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Die Erfindung betrifft eine Waschmaschine mit einem Laugenbehälter, in dem eine Trommel
zur Aufnahme von Wäsche drehbar gelagert ist, mit einem Gehäuse, in dem der
Laugenbehälter im oberen Bereich an Federn aufgehängt und im unteren Bereich über zwei Stoßdämpfer
abgestützt ist, die beide ein zylindrisches Dämpferrohr und eine im Dämpferrohr in axialer
Richtung verschiebbare Kolbenstange mit einer Dämpfungseinrichtung besitzen, und mit einem
System zur Bestimmung des Gewichts der in der Trommel vorhandenen Wäsche, welches eine
Messeinrichtung zur Ermittlung der gewichtskraftbedingten Absenkung des Laugenbehälters
beinhaltet.
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Eine Waschmaschine mit einem System zur Bestimmung des Gewichts der in der Trommel
vorhandenen Wäsche wird beispielsweise unter der Bezeichnung W 377 WPS von der
Anmelderin hergestellt und vertrieben. Sie ist auch aus der DE 199 46 245 A1 bekannt. Bei dieser
Waschmaschine ist parallel zu einem der beiden Stoßdämpfer ein Wegsensor angeordnet. Der
Laugenbehälter mit der darin drehbar gelagerten Trommel ist über Federn im Gehäuse
aufgehängt. Sobald die Wäsche in die Trommel gelegt wird, ändert sich die Gesamtmasse des
Laugenbehälters. Durch die größer werdende Masse werden die Federn weiter gedehnt, so dass
der Laugenbehälter um so tiefer hängt, je größer die Masse der eingefüllten Wäsche ist. Die
neue Höhenlage des Laugenbehälters wird mit dem Wegsensor ermittelt. Damit liefert der
Wegsensor ein Signal, dessen Differenz zur Nulllage (unbeladene Trommel) proportional zu
der eingefüllten Wäschemenge ist. Anstelle einer Aufhängung des Laugenbehälters kann auch
eine Abstützung über Federbeine vorgesehen sein, wie sie beispielsweise aus der
EP 0 108 217 B1 bekannt sind. Entscheidend ist, dass der Laugenbehälter frei
schwingungsfähig aufgehängt bzw. abgestützt ist.
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Für den Schleuderbetrieb der Waschmaschine muss sichergestellt werden, dass die
Schwingamplitude beim Durchgang durch den kritischen Drehzahlbereich (Resonanz des Feder-Masse-
Systems, bestehend aus den Federn und der Masse des gefüllten Laugenbehälters) begrenzt
wird. Dafür sorgen Stoßdämpfer zwischen dem Laugenbehälter und dem Gehäuseboden. Das
Wiegen der Wäsche erfolgt bei stillstehendem Laugenbehälter. Hier dürfen die Dämpfer keine
Kräfte aufbringen, da sonst die Dämpferkraft während des Beladens mit Wäsche erst durch die
Gewichtskraft der Wäsche überwunden werden muss, um überhaupt ein Absinken des
Laugenbehälters und damit ein mit dem Wegsensor messbares Wegsignal zu ermöglichen. Es werden
deshalb bei der W 377 zwei Öl-Hydraulik-Dämpfer mit geschwindigkeitsproportionaler
Dämpfkraft eingesetzt, die nur eine sehr geringe Dämpfkraft besitzen, wenn sie nicht bewegt
werden (wünschenswert wäre gar keine Dämpfung). Erst wenn der Laugenbehälter auslenkt, treten
Geschwindigkeiten auf, die dazu führen, dass Gegenkräfte entstehen und so die
Schwingamplitude begrenzt wird. Nachteile der Öl-Hydraulik-Dämpfer sind ihr hoher Preis, eine geringe
Dämpfung, akustische Probleme und geringe Umweltverträglichkeit (das Öl muss entsorgt
werden).
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Der Einsatz eines Wegsensors in Verbindung mit zwei Dämpfern, die im Bereich einer
vorgegebenen Einschubtiefe wenigstens annähernd reibungsfrei, aber fluidisch gedämpft
verschiebbar sind, ist auch aus der DE 199 50 747 A1 bekannt.
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Aus der DE 199 49 521 A1 ist der Einsatz eines Wegsensors in Verbindung mit zwei
Reibungsdämpfern bekannt. Um eine wirksame Dämpfung der Laugenbehälterschwingungen zu
erreichen, müssen die Dämpfer Reibungskräfte von ca. 100 N erzeugen. Damit sind diese Kräfte
bei Haushaltswaschmaschinen in jedem Fall höher als die Gewichtskraft der
Trommelbeladung (ca. 50 N), so dass eine Bestimmung des Wäschegewichts nicht möglich ist. Aus diesem
Grund kann die vorbeschriebene Anordnung nur zur Erfassung der unwuchtbedingten
Schwingungen des Laugenbehälters verwendet werden.
