DE3342376A1 - Verfahren zum ausgleichen von unwuchten beim hochfahren von schleudervorrichtungen und dessen anwendung - Google Patents
Verfahren zum ausgleichen von unwuchten beim hochfahren von schleudervorrichtungen und dessen anwendungInfo
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Description
SULZER-ESCHER WYSS AG, ZUERICH (SCHWEIZ)
Verfahren zum Ausgleichen von Unwuchten beim Hochfahren von Schleudervorrichtungen, und dessen Anwendung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleichen von Unwuchten beim Hochfahren von Schleudervorrichtungen auf
eine bestimmte Betriebsdrehzahl, wobei während des Hochfahrens die Unwucht gemessen und die zeitliche Aenderung
der Drehzahl derart gesteuert wird, dass eine vorgegebene, höchstzulässige Unwucht nicht überschritten wird.
Beim Hochfahren von Schleudervorrichtungen, wie Zentrifugen oder Waschmaschinen treten häufig Unwuchten auf,
die die Vorrichtung, insbesondere deren Lagerungen in unzulässiger Weise beanspruchen. Von besonderer Bedeutung
ist dies bei Schleudervorrichtungen mit horizontaler Drehachse, beispielsweise bei grossen Durchlade-Wasch/Schleudermaschinen.
Bei solchen Vorrichtungen wird beim Hochfahren zunächst das Produkt, d.h. die Wäscheteile,
von der rotierenden Schleudertrommel mitgenommen und angehoben, löst sich vor dem Scheitelpunkt von der
Trommelwand und fällt in einer freien Flugbahn in den unteren Teil der Schleudertrommel. Wenn die Drehzahl soweit
gesteigert wird, dass die Zentrifugalbeschleunigung die Erdbeschleunigung übersteigt, verschwindet die freie
Flugbahn und die Wäsche legt sich in einem Ring an die Trommelinnenseite an. Je nach Verteilung des Produktes,
d.h. der Wäsche, ergibt sich dabei eine gewisse- Unwucht, die auch durch sorgfältiges Einpacken des Produktes in
die Schleudervorrichtung nicht vermieden werden kann. In der Praxis ist es daher erforderlich, die bei Rotation
der Schleudervorrichtung bei der endgültigen Betriebsdrehzahl auftretende Unwucht auf ein zulässiges Mass zu
begrenzen.
Pt. 06 / Z 68
15.09.198a Pd/Kc
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X-
Geraäss DE 29 15 815 oder DE 30 39 315 wird deshalb beim
Schleudervorgang die Drehzahl nur so weit gesteigert, bis die maximal zulässige Unwucht erreicht wird. Die
Entwässerungsleistung ist aus diesem Grunde begrenzt.
Weiter ist es z.B. aus DE 22 04 325 oder DE 29 39 340 bereits bekannt, bei Wäsche-Schleudervorrichtungen die
auftretenden Unwuchten zu messen und die Vorrichtung anzuhalten und abzuschalten, wenn die Unwucht beim
Hochfahren einen bestimmten, höchstzulässigen Wert überschreitet, und daraufhin einen neuen Hochfahrversuch
vorzunehmen, solange, bis bei einem Versuch die Betriebsdrehzahl erreicht wird, ohne dass die höchstzulässige
Unwucht überschritten wird. Ein solches Verfahren ist jedoch zeitraubend, energieaufwendig und unrationell.
In der nicht vorveröffentlichten DE 31 41 901 ist bereits vorgeschlagen worden, statt die Schleudervorrichtung
bei Erreichen einer bestimmten Unwuchtgrenze abzuschalten, lediglich die Drehzahl während einer bestimmten
Zeit konstant zu halten. Dabei wird die Tatsache ausgenützt, dass das Produkt, insbesondere die Wäsche,
langsam zu fliessen beginnt und sich gleichmässiger über die Trommelinnenwand verteilt. Nach Ablauf dieser
Haltezeit hat sich in den meisten Fällen das Produkt so gleichmässig verteilt, dass der Hochfahrvorgang gefahrlos
fortgesetzt werden kann. Nur wenn durch Unwuchtmessung festgestellt wird, dass sich die Unwucht nicht
wesentlich vermindert hat, muss die Schleudervorrichtung abgestellt werden. Hiermit lässt sich zwar bereits
eine gewisse Besserung erzielen, jedoch ist die Zeit- und Energie-Einsparung noch nicht optimal.
Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die erwähnten Nachteile vorbekannter Verfahren zu vermeiden und ins-
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23.8.1983 Pd/Kc
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besondere ein Verfahren zum Ausgleichen von Unwuchten
beim Hochfahren von Schleudervorrichtungen zu schaffen, bei welchem die Hochfahrzeit bis zur Betriebsdrehzahl
sowie der Energieverbrauch zum Hochfahren vermindert ist, bei welchem jedoch die Ueberschreitung einer vorgegebenen,
höchstzulässigen Unwucht beim Hochfahren bis auf die Betriebsdrehzahl sicher und zuverlässig vermieden
wird. Ein solches Verfahren soll sich besonders auch für Schleudervorrichtungen mit horizontaler Drehachse,
wie Wasch/Schleudermaschinen eignen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung der zeitlichen Drehzahländerung in Abhängigkeit von der zeitlichen Aenderung der gemessenen Unwucht
bzw. deren Annäherung an einen vorgegebenen Wert vorgenanmen wird.
Da hierbei eine zeitliche Unwucht-Aenderung als Steuer-Kriterium
dient, und nicht ein Absolutwert derselben, wird die Hochfahrzeit bis zur vollen Drehzahl verkürzt,
ohne dass die maximal zulässige Unwucht überschritten wird, und es wird eine schnellere, weniger energiekonsumierende
und effizientere Entwässerung beim Schleudervorgang erreicht.
Die Drehzahlsteuerung kann dabei bei einem zweckmässigen Ausführungsbeispiel so vorgenommen werden, dass die
Drehzahl bei Erreichung eines oberen Schwellenwertes der Unwucht zunächst wenigstens angenähert konstant gehalten
wird und eine weitere Erhöhung der Drehzahl nach der Zeitverzögerung vorgenommen wird, nach der die gemessene
Unwucht um einen vorgegebenen Betrag abgenommen hat, d.h. einen anderen, unteren Schwellenwert unterschreitet.
Der Zyklus des Anhaltens und des weiteren Hochfahrens der Drehzahl kann dabei mehrfach wiederholt
werden.
Pt. 06 / Z 68
15.9. 1983 Pd/Kc
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Bei einem weiteren, vorteilhaften Ausführungsbeispiel
wird die Differenz der gemessenen Unwucht zu einem anderen Unwuchtwert gemessen und die Aenderungsgeschwindigkeit
der Drehzahl in Abhängigkeit von diesem Differenzwert geregelt. Beispielsweise kann der Abstand der
gemessenen Unwucht von einem festen Wert, beispielsweise der höchstzulässigen Unwucht, bestimmt werden
und die zeitliche Aenderung der Drehzahl, d.h. die Hoch fahrgeschwindigkeit umso kleiner gewählt werden, je näher
die gemessene Unwucht an der maximal zulässigen Unwucht liegt. Oder es kann die gemessene Unwucht mit
der unmittelbar vorausgegangenen Unwuchtmessung verglichen werden und somit die Anstiegsgeschwindigkeit
der Unwucht festgestellt werden. Die zeitliche Drehzahl änderung wird nun so geregelt, dass die Aenderung umso
kleiner ist, d.h. dass das Hochfahren umso langsamer erfolgt, je grosser die zeitliche Unwuchtänderung ist,
d.h. je schneller die Unwucht pro Zeiteinheit ansteigt. Die Abhängigkeit von Drehzahländerung und Unwuchtverlauf
kann dabei so gewählt werden, dass ein bezüglich Zeit- und Energieaufwand optimaler und kontinuierlicher
Hochfahrvorgang ohne Totzeiten ermöglicht wird.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Diagramme er läutert, welche den zeitlichen Verlauf der Drehzahl und
der Unwucht bei verschiedenen Beispielen erfindungsgemässer Verfahren wiedergeben.
Fig. 1 zeigt das Diagramm für ein Verfahren mit unter brochenem Hochfahrvorgang.
Fig. 2 zeigt das Diagramm für ein Verfahren mit kontinuierlichem Hochfahrvorgang.
Fig. 3 zeigt das Diagramm für ein kontinuierliches Hochfahrverfahren mit Differentialregelung.
