DE19738310A1

DE19738310A1 - Verfahren zum Ermitteln einer Umverteilung und damit einer Änderung einer Unwucht

Info

Publication number: DE19738310A1
Application number: DE19738310A
Authority: DE
Inventors: Uwe Michael
Original assignee: AEG Hausgeraete GmbH
Current assignee: Electrolux Rothenburg GmbH Factory and Development
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 1999-03-04
Anticipated expiration: 2017-09-03
Also published as: DE19738310B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Umverteilung und damit einer Änderung einer Unwucht von in eine drehbar antreibbare Trommel eingebrachten Gegenständen, insbesondere von in eine Waschmaschinentrommel eingebrachter Wäsche.

Beispielsweise bei Waschmaschinen besteht das Problem, daß infolge der ungleichmäßigen Verteilung der eingebrachten Wäsche vor allem beim Schleuderbetrieb eine Unwucht erzeugt wird, die sich nachteilig auf den Schleuderbetrieb auswirkt. Sofern die Unwucht zu groß ist, sollte der Schleuderbetrieb nicht ausgeführt werden, um Beschädigungen der Waschmaschine zu vermeiden. Wird nun eine unzulässig hohe Unwucht ermittelt, so erfolgt ein spezieller Betriebsschritt zur Neuverteilung der Wäsche, um hierdurch die Unwucht zu erniedrigen, bedingt durch die Umlagerung der Wäsche. Die maximal zulässige Unwucht, mit der geschleudert werden darf, kann dabei nicht niedriger als in der Regel 700 g angesetzt werden, da bei zu niedriger Unwuchtgrenze die Wiederholrate und damit der Zeitaufwand für das Neuverteilen der Wäsche unzulässig ansteigt. Hierdurch werden entsprechend hohe Bauteilbelastungen beim Schleudern in Kauf genommen.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das einerseits ein hinreichend einfaches Erkennen einer Unwuchtsänderung ermöglicht und dies gleichzeitig in einer hinreichend akzeptablen Zeitspanne zuläßt.

Zur Lösung dieses Problems ist ein Verfahren zum Ermitteln einer Umverteilung und damit einer Änderung einer Unwucht von in eine drehbar antreibbare Trommel eingebrachten Gegenständen, insbesondere von in eine Waschmaschinentrommel eingebrachter Wäsche vorgesehen, bei dem während aufeinanderfolgender Trommelumdrehungen zu jeder Umdrehung mehrere Male oder im wesentlichen kontinuierlich mindestens ein Meßwert und basierend hierauf dessen Amplitudengang ermittelt wird, wobei die Amplitude aus dem Meßwert x_i im Zeitpunkt (i) und einem weiteren Wert x_i', welcher basierend auf den Meßwerten x_i-1 und x_i+1 der Zeitpunkte (i-1) und (i+1) bestimmt wird, berechnet und eine Umverteilung beziehungsweise eine Unwuchtsänderung basierend auf einer Änderung der Amplitude oder der Größe der Amplitude nach einer Änderung ermittelt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt also zur Ermittlung einer Unwuchtsänderung den Amplitudenverlauf des jeweils aufgenommenen Meßwertes, wobei diese Amplitude rechnerisch einerseits aus einem Meßwert im Zeitpunkt i und einem weiteren Wert ermittelt wird. Der weitere Wert selbst bestimmt sich anhand der zeitlich vor und nach dem Meßwert im Zeitpunkt (i) aufgenommenen Meßwerte. Diesem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Idee zugrunde, daß bei einem Zustand der Beladung ohne Umverteilung die Unwucht konstant bleibt und die durch die Unwucht hervorgerufenen Erscheinungen wie Drehzahlschwankungen der Trommel, Schwankungen des Antriebsmoments oder Bewegungen des schwingenden Systems einen sinusförmigen Verlauf haben, das heißt, auch die Meßwerte, bei denen es sich erfindungsgemäß um die Drehzahl, das Antriebsmoment oder die Bewegung eines die Trommel beinhaltenden Bottichs handeln kann, zeigen einen entsprechenden sinusförmigen Verlauf, wenn die Meßwerte im wesentlichen mehrmalig oder kontinuierlich aufgenommen werden. Ändert sich nun die Unwucht infolge einer Umverteilung, so ändert sich auch die entsprechende Meßwert-Amplitude beziehungsweise deren Größe, welche die Grundlage für die Ermittlung einer Unwuchtsänderung bildet.

