DE4431846C2 - Verfahren zum beladungsabhängigen Steuern und/oder Regeln einer Waschmaschine oder eines Wäschetrockners - Google Patents
Verfahren zum beladungsabhängigen Steuern und/oder Regeln einer Waschmaschine oder eines WäschetrocknersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und/
oder Regelung einer Waschmaschine oder eines
Wäschetrockners, insbesondere der Motordrehzahl, durch
Messen der jeweiligen Beladung der von dem Motor
angetriebenen Wäschetrommel (Oberbegriff des Anspruchs 1).
Bei einem solchen Verfahren nach der DE 42 35 614 A1, das im Besonderen zur
Ermittlung der Unwucht der beladenen Trommel an der
Waschmaschine bestimmt ist, erfolgt nach einer Wäscheverteilphase, vor
einem Schleudergang, eine Unwuchtmessung. Um auch die
Beladung der Wäschetrommel zu erfassen, wird nach der
Wäscheverteilphase die Solldrehzahl sprunghaft erhöht.
Das Überschwingen der Istdrehzahl über die Solldrehzahl
wird gemessen und daraus wird ein Korrekturwert für die
Unwuchtmessung ermittelt.
Bei dem Verfahren nach der DE 40 38 178 A1 erfolgt eine Unwuchtmessung
unabhängig von der Beladung der Wäschetrommel. Zunächst
wird die relative Unwucht und dann die Trägheit der
Waschtrommel gemessen.
Nach dem Verfahren zur Steuerung des Schleudervorganges entsprechend der DE 34 16 639 A1 wird in einer
Hochlaufphase der Wäschetrommel die Unwucht und die für
die Hochlaufphase benötigte Zeit gemessen. In einem
Festwertspeicher sind die das Schleudern beeinflussenden
Daten für Beladungsmenge, Versorgungsspannung und Unwucht
abgelegt.
Bei den obigen, bekannten Verfahren werden offensichtlich
alterungsbedingte Veränderungen der Trommellagerung der
Waschmaschine nicht berücksichtigt.
Zur Optimierung des Wasch- oder Trockenvorgangs ist es zudem
vorteilhaft, wenn die Steuerelektronik die jeweilige
Beladung der Trommel erkennt, denn dann lassen sich
verfahrenstechnische Größen, wie Wasserfüllung,
Waschmittelzufuhr, Drehzahlen und zeitliche
Schaltvorgänge auf die jeweilige Beladung abstimmen.
Damit sind bei optimalen Waschergebnissen Ersparnisse
möglich.
Bei der Rotation der Trommel treten aufgrund der
möglichen Unwucht der Wäscheverteilung Reibungen im Lager
der Trommel auf; außerdem treten auch durch Schaumbildung
oder sonstige Einflüsse, beispielsweise alterungsbedingte
Verschleißerscheinungen, zusätzliche
Reibungskoeffizienten auf. Diese Erscheinungen lassen
sich unter dem Begriff "Maschinenreibung" zusammenfassen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren
vorzuschlagen, mit dem die jeweilige Beladung der Trommel
erkannt wird, ohne daß sich die Maschinenreibung auf die
Beladungsmessung wesentlich auswirkt.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß bei
beladener, wenigstens mit der Anlegedrehzahl rotierender
Wäschetrommel erstens das für das Aufrechterhalten einer
konstanten Drehzahl vom Motor aufzubringende Drehmoment
und zweitens das bei einer Beschleunigung der beladenen
Wäschetrommel sich ergebende Drehmoment des Motors
ermittelt werden, daß von einer Steuerelektronik der
Quotient aus dem Differenzwert dieser beiden Drehmomente
und der Winkelbeschleunigung der Trommel gebildet wird,
wobei dieser Quotient dem Massenträgheitsmoment der
Trommel etwa proportional ist und in etwa proportional
mit der Beladung zunimmt, und daß aus diesem Quotienten
eine Stellgröße für die Steuerung gebildet wird (Anspruch 1).
Damit ist die jeweilige Beladung der Trommel erfaßt,
wobei die Maschinenreibung nicht in das Ergebnis der
Beladungsmessung eingeht.
