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Die
Erfindung betrifft Verfahren und eine Einrichtung gemäß den Gattungsangaben
der unabhängigen
Patentansprüche.
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Die
gattungsgemäßen Maßnahmen
sind etwa aus der
EP
0 349 798 B1 bekannt. Danach wird die in einer Haushalts-Waschmaschine
um ihre horizontale Achse rotierende Wäschetrommel über ein Reduktionsgetriebe,
dort eine Transmission, von einem in seiner Drehzahl steuerbaren
Elektromotor angetrieben, der mit einem Tachogenerator als Drehgeber
bestückt
ist. Dessen Rotor läuft
als Aktuator drehstarr mit der Motorwelle um, während sein Stator als Aufnehmer
starr am Motorgehäuse
festgelegt ist, das seinerseits an dem Bottich montiert ist, innerhalb dessen
die in der Bottich-Stirnwand gelagerte Trommel rotiert. Die Ausgangsspannung
oder die Ausgangsfrequenz des Drehgebers ist ein Maß für die momentane
Motordrehzahl und somit auch für
die momentane, der Motordrehzahl gegenüber untersetzte, Trommeldrehzahl.
Diese Drehzahlen erfahren unwuchtabhängige Schwankungen, so dass
die Signalschwankung am Ausgang des Drehgebers ein Maß für die momentane
Unwucht in der Beladung der Wäschetrommel
ist. Solch einer Unwucht kann im Programmablauf einer Wasch- oder
Schleudermaschine durch eine Wäscheverteilphase
begegnet werden, ehe das Programm für den Trommelantrieb auf deutlich
höhere
Drehzahl zum Entfeuchten und schließlich zum Trockenschleudern
der Wäsche
in der Trommel weitergeschaltet wird.
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Derartige
Maßnahmen
haben sich bei marktgängigen
Waschmaschinen und Wäschechleudern mit
im wesentlichen horizontaler Drehachse ihrer Wäschetrommeln durchaus bewährt. Allerdings
erfassen Drehgebersysteme nur die Drehzahl bzw. die Winkelbeschleunigung
um die Trommelachse, die im wesentlichen mit der Hauptmassenträgheitsachse zusammenfällt. Andererseits
treten bei bezüglich
des Mittelpunktes der Trommel-Drehachse unsymmetrischer Beladung
auch noch Beschleunigungskomponenten an der Trommel auf, die Taumelbewegungen der
Trommel in Nick- und Gierrichtung und entsprechende Bewegungskomponenten
des Bottichs, in welcher die Trommel gelagert ist, zur Folge haben. Solche
Bewegungen können
nicht mit einem Sensor erfaßt
werden, dessen Aufnehmer steif mit dem Bottich verbunden ist, da
sie nicht um die Masseträgheitsachse
der Trommeldrehung herum zentripetal zur Drehachse orientiert sind,
sondern auf unwuchtbedingten Schwingungen um die Y- und um die Z-Achse
eines räumlich
kartesischen Koordinatensystems beruhen, wenn dessen X-Achse die
Drehachse der Wäschetrommel
ist. Solche unwuchtbedingten Schwingungen zusätzlich zu denjenigen um die
X-Achse treten insbesondere auf, wenn sich die Wäsche in axialer Richtung innerhalb
der Trommel ungleich verteilt. Das kommt etwa bei höherpreisigen Maschinen
vor, bei denen zur leichteren Einsichtnahmemöglichkeit und zur größeren Bequemlichkeit
des Be- und Entladevorganges die Achse der Wäschetrommel von der Eingriffsöffnung her
nach rückwärts geneigt
verläuft.
Dadurch verteilt sich die nach dem Anheben in der Trommel in Schwerkraftrichtung
und somit vertikal zurückfallende
Wäsche
hier nicht mehr oder weniger symmetrisch zum Mittelpunkt der Trommelachse.