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Aus der DE 40 18 599 A1 ist ein sogenannter Federkolbendämpfer bekannt. Hierbei handelt es
sich um einen Reibungsdämpfer, bei dem der Reibbelag auf der Kolbenstange zwischen zwei
Federelementen beweglich angeordnet ist, wobei sich die Federelemente jeweils an einem mit
der Kolbenstange verbundenen Anschlag abstützen. Auch hierdurch entsteht im Bereich einer
vorgegebenen Einschubtiefe eine wenigstens annähernd reibungsfreie Dämpfung.
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Ein Einsatz von zwei Federkolbendämpfern in Verbindung mit einem Wegsensor zur
Gewichtsmessung ist beim Siemens-Waschautomat IQ 1430 und aus der Patentanmeldung DE 100 46 712 A1 bekannt. Federkolbendämpfer sind jedoch relativ teuer.
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Alle vorgenannten Waschmaschinen haben gemein, dass zur Abstützung des Laugenbehälters
mindestens zwei Stoßdämpfer verwendet werden und dass diese Stoßdämpfer identisch sind.
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Der Erfindung stellt sich das Problem, eine Waschmaschine der eingangs genannten Art zu
offenbaren, mit welcher eine Bestimmung des Gewichts der in der Trommel vorhandenen
Wäsche sicher und trotzdem einfach und preiswert möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch eine Waschmaschine mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht von der überraschenden Erkenntnis aus, dass eine Symmetrie der rechten
und der linken Seite sowohl bei den Federkonstanten als auch bei der Dämpfungscharakteristik
gar nicht notwendig ist. Hierdurch ist eine erhebliche Einsparung bei der Auswahl der Dämpfer
möglich.
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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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Fig. 1 die Schemaskizze einer erfindungsgemäß aufgebauten Waschmaschine
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Fig. 2 einen Reibungsdämpfer
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Fig. 3 einen Öl-Hydraulik-Dämpfer
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Fig. 4 einen Federkolbendämpfer
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Fig. 5 das Kraft-Weg-Diagramm eines Federkolbendämpfers
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Der Laugenbehälter (4) einer Waschmaschine mit der darin drehbar gelagerten Trommel (5) ist
an Federn (2, 3) im oberen Bereich (1a) des Gehäuses (1) aufgehängt. Je nach Bauart der
Waschmaschine sind drei oder vier Federn vorhanden. Bei Geräten mit vier Federn sind die
Positionen der Federn hinten links, hinten rechts, vorne links und vorne rechts. Bei Geräten mit
drei Federn ist auf der linken oder rechten Seite nur eine Feder eingebaut, die dann eine
entsprechend höhere Federkonstante besitzt. In Fig. 1 sind nur zwei Federn (2, 3) dargestellt, die
jeweils die Gesamtfederkonstante der rechten und der linken Seite symbolisieren.
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Zwischen der nach unten wirkenden Gewichtskraft des Laugenbehälters (4) und den nach oben
wirkenden Federkräften stellt sich im Ruhezustand ein Gleichgewicht ein. Sobald Wäsche (6) in
die Trommel (5) gelegt wird, ändert sich die Gesamtmasse, die aus der Masse des leeren
Laugenbehälters (4) und der Masse der Wäsche (6) zusammengesetzt ist. Durch die
Massezunahme des Laugenbehälters (4) wird seine Gewichtskraft größer, so dass sich die Federn (2, 3)
um ein gewisses Maß dehnen, damit sich wieder ein Kräftegleichgewicht einstellt.
Entsprechend der tieferen Position des Laugenbehälters (4) wird der Abstand zum Gehäuseboden
geringer. Dieser Abstand wird mit einem Wegsensor (9) ermittelt. Damit liefert der Wegsensor (9)
ein Signal an eine in der Mikroprozessor-Steuerung MC integrierte Auswerteschaltung A, das
proportional zu der eingefüllten Wäschemenge ist. Die Auswerteschaltung A steuert eine
Beladungsanzeige B an und gibt hierüber dem Benutzer Informationen, beispielsweise über das
Wäschegewicht, die notwendige Waschmitteldosierung und die Programmlaufzeit.
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Für den Schleuderbetrieb des Waschautomaten muss sichergestellt werden, dass die
Schwingamplitude beim Durchgang durch den kritischen Drehzahlbereich (Resonanz des
Feder-Masse-Systems bestehend aus den Federn (2, 3) und der Masse des gefüllten
Laugenbehälters (4)) begrenzt wird. Dafür sorgen zwei Dämpfer (7, 8), die aufgrund ihrer Bauart mit
unterschiedlichen Dämpfungscharakteristiken ausgestattet sind.