Die Ermittlung der beiden Drehmomente bei wenigstens der
Anlegedrehzahl, d. h. der Drehzahl, bei der die Wäsche
innen, am Trommelumfang anliegt, erfolgt, damit sich
zwischen den beiden Drehmomentmessungen die
Wäscheverteilung nicht ändert.
Vorzugsweise werden die beiden Drehmomente in einem
engbegrenzten Drehzahlbereich (vergl. Anspruch 2), beispielsweise zwischen
80 U/min und 200 U/min ermittelt, weil sich dann die
Maschinenreibung höchstens wenig ändert.
Aus dem Differenzwert der beiden Drehmomente sowie der
Winkel-Beschleunigung läßt sich eine Steuergröße für die
Begrenzung der maximalen Schleuderdrehzahl ermitteln (vergl. Anspruch 3).
Ebenso läßt sich auch eine Steuergröße für die
Wasserfüllung der Wäschetrommel oder die
Waschmittelzufuhr oder andere beladungsabhängig
optimierbare Funktionen ableiten (vergl. Anspruch 4).
Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung des jeweiligen
Drehmoments durch Messung des jeweiligen Arbeitspunkts
(Speisegröße, Speisespannung, elektrische
Leistungsaufnahme, Frequenz, und Istdrehzahl) des Motors
bzw. des Antriebs. Der jeweilige Arbeitspunkt wird mit
einer in einem Festwertspeicher abgelegten Motorkennlinie
des betreffenden Motors oder Wirkungsgradkennlinien des
betreffenden Antriebs verglichen, aus der sich das
jeweilige Drehmoment im Arbeitspunkt ergibt (vergl. Anspruch 5).
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen (Ansprüche 6 bis 11). Anhand der folgenden
Beschreibung wird die Erfindung weiter erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein physikalisches Modell einer mit
Anlegedrehzahl rotierenden Trommel mit an ihrem Umfang
anliegender Wäsche,
Fig. 2 einen Waschmaschinenaufbau schematisch und
Fig. 3 ein Drehzahldiagramm.
In einer wenigstens mit Anlegedrehzahl rotierenden
Wäschetrommel (1) liegt am Umfang Wäsche an. Diese bildet
einerseits eine gleichmäßig am Umfang verteilte Grundlast
(mg) und andererseits zonal eine Unwuchtmasse (mu). Am
Trommellager (2) tritt aufgrund der Unwuchtmasse (mu) eine
Zentrifugalkraft (Fz) auf. Die Zentrifugalkraft (Fz) ist
unabhängig von der Grundlast (mg). Auf die Unwuchtmasse
(mu) wirkt die Gravitationskraft (Fg). Je nach der
momentanen Lage der Unwuchtmasse (mu) in der rotierenden
Trommel (1) führt die Gravitationskraft (Fg) zu einer
positiven oder negativen Beschleunigung der Trommel (1).
Die Winkelbeschleunigung (a') der rotierenden Trommel (1)
aufgrund der Gravitationskraft (Fg) ist proportional zur
Unwuchtmasse (mu) und umgekehrt proportional zur Summe aus
Grundlast (mg) und Unwuchtmasse (mu). Es gilt:
Fz = mu × w2 × r (Gleichung 1),
wobei w die Winkelgeschwindigkeit der rotierenden Trommel
(1) und r der Abstand zwischen der Drehachse und der
Unwuchtmasse (mu) ist.
a' ist proportional mu/(mg + mu) (Gleichung 2).
Bei Schleuderbetrieb muß die maximale
Winkelgeschwindigkeit (W) entsprechend einer vorhandenen
Unwucht (mu) reduziert werden, um zu verhindern, daß die
Trommellagerung (2) aufgrund einer zu großen
Zentrifugalkraft (Fa) Schaden nimmt.
