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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Waschautomaten und einen Waschautomaten.
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Die Ermittlung einer Beladungsmenge bzw. des Gesamtgewichts von Wäsche in einer Trommel des Waschautomaten ist vor einem Programmstart eines Waschprogramms üblicherweise nur mit einem in den Waschautomaten integrierten Beladungssensor möglich. Der Beladungssensor ist jedoch ein zusätzliches Bauteil. Üblicherweise misst der Beladungssensor eine Absenkung des Waschaggregats, so dass der Waschautomat zusätzlich spezielle Dämpfer benötigt. Der zusätzliche Beladungssensor weist daher Kostennachteile auf. Außerdem ist die Messgenauigkeit auch bei Verwendung optimierter Dämpfer nicht ausreichend genau, um einen Waschprozess zu steuern. Deshalb kommt auch bei derartigen Waschautomaten zusätzlich ein Massenträgheitsverfahren zum Einsatz, um die Beladungsmenge genauer zu ermitteln.
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Bei einem Waschautomaten mit einem Massenträgheitsverfahren zur Ermittlung der Beladungsmenge wird die Beladungsmenge nach dem Programmstart bei sich drehender Trommel bestimmt bzw. ermittelt. Das Massenträgheitsverfahren weist drei Messschritte auf. Zunächst wird auf einem ersten Drehzahlplateau eine Leistungsmessung durchgeführt. Daraufhin wird die Trommel mit einer gleichbleibenden Beschleunigung auf eine zweite Plateaudrehzahl beschleunigt. Während dieser Beschleunigungsphase wird ebenfalls eine Leistungsmessung durchgeführt. Zuletzt wird auch auf dem zweiten Drehzahlplateau eine Leistungsmessung durchgeführt. Aus diesen drei Werten kann das Massenträgheitsmoment ermittelt werden.
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Das Massenträgheitsmoment der mit Wäschebeladung beladenen Trommel korreliert mit der Beladungsmenge. Dieses Massenträgheitsverfahren bedarf eines Schleuderhochlaufs auf überkritische Schleuderdrehzahlen. Dieser Schleuderhochlauf kostet Zeit und sorgt für erhöhte Schallemissionen. Die Wäsche wird vor dem Schleuderhochlauf nur leicht angefeuchtet. Deshalb wird die Wäsche, insbesondere bei höheren Beladungsmengen, durch Reibung am Türschauglas belastet. Eine unterkritische Beladungsermittlung ist mit dem bekannten Massenträgheitsverfahren nicht möglich. Wählt ein Nutzer des Waschautomaten zur Durchführung eines Waschprogramms eine geringere als für das Massenträgheitsverfahren notwendige Schleuderdrehzahl aus, kann die Beladungsmenge nicht ermittelt werden. Daher steht die Information über die Beladungsmenge während des Waschprozesses auch nicht für weitere Prozesse wie eine unterkritische Unwuchtermittlung zur Verfügung.
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Zudem wird für eine energieeffiziente Steuerung eines Waschprozesses, der Wasch-, Spül- und/oder Schleuderphasen aufweist, eine möglichst genaue Information über die Beladungsmenge benötigt.
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Der Erfindung stellt sich somit das Problem, ein Verfahren zum Betreiben eines Waschautomaten und einen Waschautomaten bereitzustellen, die eine kostengünstige und genauere Ermittlung der Beladungsmenge der Trommel bereitstellen. Zudem sollte die Ermittlung der Beladungsmenge möglichst schallarm und/oder unterkritisch durchführbar sein.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen Waschautomaten mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen neben einer genaueren Bestimmung bzw. Ermittlung der Beladungsmenge darin, dass sie kostengünstig ist. Das neue Verfahren ermöglicht eine Bestimmung des Massenträgheitsmoments bei unterkritischen Drehzahlen der Trommel. Der Schleuderhochlauf zu Beginn eines Waschprogramms, wie er für das bekannte Massenträgheitsverfahren notwendig ist, kann entfallen. Dadurch ergeben sich eine Zeitersparnis, akustische Vorteile und eine geringere Wäschebelastung. Durch die nun unterkritisch verfügbare Beladungsmenge kann die Genauigkeit der unterkritischen Unwuchtermittlung verbessert werden.
