DE4311219A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Schutz gegen unkontrolliertes Hochlaufen eines elektronisch geregelten Antriebsmotors für Waschvollautomaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanord­ nung zum Schutz gegen unkontrolliertes Hochlaufen eines elek­ tronisch geregelten Waschmaschinenmotors.

Moderne Waschmaschinenmotoren werden durchweg elektronisch ge­ regelt, indem ein im Motorstromkreis angeordneter Triac von ei­ ner Regelschaltung, die ihren Istwert von einem Tachogenerator bezieht und deren Sollwert vom Programm vorgegeben wird, an­ schnittgesteuert wird. So lassen sich komfortabel alle gewün­ schten Programmabläufe ohne mechanisches Stufengetriebe und übergangslos erzeugen. Die über einen Keilriemen vorgegebene Motor-Trommel-Übersetzung ist dabei so ausgelegt, daß bei durch­ gesteuertem Triac, also voller Spannung, die Schleuderenddreh­ zahl der Trommel, beispielsweise 1000 Umdrehungen/min erreicht ist. Entsprechend wird bei allen übrigen Programmgängen der Stromflußwinkel von einer Phasenanschnittschaltung verringert.

Dies hat aber zur Folge, daß bei Fehlansteuerung durch die Re­ gelelektronik und insbesondere bei einem Kurzschluß infolge thermischer Überlastung des Triacs selbst, der Antriebsmotor ungeregelt bis zur Enddrehzahl hochläuft, was zu schweren Beschädigungen an der Waschmaschine nebst Folgeschäden führen kann.

Zur Vermeidung solcher schweren Störungen ist es aus der DE 37 30 875 A1 bekannt, ein Lastrelais vorzusehen, das von der Dreh­ zahlelektronik so angesteuert wird, daß es beim Durchsteuern des Triacs anzieht und den Motor abschaltet, sofern nicht das Programmschaltwerk das Relais eigens für die Betriebsart "Schleudern" abgeschaltet hat.

Nach der DE 37 43 369 A1 wird zugelassen, daß nach einem inter­ nen Kurzschluß des Triacs der Antriebsmotor der Waschmaschine mit begrenzter Drehzahl weiter betrieben werden kann. Hierzu wird im Fehlerfall von dem Lastrelais eine Umschaltung der ge­ teilten Feldwicklung eines Hauptschlußmotors vorgenommen, wo­ durch der Schleuderbetrieb, wenn auch mit verminderter Dreh­ zahl, fortgesetzt werden kann.

Die vorgenannten Verfahren benutzen einen zusätzlichen Kontakt des Programmschaltwerks, der, je nachdem, ob ein Hochfahren des Antriebsmotors in der betreffenden Wasch- oder Spülphase er­ laubt ist oder nicht, das Lastrelais von der Regelelektronik trennt oder nicht. Eine Kontrolle des Sanftanlaufs für Schleu­ derphasen ist damit nicht zu realisieren.

Die DE 41 04 272 A1 beschreibt ein Verfahren zum Schutz gegen überhöhte Motordrehzahlen einer Waschmaschine, bei dem im Falle einer fehlerhaften Motoransteuerung eine umfangreiche Sicher­ heitsroutine abgearbeitet wird, die das Gerät außer Funktion setzt. Auch erfolgt eine laufende Kontrolle des kompletten Drehzahlprofils oder Verlaufs zu jedem Zeitpunkt eines voll­ ständigen Waschgangs, um bei Überschreiten momentaner Kriterien den Motor sofort abzuschalten. Diese Schaltung ist sehr aufwen­ dig.