Pt. 06 / Z 68
In den in den Figuren wiedergegebenen Diagrammen ist gegen die Zeit t der Verlauf der Drehzahl η der Trommel
einer Schleudervorrichtung, sowie der Zeitverlauf der beim Hochfahren an der Trommel auftretenden Unwucht
U dargestellt. Unter Unwucht kann dabei die geometrische Schwerpunktverlagerung in der Trommel, bzw. deren
Produkt mit der rotierenden Masse verstanden werden, oder auch die bei der Rotation infolge der Schwerpunktverlagerung
auftretende oszillierende Kraft. Diese kann beispielsweise mit einem geeigneten Kraftsensor
an der Lagerung der Schleudervorrichtung gemessen werden, wobei das Wechselsignal für die Unwucht kennzeichnend
ist und bei horizontaler Trommelachse das Gleichsignal für die Masse, d.h. für die Restfeuchte
der Wäsche. Zweckmässigerweise wird für grosse und schwere Schleudervorrichtungen eine hydrostatische
Lagerung mit beweglichen Stützkolben und dynamischer Charakteristik verwendet, wie sie beispielsweise in
US 4 113 325 beschrieben ist. Hierbei lässt sich die Unwuchtkraft direkt durch eine Messung der Stützkolbenauslenkung
bestimmen. Es kann auch zweckmässig sein, die gemessene Unwucht mit der gleichfalls gemessenen
Drehzahl mittels einer geeigneten Schaltung oder mit einem Mikroprozessor zu kombinieren und auf die theoretische,
bei Betrieb mit der vorgesehenen Betriebsdrehzahl zu erwartenden Unwucht umzurechnen und die
hochgerechnete Unwucht als Regelgrösse zu verwenden.
Fig. 1 zeigt ein Hochfahrverfahren für eine Schleudervorrichtung, speziell eine Wasch/Schleudermaschine mit
horizontaler Achse, bei dem Drehzahl η zunächst kontinuierlich ansteigt. Nach einer Zeit to wird eine Drehzahl
nQ und eine Zentrifugalbeschleunigung erreicht, bei der sich das Produkt, d.h. die in der Schleudertrommel
befindliche Wäsche, an die Trommelinnenwand anlegt.
Pt. 06 / Z 68
23.8.1983 Pd/Kc
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Nunmehr wird die Regeleinrichtung eingeschaltet. Die gemessene Unwucht U bzw. die aus dieser abgeleitete Regelgrösse
liegt im dargestellten Beispiel zunächst unterhalb eines oberen Schwellenwertes U-] und steigt bei steigender
Drehzahl η an/ bis sie zum Zeitpunkt t-j und der
Drehzahl n-j den oberen Schwellenwert U^ erreicht. In
diesem Moment wird die Aenderung der Drehzahl η wenigstens angenähert auf 0 zurückgestellt, d.h. die Drehzahl
wird zunächst wenigstens angenähert konstant auf dem Wert n-j gehalten. Ein gewisser Rückgang der Drehzahl
oder eine geringfügige Zunahme kann dabei toleriert werden. Falls die gemessene Unwucht bereits im Zeitpunkt tQ,
d.h. bei Beginn des Regelvorganges den oberen Schwellenwert U-| übersteigt, so wird bereits zu diesem Zeitpunkt
die Drehzahl konstant gehalten. Während dieser Phase, in der die Drehzahl mehr oder weniger unverändert bleibt,
gleicht sich die Produktverteilung in der Schleudertrommel durch Fliessvorgänge und die fortschreitende Entwässerung
des geschleuderten Produktes zum Teil aus, und die Unwucht geht zurück. Zu einem Zeitpunkt t2 ist die Unwucht
um einen bestimmten Betrag (U-] - U2) abgesunken,
d.h. auf einen unteren Schwellenwert U2 zurückgegangen,
und zu diesem Zeitpunkt wird die Aenderung der Drehzahl η wieder auf einen positiven Wert geregelt, d.h. der Hochfahrvorgang
geht mit steigender Drehzahl weiter. Falls während dieser zweiten Hochfahr-Phase der obere Schwellenwert
O-] wiederum erreicht wird, beispielsweise zu einem
Zeitpunkt t-j und einer Drehzahl U2, so wiederholt sich
der Zyklus, d.h. die Drehzahl wird wiederum konstant gehalten, bis die Unwucht auf den unteren Schwellenwert U2
abgesunken ist, beispielsweise zum Zeitpunkt t^, worauf
der Hochfahrvorgang bis zur Betriebsdrehzahl nm fortgesetzt
wird. Dabei kann es zweckmässig sein, die Anzahl der Zyklen zu begrenzen und den Hochfahrvorgang zu unterbrechen,
d.h. die Drehzahl auf Null zurückzustellen,
Pt. 06 / Z 68 BAD ORIGINAL.
wenn nach einer bestimmten Anzahl von Zyklen immer noch der obere Schwellenwert überschritten wird, d.h. kein
Unwuchtausgleich stattgefunden hat.
Statt dessen kann dann auch die erreichte Drehzahl konstant gehalten werden, wenn diese Drehzahl bereits
einen Wert erreicht hat, wo eine ausreichende Schleuderleistung zu erwarten ist.