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Diese Unwuchtermittlung basiert auf der Ermittlung von trommeldrehfrequenten Drehzahlschwankungen oder Drehmomentschwankungen. Die Schwankungen werden durch die Wirkung der Schwerkraft auf die Unwucht verursacht. Die Größe dieser Schwankungen ist aber zusätzlich abhängig von dem Massenträgheitsmoment und damit von der Beladungsmenge. Mit einer Information über die Beladungsmenge lässt sich das Unwuchterkennungsverfahren verbessern. Damit lassen sich die Auslenkungen im kritischen Drehzahlbereich genauer vorhersagen. Das Verfahren kann auch in der Schleuderphase bei einer Schleuderenddrehzahl eingesetzt werden, um eine Abschätzung der Entwicklung einer Restfeuchte der Wäsche vorzunehmen, die auf Basis der Beladungsmenge abgeschätzt wird.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Waschautomaten mit einem Laugenbehälter zur Aufnahme von Waschflüssigkeit, einer in dem Laugenbehälter drehbar gelagerten Trommel zur Aufnahme von Wäsche, einem Motor zum Antreiben der Trommel und einer Regeleinrichtung mit einer Regelung des Motors aufweisend ein Bestimmen einer Beladungsmenge der Trommel mit den Schritten
- - periodisches Variieren einer Trommeldrehzahl mit einer vorbestimmten Variationsfrequenz;
- - Ermitteln von Drehmomenten des Motors, der die Trommel während des periodischen Variierens der Trommeldrehzahl antreibt, über einen vorbestimmten Zeitraum;
- - Ermitteln einer Signalamplitude der über den vorbestimmten Zeitraum ermittelten Drehmomente an mindestens einer vorbestimmten Frequenzkomponente; und
- - Bestimmen der Beladungsmenge der Trommel mittels der ermittelten Signalamplitude.
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Die Beladungsmengenermittlung beruht auf dem physikalischen Prinzip der Bestimmung des Massenträgheitsmoments um die Trommelrotationsachse, das mit der Beladungsmenge korreliert. Um den Verlauf der Trommeldrehzahl für die verschiedenen Beladungsmengen gleich zu halten, muss eine Regelung des Motors verschiedene Drehmomente aufwenden. Steigt die Beladungsmenge, steigt auch das Massenträgheitsmoment um die Trommelrotationsachse. Damit muss ein höheres Drehmoment aufgewendet werden, um den gewünschten Drehzahlverlauf zu erreichen. Der Drehmomentbedarf ist proportional zum Massenträgheitsmoment und korreliert mit der Beladungsmenge.
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Die Bestimmung der Beladungsmenge weist eine periodische Variation der Trommeldrehzahl auf. Dazu wird die Trommelsolldrehzahl mit einer vorbestimmten Frequenz periodisch variiert. Der Waschautomat weist eine Regeleinrichtung mit einer Regelung bzw. Drehzahlregelung des Motors auf, die ausgebildet ist, die Trommel periodisch zu beschleunigen und abzubremsen. Um den zur Variation der Trommeldrehzahl benötigten Anteil des Drehmoments bzw. seines drehmomentproportionalen Signals zu ermitteln, wird die Signalamplitude der ermittelten Drehmomente an der mindestens einen vorbestimmten Frequenzkomponente ermittelt und daraus die Beladungsmenge bestimmt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Signalamplitude an der vorbestimmten Variationsfrequenz ermittelt. Der Vorteil der ausschließlichen Ermittlung der Signalamplitude an der vorbestimmten Variationsfrequenz liegt darin, dass eine Vielzahl von Störeinflüssen automatisch eliminiert werden kann.
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Die Trommeldrehzahl kann mit jedweder periodischen Schwingungsform variiert werden. Bevorzugt wird die Trommeldrehzahl sinusförmig variiert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Trommeldrehzahl in einem unterkritischen Drehzahlbereich periodisch variiert. D.h., die periodisch variierte Drehzahl liegt bevorzugt in einem Bereich von 70 bis 149 min-1.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Ermitteln der Signalamplitude Durchführen einer Spektralanalyse auf. Die Spektralanalyse basiert bevorzugt auf einer Fourier-Transformation. Bevorzugt wird die Signalamplitude mittels einer FFT (Fast-Fourier-Transformation) ermittelt. Die FFT bietet eine effiziente Berechnungsmethode. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Signalamplitude mittels des Goerzel-Algorithmus ermittelt. Dieser Algorithmus stellt eine besondere Form der diskreten Fourier-Transformation (DFT) dar. Im Gegensatz zu den verschiedenen schnellen Berechnungsmethoden bei der diskreten Fourier-Transformation wie FFT, welche immer alle diskreten Frequenzkomponenten in einem Block berechnen, ist es mit dem Goertzel-Algorithmus möglich, nur einzelne diskrete Frequenzkomponenten zu berechnen. Dadurch können Berechnungen vereinfacht und beschleunigt werden.
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Bevorzugt weist das Ermitteln der Signalamplitude eine Bandpassfilterung in dem vorbestimmten Zeitraum auf. Dies ist ein einfach ausführbares Ermittlungsverfahren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der vorbestimmte Zeitraum eine vollständige Umdrehung der Trommel oder mehrere vollständige Umdrehungen der Trommel auf. Beispielsweise liegt der vorbestimmte Zeitraum im Bereich von 2 bis 10 oder 2 bis 5 Sekunden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Variationsfrequenz kleiner oder größer als die Trommeldrehfrequenz. D.h., die Variationsfrequenz ist ungleich der Trommeldrehfrequenz. Beispielsweise ist sie kleiner.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Waschautomat mit einem Laugenbehälter zur Aufnahme von Waschflüssigkeit, einer in dem Laugenbehälter drehbar gelagerten Trommel zur Aufnahme von Wäsche, einem Motor zum Antreiben der Trommel und einer Regeleinrichtung mit einer Regelung des Motors, wobei der Waschautomat ausgebildet und eingerichtet ist, ein Verfahren nach einer oder mehreren der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen durchzuführen.