Alle beschriebenen Verfahren beruhen darauf, daß die Regelelek­ tronik unmittelbar in die Schutzabschaltung eingreift. Fehler in der Regelelektronik, die ebenfalls ein ungewolltes Durchsteu­ ern des Triacs verursachen können, oder in der Spannungsversor­ gung, die wiederum die Regelelektronik stören können, wirken sich somit unmittelbar auf die Zuverlässigkeit der Schutzab­ schaltung und damit auf die Sicherheit von Mensch und Maschine aus. Auch bei der Anordnung bei dem letztgenannten Verfahren nach DE 41 04 272 ist der Programmprozessor maßgebend für die Schutzabschaltung, obwohl aus Sicherheitsgründen ein zusätzli­ cher Komparator zur Überwachung der momentanen Drehzahlkrite­ rien und ein zweiter zusätzlicher Komparator zur Erfassung des Zwangsstillstands der Trommel vorgesehen sind.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzu­ entwickeln, daß mit relativ geringem schutztechnischen Aufwand ein hohes Maß an Sicherheit gegen unkontrolliertes Hochlaufen eines Waschmaschinenmotors erreicht wird. Insbesondere soll die Überwachungsfunktion unabhängig von dem Motorreglermodul sein, keine zusätzlichen Kontakte des Programmschaltwerks benö­ tigen und zusätzlich zu den Wasch- und Spülprogrammen auch den Sanftanlauf innerhalb der Schleuderprogramme überwachen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Schutze gegen unkon­ trolliertes Hochlaufen eines elektronisch geregelten Antriebs­ motors für Waschvollautomaten erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen geben die Unteransprüche an.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in einer sehr weitreichenden, zuverlässigen und kostengünstigen Schutzabschaltung. Sie ist nicht an einen bestimmten Reglermo­ dul gebunden, sondern eignet sich, da sie völlig separat arbei­ tet, in Form eines Sicherheitsmoduls zum Nachrüsten fertiger Waschmaschinenregler. Besonders hervorzuheben ist in diesem Zu­ sammenhang, daß keine zusätzlichen Kontakte eines Programm­ schaltwerks benötigt werden.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher er­ läutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die im Regelbetrieb und im Fehlerfall auftretenden Trom­ meldrehzahlen in einem zeitabhängigen Diagramm,

Fig. 2 das Blockschaltbild zur Realisierung der Schutzfunktion nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine ausgeführte Sicherheitsschaltung.

Bei einer ordnungsgemäß arbeitenden Reglerelektronik werden Trommeldrehzahlen abgearbeitet, die zunächst anhand der Fig. 1 erläutert werden sollen: Die Zeitspanne von 0 bis t2 veran­ schaulicht jeweils einen normalen Wasch- oder Spülzyklus. Die Trommeldrehzahl steigt bis auf etwa 50 U/min steil an, bleibt etwa 10 s konstant und geht infolge Motorbremsung wieder schnell auf Null zurück. Nach einer Pause von ebenfalls etwa 10 s reversiert der Motor und die Trommel läuft gegensinnig in der beschriebenen Weise und so fort. Es folgt ein Reversierzy­ klus auf den anderen, bis vom Programm ein neuer Befehl kommt. Die Sicherheitsschaltung erkennt anhand der Reversierzyklen, daß ein Wasch- oder Spülprogramm abläuft und bleibt scharf. Tritt nun während des Wasch- oder Spülprozesses ein Fehler in der Regelelektronik auf, also beispielsweise ein Kurzschluß innerhalb des Triacs infolge Überlastung, versucht der An­ triebsmotor bis zur Enddrehzahl ungeregelt schnell hochzulau­ fen. Dies kann infolge der Unwucht der Wäsche, der großen Was­ sermenge in der Trommel und im Laugenbehälter und des maximalen Drehmoments des Motors zu schweren Schäden an den Lagern, dem Keilriemen, am Trommelverschluß, der Wäsche und auch der Motor­ wicklung infolge Überlastung kommen. Die Waschmaschine kann un­ ter ungünstigen Umständen ihren Standort verändern, die Wäsche zwischen Trommel und Laugenbehälter gelangen und der Deckel aufspringen. Um derartige Schäden zu vermeiden, wird durch die Sicherheitsschaltung bei einer voreingestellten Drehzahl, im Beispiel 200 U/min, die unter der kritischen Trommeldrehzahl in dieser Programmphase liegt, ein Lastrelais angesteuert, daß ei­ nen Kontakt im Laststromkreis des Antriebsmotors öffnet und diesen somit vom Netz nimmt. Im Diagramm ist dieser Punkt mit "K1 schaltet" gekennzeichnet.