Dies führt
vermehrt zu unwuchtbedingten Belastungen um Massenträgheitsachsen
quer zur Rotationsachse und somit zu den Taumelbeanspruchungen der
Trommel und des sie umgebenden Bottichs. Daraus resultiert die Gefahr,
daß der
Bottich insbesondere seitlich gegen die Innenwandungen des ihn umgebenden
Gerätegehäuses anschlägt. Dem
kann zwar durch einen größeren lichten
Abstand zwischen Gehäuse
und Bottich begegnet werden, was dann aber eine Verringerung des
Trommeldurchmessers und dadurch eine verringertes Beladungsvolumen
bedingt und somit den höheren
Maschinenpreis konterkariert.
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In
Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die
technische Problemstellung zugrunde, bei der beladenen Wäschetrommel auch
solche Unwuchterscheinungen zu erfassen, welche zu Taumelbeanspruchungen
der Trommel führen,
die nicht infolge Drehzahlschwankungen um die Trommelachse detektierbar
sind, denen aber ebenfalls zur Vermeidung kritischer unwuchtbedingter
Auslenkungen des Bottichs über
den Trommelantrieb steuerungstechnisch entge gengewirkt können werden
soll. Insbesondere sollen deshalb mit vorliegender Erfindung unwuchtbedingte
Schwingungen der Trommel erfaßt
werden können,
die mit einem in herkömmlicher
Weise starr an die Maschine gekoppelten Drehgeber nicht erfaßt werden
können.
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Erfindungsgemäß ist diese
Aufgabe durch die in den unabhängigen
Ansprüchen
(Anspruch 1 für das
[Arbeits-]Verfahren, Anspruch 5 für das Erzeugnis als Einrichtung
angegebenen Kombinationen der wesentlichen Merkmale gelöst. Danach
findet nicht mehr ein starr an das Gerät, in der die Wäschetrommel
rotiert, gekoppelter Aufnehmer des Drehgebers Anwendung, sondern
sein Aufnehmer ist gegen eine elastische Rückstellkraft tangential bzw.
um die Drehachse des mit der Trommel umlautenden Aktuators verlagerbar.
Dadurch erfaßt
der Drehgeber zusätzlich
eine Winkelbeschleunigung um eine der beiden anderen Hauptmasseträgheitsachsen,
die senkrecht zur Drehachse der Wäschetrommel stehen und deshalb
zu einer Taumelbewegung der Trommel führen können.
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Normalerweise
wird es ausreichen, ein Maß für die Taumelbewegung
nur aus der Winkelbeschleunigung um eine der beiden zur Trommel-Drehachse
senkrechten Masseträgheitsachsen
abzuleiten; bei horizontaler Drehachse vorzugsweise um die vertikale
Achse, um ein seitliches Anschlagen der taumelnden Trommel gegen
den sie umgebenden Laugen-Bottich bzw. dieses Bottichs gegen die
seitlichen Gehäusewände durch
rechtzeitiges, antriebsseitig gegenphasiges Gegensteuern des Motors
zu vermeiden. Wenn aber in der Ebene quer zur Trommeldrehachse zwei
Drehgeber mit erfindungsgemäß elastisch
an die Maschine gekoppelten Aufnehmern orthogonal zueinander angeordnet
sind, läßt sich daraus
für jede
der beiden Hauptträgheitsachsen quer
zur Rotationsachse der Trommel eine stets aktuelle Winkelbeschleunigungsinformation
gewinnen.
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Das
ist von besonderem Interesse bei schräg gelagerten Wäschetrommeln,
die durch den Benutzer wesentlich leichter zu beladen und zu entladen sind
und einen leichteren optischen Einblick in den Trommelinhalt bieten.
