DE4235614A1 - Verfahren zur Ermittlung der Unwucht einer beladenen Waschmaschinentrommel - Google Patents
Verfahren zur Ermittlung der Unwucht einer beladenen WaschmaschinentrommelInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der
Unwucht der beladenen Trommel einer Waschmaschine, wobei
nach einer Wäscheverteilphase, vor einem Schleudergang,
eine Unwuchtmessung erfolgt.
In der DE 30 39 315 A1 ist eine Drehzahlregelung eines
Elektromotors beschrieben, der eine Masse mit
unterschiedlicher Massenschwerpunkts-Exzentrizität
(Waschmaschinentrommel) in Drehung versetzt. Die Regelung
steuert den Motorstrom in Abhängigkeit von einem
Sollwert. Ein die Massenschwerpunkts-Exzentrizitätskraft
erfassender Sensor beeinflußt den Sollwert der Drehzahl.
Der Sensor erfaßt den Motorstrom. In einem
Anlegeschleudervorgang (Waschgutverteilphase) erfolgt die
Unwuchtmessung. Ist diese zu hoch, wird dieser Vorgang
unterbrochen. Liegt die Unwucht innerhalb tolerierbarer
Werte, dann wird die Trommeldrehzahl auf etwa 400 U/min
erhöht. In dieser Vorschleuderphase erfolgt insbesondere
eine Unwuchtmessung. Aus deren Ergebnis wird die
endgültige Schleuderdrehzahl abgeleitet. Sie liegt
beispielsweise je nach tatsächlich auftretender Unwucht
zwischen 600 U/min und 1400 U/min.
Eine vom jeweiligen Motorstrom abhängige Unwuchterkennung
ist auch in der EP 0 275 862 B1 und in der DE 26 20 464
beschrieben. In beiden Fällen ist jedoch eine Einstellung
der endgültigen Schleuderdrehzahl in Abhängigkeit von der
Unwucht nicht vorgesehen. Es ist vorgeschlagen, bei einem
Grenzwert der Unwucht das Schleudern abzubrechen bzw. in
die Waschdrehzahl zurückzugehen.
In der US 3 152 462 ist eine Steuerung für den Motor
einer Waschmaschine beschrieben, wobei die Drehzahl des
Motors über einen Tachogenerator erfaßt wird und ein
Unwuchtsensor die mechanischen Impulse der Unwucht der
Trommel erfaßt und entsprechende Signale an eine
Computersteuerung gibt. Bei Unwucht wird die Drehzahl
herabgesetzt.
In der US 3 674 419 ist ebenfalls eine
Waschmaschinensteuerung beschrieben. Ein Unwuchtschalter
ist vorgesehen, um die Drehzahl nicht auf den an sich
vorgesehenen Wert hochlaufen zu lassen.
Eine mechanische Unwuchterfassung, wie sie beispielsweise
in der US 3 152 462 und der US 3 674 419 beschrieben ist,
ist in der Praxis aufwendig und unzuverlässig.
In der DE 29 15 815 A1 ist eine Vorrichtung zum Erfassen
der Drehzahl und der Unwucht eines in einem Gehäuse
schwingend gelagerten Aggregats (Waschtrommel)
beschrieben. An der Antriebsscheibe der Waschtrommel sind
Markierungen vorgesehen, die zur Unwuchterkennung optisch
abgetastet werden. Es ist dadurch möglich, die Drehzahl
und die Unwucht zu erfassen, wodurch die
Schleuderdrehzahl an die jeweiligen Gegebenheiten anpaßbar
ist. Allerdings erscheint diese Einrichtung wegen
anzubringenden Markierungen aufwendig und
pflegebedürftig.
In der GB 2 124 626 A ist ebenfalls eine Motor-
Steuereinrichtung einer Waschmaschine beschrieben. Nach
einer Ausführung (vgl. Fig. 4) ist eine gewichtsmäßige
Erfassung der Beladung über gewichtabhängige Sensoren
vorgesehen. Solche Sensoren sind aufwendig und im
Dauerbetrieb störungsempfindlich. In der Ausführung nach
Fig. 6 ist ein Tachogenerator vorgesehen, der über eine
Baugruppe die Drehzahlschwankungen erfaßt. Die Baueinheit
steuert die gewünschte Drehzahl nach.