Sind die Wasch- und Spülgänge einwandfrei abgelaufen, kann das Programmschaltwerk den Befehl zum Schleudern geben. Die Schleu­ derdrehzahl ist ebenfalls im Diagramm nach Fig. 1, wiederum vom Zeitpunkt 0 ausgehend, aufgetragen. Beginnend mit einem Sanftan­ lauf - zwecks Schonung von Wäsche und Maschine - wird die Trom­ meldrehzahl stufenweise bis zur Enddrehzahl, also beispielswei­ se bis 1000 U/min hochgefahren. Der Sanftanlauf erfolgt mit ca. 90 U/min über einen Zeitraum, der etwa zwei Waschzyklen und ei­ ner Pause entspricht, also ca. 30 s. In dieser Zeit erkennt die Sicherheitsschaltung anhand des ununterbrochenen Motorlaufs, daß es sich um einen Schleudergang handeln muß und schaltet die Drehzahlüberwachung ab, bevor der Motor auf die nächste Stufe hochläuft (Zeitpunkt t1 in Fig. 1).

Ausschlaggebend für das An- und Abschalten der Drehzahlüberwa­ chung sind somit lediglich die unterschiedliche Laufzeiten des Antriebsmotors beim Waschen und Schleudern. Über einen Tachoge­ nerator, der ohnehin für den Reglermodul notwendig ist, wird die Betriebsart des Antriebsmotors der Sicherheitsschaltung als auszuwertende Größe mitgeteilt. Die Sicherheitsschaltung arbei­ tet somit völlig unabhängig vom Reglermodul und Programmschalt­ werk.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, erfolgt zwecks weiterer Erhöhung der Zuverlässigkeit der Sicherheitsschaltung eine völlig separate Stromversorgung der Module, um Störimpulse und dergleichen Feh­ ler nicht zu verschleppen. Selbst die tachogeneratorische Span­ nung ist über einen Optokoppler galvanisch getrennt. Die prin­ zipielle Wirkungsweise der Schaltung ist folgende:

Der Antriebsmotor 1 wird über einen Kontakt eines nicht näher dargestellten Programmschaltwerks an Netzspannung gelegt. Im Laststromkreis befindet sich ein vom Reglermodul angesteuerter Triac 2 und ein von der Sicherheitsschaltung angesteuerter Kontakt eines Lastrelais 3. Ein vom Antriebsmotor 1 angetriebe­ ner Tachogenerator 4 versogt einmal die Sicherheitsschaltung direkt und zum anderen den Reglermodul über einen Optokoppler 5 mit einer drehzahlproportionalen Spannung, aus der jeweils ge­ trennt für jeden Modul ein Istwert gewonnen wird. Der Reglermo­ dul beinhaltet eine nicht näher dargestellte komplette Elektro­ nik, die über den Triac 2 den Antriebsmotor 1 entsprechend Sollwertvorgaben in bekannter Weise lastunabhängig ausregelt.

Die in der Sicherheitsschaltung ankommende Tachowechselspannung wird in einem Frequenz-/Spannungswandler 6 in eine drehzahlpro­ portionale Gleichspannung umgewandelt, die den Drehzahl-Istwert realisiert. Mit einem Komparator 7 wird der Istwert überwacht. Überschreitet der Istwert einen voreingestellten Sollwert, wird die Wicklung des Lastrelais 3 erregt und der Antriebsmotor vom Netz abgeschaltet, sofern nicht ein weiterer Komparator 8 die Betriebsart "Schleudern" erkannt hat und mit mit Ablauf des Zeitgliedes 9 (Beendigung des Sanftanlaufs) den Relaisanzug verhindert.