Erfindungsgemäß kann der weitere Wert in Form eines Differenzquotienten gemäß x_i' = (x_i-1 - x_i+1)/2Δ_ϕi ermittelt werden, wobei Δ_ϕi die Winkeldrehung der Trommel zwischen zwei Meßpunkten ist. Mit diesem Ansatz zur Ermittlung des weiteren Wertes ist es möglich, diesen stabiler gegen Störungen zu machen und in seiner Berechnung hinreichend einfach zu gestalten. Denn dieser Ansatz kann anstelle der eigentlich in der die Amplitude liefernden Formel A² = x_i ² + (x_i'/ω)² verwendeten ersten Ableitung (= x_i') als gute Näherung verwendet werden (ω = Kreisfrequenz). Dabei kann erfindungsgemäß Δ_ϕi näherungsweise zu Δ_ϕi ≈ n_soll/f_meß bestimmt werden, wobei n_soll die Solldrehzahl und f_meß die Meßfrequenz ist. Für den Fall, daß zur Meßwertermittlung die Drehzahl bestimmt wird, kann erfindungsgemäß als Meßwert die Differenz der Solldrehzahl n_soll und der gemessenen Drehzahl n_ist verwendet werden. Um sicherzustellen, daß nicht bei jeder Änderung der Amplitude sofort eine Unwuchtsänderung ermittelt wird, die hinreichend ist, um den Schleuderbetrieb voll aufzunehmen, kann in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgesehen sein, daß bei Ermittlung einer Änderung der Amplitude ein Vergleich der ermittelten Änderung oder der nach der Änderung ermittelten Amplitude mit einem Vergleichswert erfolgt, wobei das Vorliegen einer hinreichenden Umverteilung beziehungsweise hinreichenden Unwuchtsänderung in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses bestimmt wird.

Neben dem erfindungsgemäßen Ermittlungsverfahren betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zum Betrieb einer eine drehbar antreibbare, Gegenstände aufnehmende Trommel aufweisenden Vorrichtung, insbesondere einer Waschmaschine. Dieses zeichnet sich dadurch aus, daß im Rahmen des Drehbetriebes der Trommel, insbesondere während des Schleuderbetriebes wenigstens einmal die Unwucht ermittelt und in Abhängigkeit des Ermittlungsergebnisses bei Bedarf unter Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens bei gleichzeitiger Reduzierung der Drehzahl eine Umverteilung der eingebrachten Gegenstände und damit eine Änderung der Unwucht ermittelt wird, wobei die Drehzahl solange reduziert wird, bis eine Umverteilung beziehungsweise Änderung ermittelt wird, wonach die Drehzahl erneut gesteigert wird.

Schließlich betrifft die Erfindung ferner eine Vorrichtung, insbesondere Waschmaschine zur Durchführung der vorgenannten Verfahren, mit einer die Gegenstände aufnehmenden Trommel, einem Mittel zur Erfassung einer Unwucht und einer den Betrieb der Vorrichtung steuernden Steuerungseinrichtung. Diese Vorrichtung zeichnet sich schließlich dadurch aus, daß das Unwuchterfassungsmittel oder ein gegebenenfalls vorgesehenes weiteres Erfassungsmittel zur Erfassung einer Umverteilung der Gegenstände und damit einer Änderung der Unwucht nachdem vorbeschriebenen Ermittlungsverfahren und die mit dem Unwuchterfassungsmittel oder gegebenenfalls dem weiteren Erfassungsmittel kommunizierende Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Betriebs entsprechend dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren ausgebildet ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschrieben Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Darstellung des als Meßwert aufgenommen Drehzahlverlaufs, und

Fig. 2 den Verlauf der rechnerisch ermittelten Amplitude der Drehzahl.

Wie bereits beschrieben bewirkt eine vorhandene Unwucht, daß die unwuchtsbedingt hervorgerufenen Drehzahlschwankungen einen im wesentlichen sinusförmigen Verlauf zeigen. Bei einem sinusförmigen Signalverlauf, das heißt, ohne Umverteilung der Wäsche in der Trommel gilt zu jedem Zeitpunkt:

x_i + (x_i'/ω)² = A² = konstante mit

A = Amplitude der Unwucht Kenngröße bei sinusförmigem Verlauf,
x_i = Unwucht-Kenngröße zum Zeitpunkt i,
x_i' = erste Ableitung der Unwuchtkenngröße nach dem Trommeldrehwinkel zum Zeitpunkt i,
ω = Kreisfrequenz, hier 2.π.n_ist, mit n_ist = Istdrehzahl.