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Als erster Dämpfer (7) wird ein Reibungsdämpfer (80) wie in Fig. 2 dargestellt eingesetzt. Er
besteht aus einem Dämpferrohr (11), das mit einem ersten Dämpferauge (12) verbunden ist. In
dem Dämpferrohr (11) wird eine Kolbenstange (13) geführt, die mit einem zweiten
Dämpferauge (14) verbunden ist. Auf der Kolbenstange (13) ist ein Belagblock (15) angeordnet, auf dem
sich wiederum ein Reibbelag (16) befindet. Die Dämpferaugen (12, 14) sind mit dem
Laugenbehälter (4) bzw. dem Boden (1b) des Gehäuses (1) verbunden (s. Fig. 1).
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Ein solcher Reibungsdämpfer (80) zeichnet sich durch eine konstante Reibkraft aus. Wird auf
ihn eine Kraft in Richtung seiner Längsachse ausgeübt, so ändert sich der Abstand der beiden
Dämpferaugen (12, 14) zueinander nicht, solange die wirkende Kraft geringer ist als die
Reibkraft. Erst wenn die Kraft so groß ist, dass die Reibkraft des Reibbelags (16) im
Dämpferrohr (11) überwunden wird, entsteht eine Relativbewegung zwischen Dämpferrohr (11) und
Kolbenstange (13) und dementsprechend ändert sich der Abstand der beiden
Dämpferaugen (12, 14) zueinander. Aufgrund der Reibung wird durch den Dämpfer Energie
aufgenommen, wodurch die Relativbewegung des Laugenbehälters (4) zum Gehäuse (1) begrenzt wird.
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Betrachtet man den in Fig. 1 dargestellten Waschautomaten und setzt als zweiten
Dämpfer (8) ebenfalls einen Reibungsdämpfer (80) der vorbeschriebenen Bauart ein, so wird das
System zur Bestimmung der Beladungsmenge unbrauchbar. Beim Beladen der Trommel (5)
mit Wäsche (6) ändert sich die Gewichtskraft des Laugenbehälters (4). Diese Kraftänderung
würde dann zunächst von den beiden Reibungsdämpfern (80) aufgenommen, ohne dass sich
die Position des Laugenbehälters (4) verändert. Dementsprechend liefert der Wegsensor (9)
kein Signal. Die Position des Laugenbehälters (4) ändert sich erst, wenn die auf die
Dämpfer (80) wirkenden Kräfte so groß sind, dass ihre Reibkraft überwunden wird.
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Zur Vermeidung dieses Problems wird als zweiter Dämpfer (8) ein geschwindigkeitsabhängiger
Öl-Hydraulk-Dämpfer (81) eingesetzt. Fig. 3 zeigt den Aufbau eines solchen Dämpfers (81).
Das Dämpferrohr (21), das mit einem Dämpferauge (22) verbunden ist, ist mit einem zähen
Öl (23) gefüllt. In dem Öl (23) läuft die Kolbenstange (24) mit dem Kolben (25). Die
Kolbenstange (24) ist auch mit einem Dämpferauge (26) verbunden. Wird nun eine Kraft auf die
Kolbenstange (24) ausgeübt, so verschiebt sich der Kolben (25) im Dämpferrohr (21). Dabei muss
das zähflüssige Öl (23) am Kolben (25) vorbei in den davor bzw. dahinter liegenden Hohlraum
gedrückt werden. Je größer die aufgebrachte Kraft, um so schneller verschiebt sich der
Kolben (25) im Dämpferrohr (21). Gibt man nun umgekehrt den Weg vor und betrachtet die Kraft,
so stellt man fest, dass die vom Dämpfer aufgebrachte Kraft um so größer ist, je schneller der
Dämpfer (81) zusammengedrückt bzw. auseinandergezogen wird. Bleibt der Dämpfer (81)
konstant in einer Stellung stehen, so wird keine Kraft mehr wirksam. So kombiniert dieser
Dämpfer (81) zwei Eigenschaften. Zum einen erzeugt er Reibung beim schnellen Bewegen des
Laugenbehälters (4) und begrenzt so die Amplitude der Relativbewegung zwischen
Laugenbehälter (4) und Gehäuse (1). Zum anderen bringt er im statischen Fall keine Kraft auf, das heißt, er
ist über einen vorgegebenen Weg wenigstens annähernd reibungsfrei, was dazu führt, dass bei
Beladung der Trommel sich wieder das oben beschriebene Gleichgewicht zwischen
Gewichtskraft und Federkräften einstellt. Dem entsprechend hängt der beladene Laugenbehälter (4) in
einer tieferen Position als der leere und die Beladungsmenge kann mit dem Wegsensor (9)
erfasst werden.