Die Wäsche
in einer sich drehenden schräg
gehalterten Trommel fällt
natürlich weiterhin
in Richtung der Gravitationskraftwirkung und deshalb nun nicht mehr
senkrecht zur Drehachse der Trommel, woraus eine ungleiche Verteilung über die
axiale Länge
der Trommel wahrscheinlicher wird. Die kann zu Taumelbewegungen
bei der hoch tourigen Trommelrotation führen, die durch herkömmliche Drehgebersysteme
mit ihrer starren Geräteanbindung
nicht erfassbar sind. Um allen derart möglichen Taumelbewegungen z.B. über eine
phasenrichtige Ansteuerung des Trommelantriebsmotors entgegenwirken
zu können,
müssen
die beiden Winkelbeschleunigungen um die Massenträgheitsachsen
orthogonal zur Hauptmassenträgheitsachse
X erfasst werden. Das die Trommeldrehzahl angebende Ausgangssignal
des Drehgebers erfährt
dafür eine
von den zusätzlichen
Nick- bzw. Gierbewegungen der Wäschetrommel
abhängige
Variation, weil der jeweilige Aufnehmer des Drehgebers erfindungsgemäß nicht
mehr starr festgelegt ist, sondern in der Querebene zur Trommel-Drehachse
unter dem Einfluß der auftretenden
Taumelkräfte
gegen die elastische Kraft einer Rückstelleinrichtung verlagerbar
ist. Zwei in dieser Querebene orthogonal zueinander gegebene erfindungsgemäße Verlagerungsmöglichkeiten
von Drehgeber-Aufnehmern liefern somit getrennte Beeinflussungen
der Ergebnisse der laufenden Drehzahlmessungen an der Trommel, nämlich nach
Maßgabe
der Nick- und der Gierbeanspruchungen der Wäschetrommel.
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Die
erfindungsgemäße Erfassung
von Taumelbewegungen durch die bei verlagerbarem Drehgeber-Aufnehmer
dem aktuellen Drehzahlmesswert überlagerten
Schwankungen ist nicht nur bei horizontaler oder bei gegenüber der
Horizontalen leicht geneigter Drehachse der Trommel anwendbar, sondern bei
beliebiger räumlicher
Winkellage der Drehachse und deshalb ebenso bei vertikaler X- oder
Drehachse der Trommel, wie im Falle der so genannten Aktuator-Waschmaschinen.
Während
für die
prinzipiellen Erläuterungen
vorstehend, und auch in der unten folgenden Beispielsbeschreibung,
zur Erleichterung des Verständnisses
davon ausgegangen ist, daß der Aktuator
des Drehgebersystemes drehstarr mit der Trommel gekoppelt und dessen
Aufnehmer gegen eine elastische Rückstellkraft verschwenkbar
ist, ist im Rahmen vorliegender Erfindung auch die umgekehrte Zuordnung
realisierbar, also eine drehelastische Kopplung des Rotors oder
dergleichen Aktuators an die Trommel bei herkömmlicher starrer Kopplung des
Spulensystemes oder dergleichen Aufnehmers an das die Trommel tragende
Geräteteil.
Entscheidend ist erfindungsgemäß, daß die Taumelbeanspruchungen
der rotierenden Trommel das vom Drehgebersystem gelieferte Drehzahlsignal
entsprechend intensiv schwanken lassen.
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Zur
näheren
Erläuterung
der Erfindung, sowie ihrer Vorteile und Weiterbildungen wird auf
die weiteren Ansprüche
(Ansprüche
2 bis 4; Ansprüche
6 bis 12) und auf nachstehende Beschreibung von in der Zeichnung
unter Beschränkung
auf das Wesentliche und nicht maßstabsgerecht skizzierten bevorzugten
Realisierungsbeispielen zur erfindungsgemäßen Lösung verwiesen. In der Zeichnung
zeigt:
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1 einen
elastisch an den Trommel-Bottich gekoppelten Stator eines Tachogenerators
als Drehgeber,
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2 eine
elastisch verlagerbare Lichtschranke eines Impulsfolgefrequenzgebers
als Drehgeber und
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3 eine
Weiterbildung des Drehgebers nach 2, um Winkelbeschleunigungen
um die beiden auf der Trommeldrehachse senkrecht stehenden Masseträgheitsachsen
und damit die vollständige Taumelbeanspruchung
der Wäschetrommel
um die Y- und Z-Achsen sensieren zu können.