Um die Ableitung der Unwuchtkenngröße stabiler gegen Störungen zu machen und keine komplizierte Berechnung zu benötigen, wird als Maß für die erste Ableitung näherungsweise der Differenzquotient angesetzt, gemäß der Formel

x_i' = x_i+1 - x_i-1/2Δ_ϕi, mit

x_i-1, x_i+1 = vorhergehender und nachfolgender Meßwert der Unwuchtkenngröße x_i
Δ_ϕi = Winkeldrehung der Trommel zwischen zwei Meßpunkten
Für Δ_ϕi kann nun näherungsweise eingesetzt werden:

Δ_ϕi ≈ n_ist/f_meß, mit

n_ist = Trommeldrehzahl zum Zeitpunkt i,

f_meß = Meßfrequenz.

Da nur ein reiner Sinusverlauf erkannt werden kann, sollte nicht das Drehzahlsignal unmittelbar verwendet werden, sondern nur die Regelabweichung (n_soll - n_ist). Hieraus folgt, daß ab dem dritten Meßpunkt sich kontinuierlich ein Maß für die Unwucht der Trommelbeladung errechnen läßt. Bei Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Drehzahl, was beispielsweise bei sogenannten Drehzahlrampen (Abschnitte mit konstanter Drehzahländerung) vorkommen kann, erhält die Amplitude eine sinusförmige Überlagerung, die von der Güte der Drehzahlregelung abhängig ist und im allgemeinen tolerierbar ist.

Fig. 1 zeigt nun als Prinzipskizze den Verlauf einer Drehzahl, wobei längs der Ordinate die Drehzahl aufgetragen ist, längs der Abszisse die Zeit. In einem ersten Abschnitt wird die Drehzahl im wesentlichen konstant erhöht, woran sich ein Abschnitt mit konstanter Drehzahl anschließt. Anschließend wird die Drehzahl wieder im wesentlichen konstant erniedrigt. Im gezeigten Beispiel wird angenommen, daß bei t = 4 sek. eine Umlagerung von 20% der angenommenen Unwucht eintritt, was in Fig. 1 durch die bei ca. 4 sek. etwas geringere Amplitude der Drehzahl wiedergegeben ist.

Fig. 2 zeigt nun die gemäß obigem Ansatz rechnerisch ermittelte Amplitude der in Fig. 1 gezeigten Drehzahl. Der Berechnung lag eine angenommene Meßrate von 15/sek. zugrunde. Aufgetragen ist längs der Ordinate die rechnerische Amplitude A, die sich aus der vorbeschriebenen Gleichung ergibt. Längs der Abszisse ist wiederum die Zeit aufgetragen. Ersichtlich schwankt die rechnerische Amplitude im Bereich bis ca. 4 sek. um einen Wert von ca. 10/min., wonach der Wert deutlich auf einen Wert um ca. 7/min. absinkt. Dieser Vorgang tritt bei ungefähr 4 sek. ein, also dem Zeitpunkt, bei dem die angenommene Wäscheumverteilung erfolgt. In der Praxis bedeutet dies, daß anhand der rechnerisch ermittelten Amplitude einfach und sicher eine entsprechende Umverteilung und damit Unwuchtsänderung ermittelt werden kann, die eine entsprechende Unwuchtserniedrigung zur Folge haben kann.

Für den Betrieb beispielsweise eines Waschautomaten bedeutet dies, daß der gesamte Schleuderbetrieb schneller vonstatten gehen kann. Üblicherweise beginnt ein Drehzahlprofil im Rahmen eines Schleuderbetriebs damit, daß zunächst ein schneller Anstieg der Drehzahl auf ca. 45/min. erfolgt. Anschließend wird zur Wäscheverteilung ein langsamer Anstieg, eine sogenannte Drehzahlrampe mit geringer Drehzahlsteigerung gefahren. Erreicht die Drehzahl einen Wert, bei dem die Wäsche an der Trommelinnenwandung anliegt, erfolgt die erste Unwuchtmessung. Abhängig vom Ergebnis dieser Messung kann nun der Verfahrensbetrieb unterschiedlich sein. Für den Fall, daß die gemessene Unwucht kleiner als die maximal zulässige Unwucht ist, kann der Schleuderbetrieb unter Drehzahlerhöhung fortgesetzt werden.