Es kann auch zweckmässig sein, den Hochfahrvorgang zu unterbrechen und die Drehzahl auf Null zurückzunehmen,
wenn die Unwucht nach Ueberschreitung der oberen Unwuchtgrenze und dadurch ausgelöstem Konstanthalten der
Drehzahl nicht oder nur in ungenügendem Masse zurückgeht. Die Entwässerung bei der Maximaldrehzahl nm wird
solange fortgesetzt, bis die Restfeuchte, angegeben durch das Gleichsignal des Unwuchtsensors, auf einen vorgegebenen
Wert abgesunken ist.
Bei dem in Fig. 2 wiedergegebenen Diagramm ist die Regeleinrichtung
so gestaltet und ausgelegt, dass nach der Zeit to und der Drehzahl nQ, bei der der Regelvorgang
beginnt, der Abstand A U0 der gemessenen Unwucht
U0 von einem maximal zulässigen Wert Um gebildet
wird. Dieser Abstand Δ U0 wird als Regelgrösse benützt und die Anstiegsgeschwindigkeit der Drehzahl n,
ausgedrückt durch den Anstiegswinkel OC0 , auf einen
entsprechenden Wert geregelt. Der Regelvorgang setzt sich kontinuierlich fort, d.h. in der Folge wird die
Anstiegsgeschwindigkeit der Drehzahl, d.h. der Anstiegswinkel oC in Abhängigkeit von der Differenz j\ U
der gemessenen Unwucht vom Maximalwert Um so geregelt, dass die Drehzahl η umso langsamer ansteigt, je mehr
sich die Unwucht U dem Wert Um nähert. Es wird bemerkt,
dass der Unwuchtvergleichswert Um zeitabhängig oder aber auch Drehzahl-abhängig gewählt werden kann.
Pt. 06 / Z 68
23.8.1983 Pd/Kc
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A4
-A -
-A -
Die Umrechnung kann mittels bekannter elektrischer Schaltungen oder auch mit einem Mikroprozessor erfolgen.
Durch die beschriebene, kontinuierliche Nachregelung der Drehzahl η in Abhängigkeit vom jeweiligen
Unwuchtwert kann eine optimal kurze Anfahrzeit t^ bis
zur Betriebsdrehzahl nm erreicht werden, wobei ein Ueberschreiten der maximal zulässigen Unwucht Um mit
Sicherheit vermieden werden kann.
Fig. 3 zeigt das Diagramm eines anderen kontinuierlichen Hochfahrverfahrens, bei welchem nach Erreichen der Drehzahl
nQ nach der Zeit tQ die gemessene Unwucht U0 mit
einem unmittelbar zeitlich benachbarten Unwuchtwert verglichen wird und die Anstiegsgeschwindigkeit der Unwucht
als Regelgrösse verwendet wird, ausgedrückt durch den
Winkel (?>o . Entsprechend diesem Wert wird die Anstiegsgeschwindigkeit der Drehzahl n, ausgedrückt durch den
Winkel 06o , eingeregelt. Der Regelvorgang wird wiederum
kontinuierlich fortgesetzt, wobei jeweils zu einem Anstiegswinkel (i der Unwucht ein Anstiegswinkel oC
der Drehzahl so eingeregelt wird, dass der Drehzahlanstieg verlangsamt wird, solange die Unwucht noch einen
ins Gewicht fallenden Anstieg zeigt. Auch hier kann innert kürzester Zeitdauer auf rationellste Weise die
Betriebsdrehzahl nm erreicht werden, ohne dass die
maximal zulässige Unwucht Um überschritten wird.
Es wird bemerkt, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt ist, sondern dass Abwandlungen
im Rahmen des fachmännischen Könnens möglich sind, ohne den Rahmen des Erfindungsgedankens
zu verlassen. Wesentlich ist dabei, dass das Hochfahren der Drehzahl nicht nur bei einer bestimmten Unwuchtgrenze
abgebrochen oder für eine feste, vorgegebene Zeit die Drehzahl konstant gehalten wird, sondern dass
die Haltezeit bei konstanter Drehzahl variabel gehal-
Pt. 06 / 7 SR BAD 0RKälNÄL
ten und in Abhängigkeit von der Aenderung der Unwucht mit minimaler Zeitverzögerung geregelt wird. Dabei kann
die Zeit bestimmt werden/ in der sich die Unwucht um einen bestimmten Betrag ändert, oder es können die Zeitintervalle
zwischen den Messpunkten weitgehend verkleinert werden, so dass die Aenderungsgeschwindigkeit der
Unwucht gemessen wird, was praktisch einer Differentialregelung gleichkommt. Im Vergleich zu früheren Verfahren
mit einem einzigen Schwellenwert für die Unwucht oder festen Haltezeiten wird hiermit eine optimal
kurze Hochfahrzeit erreicht, wobei die zulässige Unwucht mit Sicherheit unterhalt der zulässigen Schwelle bleibt.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist besonders vorteilhaft
bei der Anwendung bei Schleudervorrichtungen, die um eine horizontale Achse rotieren, speziell bei Wasch/
Schleudermaschinen mit grossen Abmessungen, d.h. mit Durchmessern im Meter-Bereich, bei denen grosse Unwuchtkräfte
auftreten können, die sich auch durch eine besondere Beladung der Maschine nicht vermeiden lassen und
nur durch ein geeignetes Hochfahrverfahren vermieden werden können.