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In 1 ist
in Stirnansicht gegen ihre der Beladungsöffnung gegenüberliegende
Rückseite
eine Wäschetrommel 11 einer
Haushaltswaschmaschine oder einer Haushaltswäscheschleuder skizziert, die hier
in der Rückwand
eines kubisch skizzierten Bottichs 12 verdrehbar gelagert
ist. Der Bottich 12 ist schwingfähig, elastisch aber bedämpft, in
einem Maschinen-Gehäuse 13 aufgehängt. Ein
direkt oder Betrieblich mit der Wäschetrommel 11 gekoppelter
Motor für
die Drehbewegung der Wäschetrommel 11 um ihre
beispielsweise gegenüber
der Horizontalen Beneigte Drehachse 14 ist in den vereinfachten
Darstellungen der Zeichnung fortgelassen. Dargestellt ist aber in 1 eine
Transmission 15 zur drehstarren Kopplung des permanentmagnetischen
Rotors eines tachogeneratorischen Drehgebers 18 an die
elektromotorisch angetriebene Wäschetrommel 11.
Die Drehachse 20 des Rotors im Drehgeber 18 ist
im wesentlichen parallel zur Drehachse 14 der Wäschetrommel 11 orientiert,
die ihrerseits im räumlichen kartesischen
Koordinatensystem (wie in 1 angedeutet)
als X-Achse definiert sei. Hierbei handelt es sich um die Hauptmasseträgheitsachse
des rotierenden Systems der beladenen Wäsche-Trommel 11 für den Fall
einer zu deren Mittelpunkt etwa axialsymmetrisch verteilten Massebelegung.
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Wie
die Wäsche-Trommel 11 ist
auch der Rotor des Drehgebers 18 über dessen Stator am Bottich 12 drehbar
gelagert. Angetrieben von der Trommel 11 rotiert der Rotor
innerhalb des Spulensystems seines Stators. Der Rotor ist somit
der Aktuator 16 und das Spulensystem der Aufnehmer 17 des
Drehgebers 18. Der liefert als Tachogenerator eine drehzahlabhängige Ausgangsspannung
oder als Frequenzgenerator eine drehzahlabhängige Impulsfolge an eine Auswerteschaltung,
die (in der Zeichnung nicht berücksichtigt)
gesondert beigestellt sein kann, in der Praxis aber bevorzugt mit
in der Mikroprozessor-Steuerung des Antriebsmotors für den Betrieb der
Wäschetrommel 11 realisiert
ist.
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Die
erfindungsgemäße Besonderheit
dieses Drehgebers 18 liegt nun darin, dass sein Aufnehmer 17 in
Form des Stators nicht mehr drehstarr am Bottich 12 oder
sonstigen die Trommel 11 verdrehbar halternden Geräteteil festgelegt
ist, sondern gegen eine elastische Rückstelleinrichtung 19 um
die Drehachse 20 des Aktuators 16 verschwenkbar
ist. Der Aufnehmer 17 weist dabei eine gegenüber seiner Drehachse 20 exzentrische
Masseverteilung auf, was in der Skizze durch eine extern lokal applizierte exzentrische
Zusatzmasse 21 veranschaulicht ist. Hierdurch wird bei
einer Winkelbeschleunigung um die vertikale Y-Achse infolge einer
Taumelbewegung der Trommel 11 dem Drehzahlsignal des Drehgebers 18 ein
Drehzahlfehler als Schwankung des Drehzahlmesswertes überlagert,
welche in der steuerungstechnischen Auswertung als Maß für die aktuelle
Taumelamplitude dient.