Bei Verfahren der eingangs genannten Art werden je nach
der gemessenen Unwucht unterschiedliche
Schleuderdrehzahlen eingestellt. Bei größeren Unwuchten
werden kleinere Schleuderdrehzahlen eingestellt als bei
kleineren Unwuchten. Die bekannte Unwuchtmessung ist im
Ergebnis recht genau, wenn man von einem bestimmten
Gewicht der Beladung (Wäsche zuzüglich noch nicht
ausgeschleudertes Wasser) ausgeht. In der Praxis wird
jedoch die Trommel nicht immer mit diesem Gewicht beladen
sein; oft ist die Beladung leichter oder schwerer. Es ist
dann das Massenträgheitsmoment der Trommel entsprechend
unterschiedlich und die bekannte Unwuchtmessung führt
nicht zu der optimalen Schleuderdrehzahl.
Ein Verfahren zur Unwuchtmessung ist auch in der
DE 40 38 178 A1 beschrieben. Dort wird das
Massenträgheitsmoment durch Abschalten des Motors und
gezieltes Beschleunigen gemessen. Es ergeben sich dabei
ungeregelte Betriebsphasen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs
genannten Art vorzuschlagen, durch das außer der durch
die Massenschwerpunktexzentrizität bei horizontaler Achse
hervorgerufene Unwucht auch die jeweilige Beladung erfaßt
wird.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß zur
zusätzlichen Erfassung der jeweiligen Beladung der
Trommel nach der Wäscheverteilphase die Solldrehzahl
sprunghaft erhöht wird und die Differenzen der sich im
jeweiligen, von der Beladung abhängigen
Istdrehzahlverlauf einstellenden Istwerte gegenüber dem
erhöhten Sollwert innerhalb eines Meßfensters zyklisch
gemessen und aufsummiert werden und aus der Summe ein
Korrekturwert ermittelt wird, mit welchem die
Unwuchtmessung korrigiert wird.
Bei diesem Verfahren ist vorteilhaft, daß das jeweilige
Massenträgheitsmoment der Trommel direkt ermittelt wird,
wobei das Massenträgheitsmoment von dem Gewicht der
Wäsche und des in ihr gebundenen Wassers und der
Verteilung in der Trommel abhängt. Gemessen wird der von
dem jeweiligen Massenträgheitsmoment abhängige
"Überschwinger" der Istdrehzahl über die sprunghaft
erhöhte Solldrehzahl.
Da für die Ermittlung des jeweiligen
Massenträgheitsmoments deren Einfluß auf die Drehzahl der
Trommel herangezogen wird und eine Drehzahlerfassung
ohnehin vorgesehen ist, erübrigt sich ein zusätzlicher
Sensor zur Erfassung der Beladung.
In Ausgestaltung der Erfindung beginnt das erste
Meßfenster, wenn nach der sprunghaften Erhöhung der
Solldrehzahl der Istwert der Drehzahl den Sollwert
überschwingt, und ist auf eine feste Zeitdauer
eingestellt.
In Weiterbildung der Erfindung erfolgt nach einer
Verweilzeit, die so lange gewählt ist, daß die
Solldrehzahl erreicht wird, in einem zweiten Meßfenster
die Unwuchtmessung dadurch, daß die unwuchtabhängigen
Drehzahlschwankungen erfaßt werden. Vorzugsweise setzt
sich das zweite Meßfenster aus einem gleichbleibenden
Zeitanteil und aus einem variablen Zeitanteil zusammen
und der variable Zeitanteil wird in Abhängigkeit von dem
Korrekturwert eingestellt. Dadurch ist auf einfache Weise
eine Korrektur der Unwuchtmessung in Abhängigkeit von der
jeweiligen Beladung bzw. dem jeweiligen
Massenträgheitsmoment erreicht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden
Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Waschmaschine,
Fig. 2 ein Zeitdiagramm der Trommeldrehzahl und
Fig. 3 ein Diagramm mit Versuchsergebnissen, schematisch
zum Vergleich.