Ein Beispiel für den Aufbau einer Schaltung nach dem Block­ schaltbild in Fig. 2 zeigt Fig. 3. Ein Lastrelais K1 liegt in Reihe mit einem Thyristor Thyl über eine Diode D8 an 220 V Gleichspannung, die über einen Parallelkondensator C18 geglät­ tet wird. Über einen geteilten Vorwiderstand R60/R61 und einen Querzweig, bestehend aus der Zenerdiode D9 und dem Kondensator C19 wird eine 22 V-Spannung für einen Schaltkreis mit den Kom­ paratoren N4.1-N4.4 gewonnen. Die Tachowechselspannung ge­ langt über einen Spannungsteiler R74, R75 zwecks Spannungsbe­ grenzung an den ersten Kornparator N4.1 (Pin 7) des Schaltkrei­ ses. Ein Spannungsteiler an Pin 6, bestehend aus den Widerstän­ den R73, R78, bestimmt die Ansprechschwelle des Komparators. N4.1 und unterdrückt damit kleine Störimpulse. Das Rechtecksig­ nal am Ausgang (Pin 1) wird über das RC-Glied C22, R77 diffe­ renziert. In einem Impulsdichtemesser, bestehend aus den Bau­ elementen D10, R72, C21, R70 wird die Frequenz zu einer der Drehzahl proportionalen Spannung gewandelt. In einem Komparator N4.2 (Pin 5) erfolgt die Drehzahlüberwachung. Der Schwellwert des Komparators N4.2 wird mittels eines Spannungsteilers R65, R66 an Pin 4 eingestellt.

Der Ausgang des Komparators N4.2 (Pin 2) hat bei fehlerfreien Wasch-und Spülgängen (Schwellwert des Komparators N4.2 wird nicht erreicht) LOW-Potential, dadurch kann der Thyristor Thy1 über die Widerstände R63, R62 nicht schalten. Das Lastrelais K1 bleibt im abgefallenen Zustand und sein Kontakt K1 führt den Motorstrom.

Beim Überschreiten der Trommeldrehzahl, ab ca. 200 U/min, wird der Schwellwert überschritten, der Ausgang des Komparators N4.2 schaltet auf HIGH-Potential und der Thyristor Thyl zündet über die Widerstände R63, R62, wobei kleine Störspitzen von einem Kondensator C24 unterdrückt werden. Das Lastrelais K1 zieht an und trennt mit seinem Kontakt K1 den Antriebsmotor 1 vom Netz.

Zur Verhinderung des Abschaltens des Antriebsmotors 1 bei regu­ lären Schleudergängen dienen die Komparatoren N4.3 und N4.4.

Hierzu wird ausgenutzt, daß in den Betriebsarten Waschen und Spülen die Drehzahl innerhalb einer bestimmten Zeit (unter 30 s) infolge des Reversierbetriebs des Antriebsmotors 1 perio­ disch Null wird. Läuft der Antriebsmotor 1 ohne Unterbrechung länger als 30 s, wertet das die Sicherheitsschaltung als Schleudergang und verhindert das Ansprechen der Drehzahlüberwa­ chung, um dem oben beschriebenen Abschaltvorgang zuvorzukommen. Dies wird wie folgt realisiert:

Sobald der Antriebsmotor 1 läuft und im Impulsdichtemesser D10, R72, C21, R70 eine Spannung integriert wird, schaltet der Aus­ gang des Komparators N4.3 (Pin 13) auf HIGH-Potential. Diese Spannung wird an Pin 11 bewertet. Die Ansprechschwelle wird mittels eines Spannungsteilers R64, R68, R69 auf ca. 30 Trom­ melumdrehungen/min eingestellt. Mit dem Schalten von Pin 13 auf HIGH-Potential wird ein Kondensator C20 über einen Widerstand R67 langsam aufgeladen. Die Aufladezeit ist deutlich länger als ein Reversierzyklus beim Waschen/Spülen. Nach ca. 30 s Auflade­ zeit des Kondensators C20 ist ein Vergleichspotential, gebildet von dem Spannungsteiler R64/R68/R69, erreicht und der Ausgang des Komparators N4.4 (Pin 14) wird auf LOW-Potential geschal­ tet, wodurch die Zündung des Thyristors Thyl gesperrt wird. Durch die Bemessung des Zeitgliedes auf ca. 30 s wird erreicht, daß innerhalb dieser Zeit (t1 in Fig. 1) auch der Sanftanlauf zu Beginn eines Schleudergangs überwacht wird.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Sicherheitsschaltung den von den verschiedenen Herstellern entwickelten Waschpro­ grammen (Drehzahlkurvenverläufe in Abhängigkeit von der Zeit) angepaßt werden muß, die Zeit- und Drehzahlangaben also nur beispielhaft aufgeführt sind. Dies ist bei Kenntnis dieser Pro­ gramme aber durch Änderung der Spannungsteilerverhältnisse und Zeitglieder problemlos möglich.

Claims (5)

1. Verfahren zum Schutz gegen unkontrolliertes Hochlaufen eines Antriebsmotors für Waschvollautomaten infolge Ausfalls der Re­ gelelektronik, wobei der aus einer Tachowechselspannung gewon­ nene Drehzahl-Istwert mit einem Drehzahl-Sollwert verglichen und der Antriebsmotor bei Drehzahlüberschreitung abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem ein mit der Motor­ laufzeit ansteigender Istwert mit einem Schwellwert verglichen wird, während eines Reversierzyklus′ eines Wasch- oder Spül­ gangs diesen Schwellwert aber nicht erreicht und nach jedem Reversierzyklus wieder auf Null gesetzt wird, aufgrund der aus­ bleibenden Rücksetzung während der Sanftanlaufphase eines Schleuderganges den Schwellwert jedoch erreicht und noch vor dem Hochschleudern das Abschalten des Antriebsmotors verhin­ dert.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Komparator (N4.1) die Tachowechselspannung in Rechteckimpulse formt, ein RC-Glied (C22, R77) diese Impulse differenziert und ein Impuls­ dichtemesser (D10, R72, C21, R70) eine drehzahlproportionale Spannung erzeugt, ein zweiter Komparator (N4.2) den Drehzahl- Istwert mit einem Drehzahl-Sollwert vergleicht und bei Errei­ chen des Sollwerts am Ausgang auf HIGH schaltet und einen Thyristor (Thyl) über die Widerstände (R63, R62) zündet, der ein Abschaltrelais (K1) einschaltet. Die drehzahlproportionale Spannung wird parallel an einen dritten Komparator (N4.3) ge­ führt, der ab einer mittels eines Spannungsteilers (R64, R68, R69) einstellbaren Ansprechschwelle über einen Widerstand (R67) einen Kondensator (C20) auflädt, und bei Unterschreiten der An­ sprechschwelle infolge ausbleibender drehzahlproportionaler Spannung den Kondensator (C20) wieder schnell entlädt. Erst nach längerem Sanftanlauf erreicht die drehzahlproportionale Spannung ein Vergleichspotential, gebildet aus R64, R68, R69, der Ausgang eines vierten Komparators (N4.4) wird auf LOW- Potential geschaltet und verhindert das Entstehen eines HIGH- Potentials am Ausgang des zweiten Komparators (N4.2), mit dem er verbunden ist.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheits­ schaltung völlig unabhängig von dem Reglermodul arbeitet, von diesem galvanisch getrennt ist und eine eigene Stromversorgung (D8, C18, R61, R60, D9, C19) besitzt.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die tachogeneratorische Spannung für den Reglermodul und die Sicherheitsschaltung op­ toelektronisch entkoppelt sind.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatoren (N4.1-N4.4) zu einem einzigen Schaltkreis gehören.