Pt. 06 / Z 68
23.8.1983 Pd/Kc
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Claims (13)
- Patentansprüche/ 1. Verfahren zum Ausgleichen von Unwuchten beim Hochfahren von Schleudervorrichtungen auf eine bestimmte Drehzahl, wobei während des Hochfahrens die Unwucht gemessen und die zeitliche Aenderung der Drehzahl derart gesteuert wird, dass eine vorgegebene höchstzulässige Unwucht nicht überschritten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der zeitlichen Drehzahländerung in Abhängigkeit von der zeitlichen Aenderung der gemessenen Unwucht bzw. deren Annäherung an einen vorgegebenen Wert vorgenommen wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Hochfahren die zeitliche Drehzahländerung auf einen wenigstens angenähert Null betragenden Wert zurückgestellt wird, wenn die gemessene Unwucht einen oberen Schwellenwert für die betreffende Drehzahl überschreitet, und dass danach die Drehzahländerung nach der Zeitverzögerung mit positivem Wert fortgesetzt wird, nach der die gemessene Unwucht um einen vorgegebenen Betrag abgesunken ist.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang der zeitlichen Drehzahländerung wenigstens einmal wiederholt wird, wenn nach der Drehzahländerung mit positivem Wert die gemessene Unwucht wiederum den oberen Schwellenwert überschreitet.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfahrvorgang unterbrochen und die Drehzahl auf 0 zurückgestellt wird, wenn nach einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungszyklen die gemessene Unwucht wiederum den oberen Schwellenwert überschreitet.Pt. 06 / Z 68
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfahrvorgang unterbrochen und die Drehzahl auf Null zurückgestellt wird, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer nach üeberschreitung eines oberen Schwellenwertes die gemessene Unwucht einen anderen Schwellenwert nicht unterschreitet.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der gemessenen Unwucht zu einem vorgegebenen Unwuchtwert gebildet wird, und die zeitliche Aenderungsgeschwindigkeit der Drehzahl so geregelt wird, dass diese zeitliche Aenderung um so kleiner ist, je kleiner die Differenz der gemessenen Unwucht von der vorgegebenen Unwucht ist.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Unwucht mit dem Wert der Unwucht zu einem unmittelbar vorhergehenden Zeitpunkt verglichen, d.h. die zeitliche Aenderungsgeschwindigkeit der Unwucht gemessen wird, und die zeitliche Aenderung der Drehzahl in Abhängigkeit von der zeitlichen Aenderungsgeschwindigkeit der Unwucht so geregelt wird, dass die Aenderungsgeschwindigkeit der Drehzahl umso kleiner ist, je grosser die Aenderungsgeschwindigkeit der Unwucht ist.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl bis zu einem vorgegebenen Drehzahlwert unabhängig von der Unwucht kontinuierlich erhöht wird, dass jedoch bei Üeberschreitung dieser vorgegebenen Drehzahl bis zur endgültigen Betriebsdrehzahl die Aenderung der Drehzahl von der gemessenen Unwucht geregelt wird.Pt. 06 / Z 68
23.8.1983 Pd/Kc - 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass als Unwucht die bei Rotation der Schleudervorrichtung auftretende Auslenkung der Schleudertrommel gemessen wird.
- 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass als Unwucht die an wenigstens einem Lager der Schleudervorrichtung bei Rotation der Schleudervorrichtung auftretende Kraft gemessen wird.
- 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Unwucht die Auslenkung des Stützkolbens eines als hydrostatisches Stützkolbenlager ausgebildeten Lagers gemessen wird.
- 12. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-11 zum Ausgleichen von Unwuchten beim Hochfahren einer Schleudervorrichtung, die um eine horizontale Drehachse rotiert.
- 13. Anwendung nach Anspruch 12für eine Wasch/Schleudermaschine.Pt. 06 / Z 68
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