Eine Waschmaschine weist eine von einem Motor (1)
angetriebene Wäschetrommel (2) auf. An die Antriebswelle
des Motors (1) ist ein Tachogenerator (3) angekoppelt.
Dieser liefert eine Wechselspannung, deren Frequenz
proportional zur Motordrehzahl ist. Die Frequenz dieser
Wechselspannung, bewertet mit dem Übersetzungsverhältnis
Motor-Wäschetrommel, stellt somit die Trommel-Istdrehzahl
dar. Drehzahlschwankungen infolge einer Unwucht der
Wäschetrommel (2) führen zu entsprechenden Schwankungen
der Ausgangsspannung des Tachogenerators (3).
Die Frequenz der Ausgangsspannung des Tachogenerators (3)
ist an eine mikroprozessorgesteuerte, digitale
Drehzahlelektronik (4) gelegt. In der
Drehzahlelektronik (4) sind die für die verschiedenen
Waschprogramme erforderlichen Trommel-Solldrehzahlen
abgelegt. Sie werden mit den Trommel-Istdrehzahlen
verglichen und der Motor (1) wird dementsprechend über
eine Leistungselektronik (5) angesteuert. Das gewünschte
Programm kann mittels eines Programmwahlschalters (6)
aufgerufen werden.
Das Zeitdiagramm (vgl. Fig. 2) zeigt den Übergangsbereich
zwischen einer Wasserphase und einer nicht dargestellten
Schleuderphase.
Kurve I zeigt den Istdrehzahlverlauf bei einer Beladung
der Wäschetrommel (2) mit 10 kg. Kurve II zeigt den
Verlauf der Istdrehzahl ohne Beladung der
Wäschetrommel (2), wobei in der Praxis die Beladung sich
aus dem Gewicht der Wäsche und dem in ihr gebundenen
Wasser zusammensetzt. Die Beladungen 10 kg und 0 kg sind
Grenzwerte. Sie wurden zur Vereinfachung gewählt. In der
Praxis liegen die Beladungswerte zwischen diesen Größen.
Die Kurve III zeigt den Sollwertverlauf.
Fig. 2 zeigt im einzelnen folgendes:
An eine Waschphase (A) schließt sich eine
Wäscheverteilphase (B) an. In dieser wird die
Trommeldrehzahl auf etwa 82 U/min (U1) erhöht. In der
Wäscheverteilphase soll sich die Wäsche stabil am
Innenumfang der Wäschetrommel (2) anlegen. Nach Erreichen
der Wäscheanlegedrehzahl U1 wird nach einer kurzen
Phase (C) die Solldrehzahl sprunghaft auf U2,
beispielsweise 120 U/min, erhöht. Bei der Beladung mit
10 kg benötigt der Motor (1) wegen des größeren
Massenträgheitsmoments eine etwas längere Zeit, um auf
die Solldrehzahl zu beschleunigen, erreicht dann aber
eine größere maximale Istdrehzahl U3 (vgl. Kurve I) als
ohne Beladung (vgl. Kurve II, mit maximaler Istdrehzahl
U4).
Nach einer gewissen Zeit springt die Solldrehzahl auf den
Wert U5, beispielsweise 100 U/min, zurück. Dieser Wert
ist höher als die Wäscheanlegedrehzahl U1, weil sich die
Wäsche nicht von der Trommel lösen soll. Die Zeit,
während der die Solldrehzahl U2 vorgegeben ist, ist so
bemessen, daß auch beim höchsten zu erwartenden
Massenträgheitsmoment die Istdrehzahl sicher auf die
Solldrehzahl U2 kommt.
Nach dem Sprung von U2 auf U5 bremst die Trommel (2) ohne
Beladung schneller ab als mit Beladung, wegen ihres dann
niedrigeren Massenträgheitsmoments.