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Ein
Antrieb der unwuchtigen Wäschetrommel 11 mit
mäßiger Drehgeschwindigkeit
führt zu
relativ langen Periodendauern der schwankenden Ausgangssignale des
Drehgebers 18, denen gegenüber eventuelle Verfälschungen
infolge geringfügiger
Pendelbewegungen des Aufnehmers 17 meßtechnisch eliminierbar sind,
insoweit sie nicht in der Praxis sogar ganz vernachlässigbar
sind. Dieser relative Drehzahlfehler steigt jedoch mit zunehmender
Drehzahl der Trommel 11 aufgrund deren dann stärkerer Taumelneigung
an, weshalb bei den hohen Drehzahlen des Schleuderbetriebes am Ausgang
des Drehgebers 18 aufgrund entsprechend stark taumelbedingter
Verlagerung des Aufnehmers 17 ein auswertbar großer Drehzahlfehler
auftritt. Diese der Drehzahlmessung überlagerte Schwankung steht
also in unmittelbarem Zusammenhang mit der Taumelbewegung der Trommel 11 als Folge
von Winkelbeschleunigungen um die zur Drehachse X = 14 senkrechten Masseträgheitsachsen
Y und Z, zumal dann, wegen der hohen potentiellen Energie der beladenen
Trommel 11 bei hohen Drehzahlen, auch unter Unwuchteinflüssen die
Drehzahlschwankungen um die Drehachse 14 selbst nur noch
sehr gering sind im Vergleich zu den durch die Taumelbeanspruchungen ausgelösten Meßwert-Schwankungen.
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Auf
diese Weise werden erfindungsgemäß mittels
des verschwenkbar montierten Drehgeber-Aufnehmers 17 Auswirkungen
von Kräften
erfasst, die beim starr auf die bloße Drehbewegung der Wäschetrommel 11 abgestellten
Drehgeber nicht erfassbar wären,
aber doch eine erhebliche Beeinträchtigung der Betriebssicherheit
der Maschine zur Folge haben können.
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Bei
der Variante nach 2 ist die Wäschetrommel 11 unmittelbar
mit dem Aktuator 16 des Drehgebers 18 ausgestattet,
so dass die Trommeldrehachse 14 und die Aktuatordrehachse 20 mit
der Hauptmasseträgheitsachse
X zusammenfallen. Ein Aufnehmer 17' ist hier starr am Bottich oder
Gehäuse (12 bzw. 13 in 1)
gehaltert. Der mit der Wäschetrommel 11 rotierende
Aktuator 16 hat eine lückende Struktur,
etwa (wie in der Vergrößerung der 2 angegeben)
in Form von im Tastverhältnis „I" gleichförmig aufeinanderfolgenden
Schlitzen oder Blendenlöchern
von beispielsweise angenähert
rechteckförmigem
Querschnitt. Die Lückung
dieses Aktuators 16 wird in diesem Beispielsfalle längs seines äußeren Randes
von einer Gabellichtschranke als dem Aufnehmer 17' U-förmig übergriffen.
Immer dann, wenn der Aktuator 16 infolge seiner Lückung lichtdurchlässig ist,
spricht der Drehgeber 18 an, weil der Aufnehmer 17' durchschaltet.
Die Folgefrequenz der so von der Lichtschranke ausgelösten Impulse
ist ein Maß für die momentane
Drehgeschwindigkeit der Wäschetrommel 11 um
ihre Achse 14.
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Zusätzlich wird
dieser Aktuator 16 in Form des mit der Wäschetrommel 11 drehstarr
rotierenden Lückenkranzes
von einem Aufnehmer 17 übergriffen, der
zwar auch am Bottich 12 bzw. Gehäuse 13 montiert ist,
aber nicht starr festgelegt, sondern wieder gegen eine Rückstelleinrichtung 19 in
und gegen Bewegungsrichtung des Aktuators 16 zu einem konstruktiv
vorgegebenem Grade verlagerbar. Einer exzentrischen Zusatzmasse
bedarf es hier nicht, weil dieser Lichtschran ken-Aufnehmer 17 schon
in sich keine zur X-Achse konzentrische Masseverteilung aufweist.
Dessen Verlagerung tritt wieder ein, wenn aufgrund von Winkelbeschleunigungen
um die Trägheitsachse
Y Kräfte
quer zu dieser Achse und somit in Z-Richtung auf den beweglich montierten
Aufnehmer 17 einwirken. Im Zuge einer solchen Verlagerung des
elastisch abgestützten
Aufnehmers 17 in oder gegen Bewegungsrichtung des Aktuators 16 variiert bei
hoher Drehgeschwindigkeit der Wäschetrommel 11 wieder
die vom Drehgeber 18 ausgelöste Impulsfolge deutlich gegenüber derjenigen
vom gerätestarren
Aufnehmer 17',
der die Drehbewegung der Trommel 11 um ihre Achse X = 14
erfaßt.