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Ein Nachteil der Öl-Hydraulik-Dämpfer (81) ist, dass ihr Aufbau komplex ist und dass am Ende
ihrer Lebensdauer das Öl (23) umweltgerecht entsorgt werden muss. Deshalb wurden
Reibungsdämpfer weiterentwickelt, so dass auch mit diesen eine Bestimmung der Wäschemenge
in der Trommel mit einem Wegsensor möglich ist.
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Fig. 4 zeigt einen entsprechend modifizierten Reibungsdämpfer (82). Er besitzt auch ein
Dämpferrohr (31) mit einem ersten Dämpferauge (32). In diesem Dämpferrohr (31) befindet
sich eine Kolbenstange (33), die mit einem zweiten Dämpferauge (34) fest verbunden ist. Im
Unterschied zum Reibungsdämpfer nach Fig. 2 ist nun aber der Kolben (35) mit dem
Reibbelag (40) nicht fest mit der Kolbenstange (33) verbunden, sondern ist auf dieser axial
verschiebbar gelagert. Mit der Kolbenstange (33) fest verbunden sind zwei Federteller (36, 37). Zwischen
den beiden Federtellern (36, 37) und dem Dämpferkolben (33) sind zwei Druckfedern (38, 39)
angeordnet, die dafür sorgen, dass der Kolben (33) bei jeder Kraftänderung eine
Wegänderung erfährt, und zwar auch dann, wenn die Reibkraft nicht überwunden wird. Also ist auch
dieser Dämpfer (82) im Bereich einer vorgegebenen Einschubtiefe wenigstens annähernd
reibungsfrei ausgebildet. Wegen der zwei ergänzten Federn (38, 39) wird dieser Dämpfer (82)
Federkolben-Reibungsdämpfer oder kurz Federkolbendämpfer genannt.
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Fig. 5 zeigt ein Kraft-Weg-Diagramm des Federkolbendämpfers (82). So lange die
eingeleitete Kraft geringer ist als die Reibkraft des Reibbelags (40), wird diese von den Federn (38, 39)
aufgenommen. Somit ergibt sich eine Relativbewegung zwischen Kolbenstange (33) und
Kolben (35). Da der Kolben (35) bei Kräften unterhalb der Reibkraft fest am Dämpferrohr (31)
anliegt, ergibt sich eine entsprechende Bewegung zwischen den beiden Dämpferaugen (32, 34).
Der Dämpfer (82) befindet sich im Bereich der "Federwirkung" (Fig. 5). Erst bei Überschreiten
der Reibkraft wird die Kraft durch Verschieben des Reibbelags (40) im Dämpferrohr (31)
begrenzt.
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Alle bekannten schwingenden Systeme des Waschautomaten nach dem Stand der Technik
zeichnen sich durch eine Symmetrie der rechten und der linken Seite aus. Es werden Federn
mit gleichen Federkonstanten rechts und links eingesetzt. Wird auf einer Seite nur eine Feder
eingebaut, so wird ihre Federkonstante entsprechend angepasst, so dass sich auf beiden
Seiten rechts wie links gleiche Verhältnisse ergeben. Genau so verhält es sich bei den Dämpfern:
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Es werden entweder zwei gleiche Reibungsdämpfer, zwei gleiche Öl-Hydraulik-Dämpfer oder
zwei gleiche Federkolben-Reibungsdämpfer eingesetzt.
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Diese Art der Symmetrie ist aber nicht unbedingt notwendig. So ist eine Kombination
unterschiedlicher Dämpfer, z. B. ein Reibungsdämpfer mit einem Öl-Hydraulik-Dämpfer oder einem
Federkolbendämpfer, durchaus denkbar. Wichtig ist lediglich, dass der Laugenbehälter (4) des
Waschautomaten an beiden Seiten ausreichend in der Resonanz bedämpft wird. Erfolgt diese
Bedämpfung rechts und links unterschiedlich, so ändert das an der Wirkung der Dämpfer
grundsätzlich nichts. Für die Beladungsmessung mit dem Wegsensor (9) ist es nur erforderlich,
dass der Dämpfer (8), an dem der Wegsensor (9) angebracht ist, bei Änderung der
Gewichtskraft des Laugenbehälters in Folge der Wäschebeladung eine Wegänderung zulässt. So muss
dieser Dämpfer entweder ein Öl-Hydraulik-Dämpfer (81) oder ein Federkolben-
Reibungsdämpfer (82) oder ein wie auch immer gearteter Dämpfer sein, der eine
Wegänderung zulässt (z. B. auch ein abschaltbarer Dämpfer). Hingegen kann auf der anderen Seite ein
einfacher Standard-Reibungsdämpfer (80) eingesetzt werden.