Es ist ein erstes Meßfenster (D) vorgesehen. Dieses
beginnt, wenn der Drehzahlistwert den Sollwert U2
überschreitet. Die Dauer des Meßfensters (D) ist auf einen
festen Wert eingestellt. Es beträgt etwa 4 s. Das
Meßfenster ist etwa so lang, wie die Dauer der
Solldrehzahl U2. In Fig. 2 ist das Meßfenster für die
Kurve II eingetragen. Im Falle der Kurve I ist das
Meßfenster (D) geringfügig nach rechts verschoben. Das
erste Meßfenster (D) endet jedenfalls bevor die
Istdrehzahl die Solldrehzahl U5 erreicht hat.
Im ersten Meßfenster (D) wird die Regelabweichung der
Kurve I bzw. der Kurve II vom Sollwert U2
vorzeichenrichtig integriert. Dies geschieht durch
zyklische Messung der Drehzahldifferenzen in dem
Überschwinger der Drehzahlverläufe der Kurve I bzw. der
Kurve II gegenüber der Solldrehzahl U2. Es wird dabei im
Prinzip die Fläche (a) bzw. (b) des jeweiligen
Überschwingend erfaßt. Der aus der Differenz der Flächen
b minus a erhaltene Wert ist ein Maß für das jeweilige
Massenträgheitsmoment der gegebenenfalls beladenen
Wäschetrommel (2) und wird als Korrekturwert, wie weiter
unten beschrieben, weiterverarbeitet. Es können in die
Integration auch die im Meßfenster (D) über dem Sollwert
U5 liegenden Flächen (c, d) der Kurven I bzw. II
mitaufgenommen sein.
An das erste Meßfenster (D) schließt sich eine
Verweilzeit (E) mit der Solldrehzahl U5 an. Die
Verweilzeit (E) ist experimentell so ermittelt, daß
innerhalb der Verweilzeit (E) auch beim größten zu
erwartenden Massenträgheitsmoment die Solldrehzahl U5 für
die Unwuchtmessung sicher erreicht wird.
Nach der Verweilzeit (E) beginnt ein zweites
Meßfenster (F). Das Meßfenster (F) besteht aus einem
konstanten Zeitanteil (F1) und einem variablen Zeitanteil
(F2). Im Meßfenster (F) wird die jeweilige Unwucht der
beladenen Wäschetrommel (2) gemessen. Durch die unwuchtige
Verteilung der Wäsche wird ein zusätzliches Drehmoment
erzeugt, wodurch die Trommel-Istdrehzahl periodisch um
die Solldrehzahl U5 schwankt. Die Amplitude dieser
Schwankungen sind direkt proportional zur Stärke der
Unwucht, jedoch umgekehrt proportional zum
Massenträgheitsmoment der Wäschetrommel (2) bezogen auf
die Drehachse. In Fig. 2 sind solche unwuchtbedingten
Schwankungen im Meßfenster (F) dargestellt. Diese
Unwuchtschwankungen sind den Kurven I und II auch in den
zuvor beschriebenen Zeitbereichen überlagert. Die Periode
der Unwuchtschwankungen ist wesentlich kleiner als selbst
der konstante Anteil (F1) des Meßfensters (F). Die Unwucht
wird durch Integration des Betrages der genannten
periodischen Schwankungen um die Solldrehzahl ermittelt.
Die Dauer des variablen Zeitanteils (F2) des
Meßfensters (f) wird in Abhängigkeit von dem im
Meßfenster (D) ermittelten Korrekturwert eingestellt. Der
variable Zeitanteil (F2) ist also näherungsweise
proportional zum jeweiligen Zuwachs des
Massenträgheitsmoments durch die Beladung. Ein
Proportionalitätsfaktor läßt sich experimentell
bestimmen. Die Verlängerung des Meßfensters (F) durch den
vom jeweiligen Massenträgheitsmoment abhängigen variablen
Zeitanteil (F2) entspricht einer Multiplikation des
innerhalb des konstanten Zeitanteils (F1) ermittelten
Meßergebnisses mit einem Faktor größer 1.
Das im Meßfenster (F) ermittelte Meßergebnis
berücksichtigt somit auch das jeweilige
Massenträgheitsmoment. Mit diesem Meßergebnis läßt sich
die für den jeweiligen Beladungs- bzw. Unwuchtfall
geeignete Solldrehzahl einer an das Meßfenster (F)
anschließenden Schleuderphase (G) einstellen.