Diese variable Impulsfrequenzdifferenz ist ein Maß für die Gierbewegung
der Wäschetrommel 11,
also deren Auslenkung um die vertikale Y-Achse in der horizontalen Z-Richtung quer zur
X-Richtung, der Drehachse 14, die für diese Ausführungsbeispiele
im wesentlichen horizontal angenommen ist.
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Bei
der Weiterbildung gemäß 3 handelt es
sich im Prinzip um zwei Drehgeber 18, 18a mit
verlagerbaren Aufnehmern 17 der Art, wie vorstehend in Zusammenhang
mit 2 erläutert.
Diese beiden Drehgeber 18, 18a sind in einer Ebene,
die senkrecht zur Trommeldrehachse 14 orientiert ist und
somit in der Koordinatenebene der Y- und Z-Achsen liegt, orthogonal
gegeneinander verschwenkt gehaltert. Dadurch verlagert der eine
Aufnehmer 17 sich wieder wie zuvor aufgrund von Winkelbeschleunigungen
um die Y-Achse in Z-Richtung, und der orthogonal dazu orientierte
Aufnehmer 17a aufgrund von Winkelbeschleunigungen um die
Z-Achse in Y-Richtung. Ein Vergleich der schwankenden Ausgangsfrequenzen dieser
beiden Drehgeber 18, 18a in Bezug auf einen apparativ
starr orientierten Aufnehmer (17 in 2) erübrigt sich
nun, weil die Impulsfolgefrequenzen der beiden gegen ihre elastischen
Rückstelleinrichtungen 19, 19a verlagerbaren
Aufnehmer 17 und 17a unmittelbar miteinander verglichen
werden können. Deren
relative Veränderungen
sind jeweils ein Maß für die Taumelkräfte, die
nun in beiden Koordinatenrichtungen quer zur Trommeldrehachse 14 gesondert erfasst
sind.
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So
wird durch die Erfindung berücksichtigt, daß insbesondere
bei höheren
Drehzahlen der elektromotorisch angetriebenen Wäschetrommel 11 nicht nur
Winkel beschleunigungen um deren Drehachse 14 als der Hauptmasseträgheitsachse
X auftreten, sondern zusätzlich
von der axial exzentrischen Beladung abhängige Nick- und Gierkräfte aufgrund
von Winkelbeschleunigungen um die jeweils zur X-Achse räumlich orthogonalen
Z- und Y-Achsen. Daraus resultieren Taumelbewegungen, die durch
einen in herkömmlicher
Weise parallel zur X-Achse starr an die Maschine gekoppelten Drehgeber 18 nicht
erfassbar sind, weil sie auch um andere Achsen (Y, Z) als um die
X-Achse wirksam sind. Sie führen
zu einer Relativbewegung des nun relativ zur Maschine gegen elastische
Rückstellkräfte verlagerbar
montierten Aufnehmers 17 und damit auch relativ zu der
Drehbewegung des Aktuators 16, so dass das Ausgangssignal
des Drehgebers 18 messtechnisch deutlich erfassbare Drehzahlschwankungen
führt.
Diese sind ein Maß für die aktuelle
Taumelbewegung der Wäschetrommel 11,
welcher ihr Antrieb aktiv entgegenwirken kann, z.B. durch das Anfahren
einer anderen Drehzahl mit geringeren resonanzbedingten Trommelauslenkungen,
durch Änderung
des Drehzahlgradienten, um kritische Resonanzfrequenzen schneller zu
durchfahren, durch Neuverteilung der Wäsche oder insbesondere bei
niedrigen Schleuderdrehzahlen durch phasenrichtig überlagerte
Drehmomentschwankungen des Trommelantriebs.