Wenn die Unwucht aber größer als der Grenzwert ist, wird nicht der gesamte Prozeß von vorne gestartet, um eine Wäscheneuverteilung zu fahren, sondern es wird die Drehzahl mit einer fallenden Rampe nur solange reduziert, bis gerade genug Wäsche in der Trommel in Bewegung ist, um die zuvor gemessene Unwucht ausgleichen zu können. Dies wird an der Größe der Schwankungen der Amplitude erkannt. In diesem Abschnitt des Verfahrens wird dann ein Moment niedriger Unwucht zur erneuten Drehzahlsteigerung genutzt. Das heißt, es ist im Vergleich zum Stand der Technik nicht mehr nötig, quasi iterativ sich an eine erniedrigte Unwucht anzunähern, was im Stand der Technik dadurch erfolgt, daß eben eine Wäscheneuverteilung erfolgt, wonach der gesamte Betrieb von vorne anläuft und das Ergebnis der vorherigen Umverteilung
überprüft wird. Ist dies nach wie vor negativ, so beginnt das Verfahren erneut von vorne. Vielmehr wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein kontinuierlicher und schneller Ablauf des Verfahrens auch bei sehr niedriger Grenzunwucht realisiert.

Claims

1. Verfahren zum Ermitteln einer Umverteilung und damit einer Änderung einer Unwucht von in eine drehbar antreibbare Trommel eingebrachten Gegenständen, insbesondere von in eine Waschmaschinentrommel eingebrachter Wäsche, bei dem während aufeinanderfolgender Trommelumdrehungen zu jeder Umdrehung mehrere Male oder im wesentlichen kontinuierlich mindestens ein Meßwert und basierend hierauf dessen Amplitudengang ermittelt wird, wobei die Amplitude aus dem Meßwert x_i im Zeitpunkt (i) und einem weiteren Wert x_i', welcher basierend auf den Meßwerten x_i-1 und x_i+1 der Zeitpunkte (i-1) und (i+1) bestimmt wird, berechnet und eine Umverteilung bzw. eine Unwuchtsänderung basierend auf einer Änderung der Amplitude oder der Größe der Amplitude nach einer Änderung ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Wert in Form des Differenzquotienten gemäß x_i = (x_i-1 - x_i+1)/2Δ_ϕi ermittelt wird, wobei Δ_ϕi die Winkeldrehung der Trommel zwischen zwei Meßpunkten ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Δ_ϕi näherungsweise zu Δ_ϕi ≈ n_soll/f_meß bestimmt wird, wobei n_soll die Solldrehzahl und f_meß die Meßfrequenz ist.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwert oder als Grundlage zur Meßwertermittlung die Drehzahl oder das Antriebsmoment der Trommel oder die Bewegung eines die Trommel beinhaltenden Bottichs ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwert die Differenz der Solldrehzahl n_soll und der gemessenen Drehzahl n_ist verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ermittlung einer Änderung der Amplitude bin Vergleich der ermittelten Änderung oder der nach der Änderung ermittelten Amplitude mit einem Vergleichswert erfolgt, wobei das Vorliegen einer hinreichenden Umverteilung bzw. hinreichenden Unwuchtsänderung in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses bestimmt wird.

7. Verfahren zum Betrieb einer eine drehbar antreibbare, Gegenstände aufnehmende Trommel aufweisenden Vorrichtung, insbesondere Waschmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen des Drehbetriebes der Trommel, insbesondere während des Schleuderbetriebes wenigstens einmal die Unwucht ermittelt und in Abhängigkeit des Ermittlungsergebnisses bei Bedarf unter Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bei gleichzeitiger Reduzierung der Drehzahl eine Umverteilung der eingebrachten Gegenstände und damit eine Änderung der Unwucht ermittelt wird, wobei die Drehzahl solange reduziert wird, bis eine Umverteilung bzw. Änderung ermittelt wird, wonach die Drehzahl erneut gesteigert wird.

8. Vorrichtung, insbesondere Waschmaschine zur Durchführung der vorgenannten Verfahren, mit einer die Gegenstände aufnehmenden Trommel, einem Mittel zur Erfassung einer Unwucht und einer den Betrieb der Vorrichtung steuernden Steuerungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Unwuchterfassungsmittel oder ein gegebenenfalls vorgesehenes weiteres Erfassungsmittel zur Erfassung einer Umverteilung der Gegenstände und damit einer Änderung der Unwucht nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 und die mit dem Unwuchterfassungsmittel oder gegebenenfalls dem weiteren Erfassungsmittel kommunizierende Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Betriebs gemäß Anspruch 7 ausgebildet ist.