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Zu dem Verfahren beschriebene Ausführungsformen und Vorteile gelten für den Waschautomaten entsprechend und umgekehrt.
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Bei dem Waschautomaten kann es sich um einen Frontlader oder einen Toplader handeln. Der Begriff „Waschautomat“ umfasst auch ein Kombigerät wie einen Waschtrockner. Die Trommel ist bevorzugt horizontal drehbar in dem Laugenbehälter gelagert.
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Bei dem Waschautomaten kann es sich um einen Waschautomaten handeln, der einem Kalibrierverfahren unterzogen worden ist, bei dem das erfindungsgenmäße Verfahren bei leerer Trommel durchgeführt wird. Dadurch können systemische Fehler, die durch Bauteiltoleranzen entstehen können, verringert werden.
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Die Regeleinrichtung kann ein oder mehrteilig ausgebildet sein. Neben einer Drehzahlregelung des Motors weist sie weitere Regelungen oder Steuerungen auf, die zum Durchführen des Waschprozesses benötigt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt schematisch und nicht maßstabsgerecht
- 1 einen Verlauf der Trommeldrehzahl in zeitlicher Abfolge für verschiedene Beladungsmengen in einem erfindungsgemäßen Verfahren;
- 2 einen Verlauf des Drehmoments des Motors in zeitlicher Abfolge für verschiedene Beladungsmengen in dem erfindungsgemäßen Verfahren; und
- 3 das Drehmoment des Motors in Abhängigkeit von der Frequenz für verschiedene Beladungsmengen in dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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1 zeigt einen Verlauf der Trommeldrehzahl in zeitlicher Abfolge für verschiedene Beladungsmengen in einem erfindungsgemäßen Verfahren.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Waschautomaten mit einem Laugenbehälter zur Aufnahme von Waschflüssigkeit, einer in dem Laugenbehälter drehbar gelagerten Trommel zur Aufnahme von Wäsche, einem Motor zum Antreiben der Trommel und einer Regeleinrichtung mit einer Regelung des Motors, wobei bei dem Verfahren ein Bestimmen der Beladungsmenge der Trommel durchgeführt wird mit den Schritten
- - periodisches Variieren einer Trommeldrehzahl mit einer vorbestimmten Variationsfrequenz;
- - Ermitteln von Drehmomenten des Motors, der die Trommel während des periodischen Variierens der Trommeldrehzahl antreibt, über einen vorbestimmten Zeitraum;
- - Ermitteln einer Signalamplitude der über den vorbestimmten Zeitraum ermittelten Drehmomente an mindestens einer vorbestimmten Frequenzkomponente; und
- - Bestimmen der Beladungsmenge der Trommel mittels der ermittelten Signalamplitude,
wird über eine Regelung des Motors die Trommeldrehzahl periodisch variiert, und wird anhand der Drehmomente des Motors, die erforderlich sind, einen gleichbleibenden Verlauf der Drehzahl sicherzustellen, die Beladungsmenge ermittelt.
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Der Mittelwert der Trommeldrehzahl beträgt in diesem Beispiel 120 min-1 (2 Hz). Die Variation der Drehzahl erfolgt in diesem Beispiel mit 1 Hz, d.h., die Variationsfrequenz ist 1 Hz. Der Verlauf ist für die verschiedenen Beladungsmengen annähernd identisch, dafür sorgt die Regelung des Motors.
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2 zeigt einen Verlauf des Drehmoments des Motors in zeitlicher Abfolge für verschiedene Beladungsmengen in dem erfindungsgemäßen Verfahren, zu dem der zeitliche Verlauf der Trommeldrehzahl in 1 gezeigt ist. Das Signal des Drehmoments enthält neben der Variationsfrequenz von 1 Hz auch noch weitere Signalanteile bzw. Frequenzkomponenten, wie in 2 erkennbar ist. Die Drehmomente, die für einen gleichbleibenden Verlauf der Trommeldrehzahl, wie in 1 gezeigt, erforderlich sind, variieren nicht nur zeitlich, sondern hängen auch von der Beladungsmenge ab.
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3 zeigt das Drehmoment des Motors in Abhängigkeit von der Frequenz für verschiedene Beladungsmengen in dem erfindungsgemäßen Verfahren, zu dem jeweils der zeitliche Verlauf der Trommeldrehzahl in 1 und des Drehmoments in 2 gezeigt ist. Gezeigt ist die Abhängigkeit des Drehmoments von Frequenzen in einem Frequenzbereich von 0 bis 5 Hz. In dem Drehmoment sind Signalanteile bei verschiedenen Frequenzen d.h. Frequenzkomponenten enthalten. Der Gleichanteil wird durch konstante Einflüsse wie Lagerreibung oder Reibung der Wäsche am Türschauglas erzeugt. Der drehfrequente Anteil bei 2 Hz wird durch Wäscheunwuchten oder andere drehzahlsynchrone Phänomene verursacht. Der Anteil bei der Drehzahlvariationsfrequenz von 1 Hz enthält die Information über die Beladungsmenge.