In Fig. 3 ist über verschiedenen eingelegten
Unwuchtgewichten (U) die jeweils gemessene Unwucht (M) für
verschiedene Fälle dargestellt. Die Kurven I und II sind
für den erfindungsgemäßen Fall gezeigt, bei dem das
Meßfenster (F) einen variablen Anteil (F2) hat. Die Kurven
III und IV sind für den Fall des Standes der Technik
ermittelt, bei dem das Meßfenster (F) nur einen konstanten
Zeitanteil (F1) aufweist. Die Kurve I gilt für die
Beladung mit 10 kg. Die Kurve II gilt für den Fall keiner
Beladung. Die Kurve III gilt für den Fall keiner
Beladung. Die Kurve IV entspricht der Beladung mit 10 kg.
Ersichtlich weichen die Unwucht-Meßergebnisse (M) bei den
Kurven III und IV nach dem Stand der Technik mit
zunehmendem Unwuchtgewicht (U) zunehmend voneinander ab,
wogegen die Unwucht-Meßergebnisse (M) der Kurven I und II
bei zunehmendem Unwuchtgewicht (U) wesentlich näher
beieinanderliegen. Dies bedeutet, daß das Unwucht-
Meßergebnis (M) bei der Erfindung wesentlich weniger von
der jeweiligen Beladung abhängig ist als beim Stand der
Technik.
Die Genauigkeit der Messung kann dadurch verbessert
werden, daß der Beginn der Massenträgheitsmessung mit der
Lage der Unwucht synchronisiert wird. Hierzu läßt sich
der Drehwinkel der Waschtrommel heranziehen, bei dem die
Regelabweichung der Drehzahl von einem positiven zu einem
negativen Wert, oder umgekehrt, übergeht.
Mittels der beschriebenen Korrektur der Unwuchtmessung
durch die Messung des Massenträgheitsmoments ist
insgesamt erreicht, daß mit sehr hohen
Schleuderdrehzahlen gearbeitet werden kann, ohne daß die
Gefahr besteht, daß die Lager der Waschtrommel zu stark
belastet werden.
Claims (8)
1. Verfahren zur Ermittlung der Unwucht der beladenen
Trommel einer Waschmaschine, wobei nach einer
Wäscheverteilphase vor einem Schleudergang eine
Unwuchtmessung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zur
zusätzlichen Erfassung der jeweiligen Beladung der
Trommel nach der Wäscheverteilphase die Solldrehzahl
sprunghaft erhöht wird und die Differenzen der sich im
jeweiligen, von der Beladung abhängigen
Istdrehzahlverlauf einstellenden Istwerte gegenüber dem
erhöhten Sollwert innerhalb eines Meßfensters zyklisch
gemessen und aufsummiert werden und aus der Summe ein
Korrekturwert ermittelt wird, mit welchem die
Unwuchtmessung korrigiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die nach der Wäscheverteilphase sprunghaft erhöhte
Solldrehzahl kleiner als eine Schleuderdrehzahl ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Solldrehzahl nach der Erhöhung
auf eine Ausgleichsdrehzahl erniedrigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausgleichsdrehzahl gleich oder größer als eine
Wäscheanlegedrehzahl ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste Meßfenster (D)
beginnt, wenn nach der sprunghaften Erhöhung der
Solldrehzahl der Istwert der Drehzahl den Sollwert
überschwingt, und auf eine feste Zeitdauer eingestellt
ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Verweilzeit (E),
die so lange gewählt ist, daß die Istdrehzahl die
Solldrehzahl erreicht, in einem zweiten Meßfenster (F) die
Unwuchtmessung dadurch erfolgt, daß die unwuchtabhängigen
Drehzahlschwankungen erfaßt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das zweite Meßfenster (F) sich aus einem gleichbleibenden
Zeitanteil (F1) und einem variablen Zeitanteil (F2)
zusammensetzt und daß der variable Zeitanteil (F2) in
Abhängigkeit von dem Korrekturwert eingestellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt der Änderung
der Solldrehzahl mit dem Drehwinkel der Trommel, bei dem
die Unwucht liegt, synchronisiert wird.
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