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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 WPS zwei Öl-Hydraulik-Dämpfer mit
geschwindigkeitsproportionaler Dämpfkraft
eingesetzt, die nur eine sehr geringe Dämpfkraft besitzen, wenn sie
nicht bewegt wer den (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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Bei
einer aus der
DE 21
09 883 A bekannten Waschmaschine sind zur federnden Lagerung
der Arbeitseinheit Federbeine im unteren Bereich angeordnet, auf
denen die Einheit steht. Es sind zwar auch Federn zwischen dem oberen
Bereich der Arbeitseinheit und dem Gehäuse angeordnet, diese sind
jedoch nur schwach und haben an der Verhinderung einer Abwärtsbewegung
der Arbeitseinheit keinen Anteil. Bei einer Ausführungsform der Waschmaschine
ist nur ein Teil dieser Federbeine mit Dämpfern ausgestattet. Übertragen
auf eine Waschmaschine mit Federaufhängung würde dies bedeuten, dass dort
die Dämpfer
auf einer Seite vollständig
entfernt werden könnten.
Dies ist aus Stabilitätsgründen nicht
praktikabel.
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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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1 die
Schemaskizze einer erfindungsgemäß aufgebauten
Waschmaschine
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2 einen
Reibungsdämpfer
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3 einen Öl-Hydraulik-Dämpfer
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4 einen
Federkolbendämpfer
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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 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
(1b) 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 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. 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 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. 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 Laugenbehäl ter (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 (5)
mit einem Wegsensor möglich
ist.
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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 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
(35) sind zwei Druckfedern (38, 39) angeordnet,
die dafür
sorgen, dass der Kolben (35) 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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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" (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: 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.