhin verfügt die Waschmaschine über weitere Bauteile wie beispielsweise einen Wasserzulauf, einen Wasserablauf, eine Waschmittelzugabevorrichtung, etc., welche in der Figur nicht gezeigt sind.
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An einer Vorderseite 9 der Waschmaschine 1 ist eine Bedieneinheit 10 angeordnet. Über diese kann die Waschmaschine 1 programmiert werden bzw. die jeweiligen Programme der Waschmaschine 1 eingestellt werden. Weiterhin ist innerhalb der Waschmaschine 1, insbesondere in der Bedieneinheit 10, eine Auswerteeinheit 14 angeordnet. Die Auswerteeinheit 14 empfängt die Messwerte der Sensoren 8 und wertet diese aus. Aufgrund der Anordnung der Auswerteeinheit 14 sowie der Sensoren 8 innerhalb der Waschmaschine 1, befinden sich alle Kabel sowie Kabelverbindungen innerhalb der Maschine. Dadurch kann es nicht durch eine Fehlbedienung eines Benutzers zu einem Defekt an den Kabeln und/ oder Sensoren 8 kommen. Weiterhin können so alle Kabelverbindungen bereits bei der Produktion der Waschmaschine 1 hergestellt werden.
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Bei einer Neuaufstellung bzw. einer Inbetriebnahme der Waschmaschine 1, beispielsweise, wenn die Bedieneinheit und/ oder die Auswerteeinheit 14 das erste Mal an eine Spannungsversorgung angeschlossen wird, startet die Auswerteeinheit 14 eine Messung durch die Sensoren 8. Die Sensoren 8 senden der Auswerteeinheit 14 mindestens einen Messwert, insbesondere vier Messwerte, aufgrund derer die Auswerteeinheit 14 die Ausrichtung der Waschmaschine 1 überprüft. Dazu bildet die Auswerteeinheit 14 eine Differenz zwischen den Messwerten. Ist die Differenz größer als ein vorgegebener Grenzwert, dann wird einem Bediener der Waschmaschine signalisiert, dass die Waschmaschine nicht gleichmäßig auf allen vier Standfüßen 6 steht. Diese Information kann dabei über die Bedieneinheit 10 erfolgen, als auch auf einem externen Display, welches die Informationen über eine drahtlose Netzwerkverbindung erhält. Vorzugsweise wird dem Bediener genau aufgezeigt, welcher Standfuß 6 justiert werden muss, damit die Waschmaschine 1 gleichmäßig auf allen vier Standfüßen 6 steht.
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2 zeigt einen Standfuß 6 sowie einen Teil des Rahmens 2. Der Rahmen 2 weist im Bereich des Sensors 8 eine Dünnstelle 13 auf. Dadurch kann der Sensor 8 die statischen und/ oder dynamischen Kräfte sehr genau ermitteln, weil dieser Bereich eine geringere Festigkeit aufweist, wie die restlichen Bereiche des Rahmens 2. Alternativ kann anstelle und/ oder in Kombination mit der Dünnstelle 13 eine weitere Maßnahme getroffen werden um die Festigkeit des Rahmens 2 im Bereich des Sensors 8 zu verringern. Beispielsweise kann mindestens eine Aussparung in dem Rahmen 2 vorhanden sein, welche sich in unmittelbarer Nähe zu dem Sensor 8 befindet. Eine weitere Möglichkeit der Anordnung des Sensors 8 besteht darin, dass der Sensor 8 in unmittelbarer Nähe zu der Versteifung 16 angeordnet ist. Hierbei muss der Rahmen 2 weder eine Dünnstelle 13 noch eine Aussparung aufweisen. Der Sensor 8 ist dazu neben der Versteifung 16 angeordnet. Somit ist zwischen dem Sensor 8 und der Versteifung 16 eine räumliche Distanz bzw. überragt der Sensor 8 die Versteifung 16 nicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Maschine / Waschmaschine
- 2
- Rahmen
- 3
- Wäschetrommel
- 4
- Tür
- 5
- Motor
- 6
- Standfüße
- 7
- Nivelliereinrichtung
- 8
- Sensor
- 9
- Vorderseite
- 10
- Bedieneinheit
- 11
- Feder
- 12
- Stoßdämpfer
- 13
- Dünnstelle
- 14
- Auswerteeinheit
- 15
- Trägerplatte
- 16
- Versteifung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4047427 A [0003]
- EP 0801259 A1 [0004]
