DE4235614C2 - Verfahren zur Ermittlung der Unwucht einer beladenen Waschmaschinentrommel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Unwucht der beladenen Trommel einer Waschmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie aus DE 34 16 634 A1 bekannt.

In der DE 34 16 639 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung des Schleuderprogramms einer Waschmaschine beschrieben. Es ist eine Unwuchterkennungseinrichtung, eine Drehzahl­ regelungseinrichtung und eines Zeitmeßeinrichtung vorge­ sehen. In einer im Schleuderprogramm vorbestimmten Hoch­ laufphase wird die Unwucht und die für den Hochlaufbe­ reich benötigte Zeit gemessen. Durch Vergleich mit abge­ speicherten Referenzwerten wird dann der weitere Drehzahl­ verlauf des Schleudervorgangs bestimmt. Wie das Massen­ trägheitsmoment der Trommel berücksichtigt wird, ist nicht näher beschrieben.

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 A1 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 jeweilige Gegebenheiten anpaßbar ist. Allerdings erscheint diese Einrichtung wegen anzubringenden Markierungen aufwendig und pflegebedürftig.

In der GB 2 124 662 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 Waschphase 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 Überschwingens 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 US 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 und nicht dargestellten Schleuderphase 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 Fall gezeigt, bei dem das Meßfenster (F) einen variablen Anteil (F2) hat. Die Kurven III und IV sind für den Fall 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 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 Wäschever­ teilphase vor einem Schleudergang eine zusätzliche Erfassung der jeweiligen Beladung durch Messung der Beeinflussung einer vorgegebenen Solldrehzahl durch die Beladung und 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 Istdrehzahlver­ lauf einstellenden Istwerte gegenüber dem erhöhten Soll­ wert 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.