Bei bekannten Verfahren zur Unwuchtmessung wird die
Winkelbeschleunigung (a') der Trommel (1) aufgrund der auf
die Unwuchtmasse (mu) wirkenden Gravitationskraft (Fg)
ausgewertet. Die Unwuchtmasse (mu) und damit die
Zentrifugalkraft (Fz) kann dabei nur bei bekannter
Grundlastmasse (mg) ermittelt werden. Da bei bekannten
Verfahren die Grundlastmasse (mg) und damit die Beladung
der Trommel (1) nicht ermittelt wird, muß dort bei der
Ermittlung der Unwuchtmasse (mu) über die
Gravitationskraft (Fg) von einer vollbeladenen Trommel (1)
ausgegangen werden. Dadurch wird bei einer Teilbeladung
der Trommel (1) eine zu große Unwucht ermittelt, was zur
Folge hat, daß bei einer Teilbeladung der Trommel (1) bei
Unwucht nicht die maximal mögliche Schleuderdrehzahl
eingestellt wird. Typischerweise ist die
Winkelbeschleunigung der Trommel (1) aufgrund der
Gravitationskraft (Fg) der Unwuchtmasse (mu) und damit der
Unwuchtmeßwert bei einer gering beladenen Trommel (1) je
nach dem Massenträgheitsmoment der leeren Trommel (1)
mindestens doppelt so groß wie bei einer vollbeladenen
Trommel (1).
Die Wäschetrommel (1) wird über einen Riementrieb (3) von
einem Motor (4) angetrieben (vgl. Fig. 2). Eine
Steuerelektronik (5) regelt bzw. steuert über einen
Leistungshalbleiter (6) die dem Motor(4) aus dem Netz (7)
zugeführte Spannung (U), wenn der Motor (4) ein
Wechselstrom-Universalmotor oder ein Gleichstrom-
Universalmotor ist. Wenn der Motor (4) eine
Drehfeldmaschine, beispielsweise ein Drehstrommotor, ist,
wird er über einen von der Steuerelektronik (5)
gesteuerten Frequenzumrichter mit der Frequenz (f)
gespeist. In jedem Fall steuert die Steuerelektronik (5)
die Drehzahl des Motors (4) bzw. der Wäschetrommel (1).
Über einen Tachogenerator erfaßt ein Mikroprozessor (8)
die Istdrehzahl (N) des Motors (4) bzw. der
Wäschetrommel (1).
In einem Festwertspeicher (ROM) der Steuerelektronik (5)
ist die Motorkennlinie des jeweiligen Motors oder die
Wirkungsgradkennlinie des elektrischen Antriebs abgelegt.
Aus der Speisespannung (U) bzw. der Speisefrequenz (f) und
der Istdrehzahl (N) des Motors (4) ergibt sich dessen
jeweiliger Arbeitspunkt. Durch den Vergleich des
jeweiligen Arbeitspunktes mit der gespeicherten Motor-
Kennlinie ermittelt der Mikroprozessor (8) das jeweilige
Drehmoment. Oder aus der momentanen aus dem Netz (7)
aufgenommenen elektrischen Leistung des Antriebs und der
Istdrehzahl (N) ermittelt der Mikroprozessor (8) über die
gespeicherte Wirkungsgradkennlinie des Antriebs das
momentane Drehmoment
M = Pn/2piN = ePel/2piN
wobei:
M: Drehmoment
Pn: mechanische Leistung
N: Drehzahl
Pel: elektrische Leistung
e: Wirkungsgrad des elektrischen Antriebs
M: Drehmoment
Pn: mechanische Leistung
N: Drehzahl
Pel: elektrische Leistung
e: Wirkungsgrad des elektrischen Antriebs
e = f(N,(U. . .)).
Der Wirkungsgrad ist außer von der Drehzahl je nach
Antriebsart noch von Speisegrößen für den Motor abhängig
und wird vorzugsweise in Form von drehzahlabhängigen
Kennlinien im Festwertspeicher abgelegt.
Die Steuerelektronik (5) steuert den Motor (4)
beispielsweise nach einem Drehzahlprofil entsprechend
Fig. 3. Innerhalb einer Zeitspanne I, in der die Trommel
(1) mit konstanter Drehzahl (D1) oberhalb der
Anlegedrehzahl rotiert, wird das Drehmoment (Mr) in der
beschriebenen Weise ermittelt. Es ist dies dasjenige
Drehmoment, das der Motor zur Überwindung der
Maschinenreibung bei konstanter Drehzahl aufbringen muß.
In einer Zeitspanne II, in der die Trommel von einer
Drehzahl (D2) auf eine Drehzahl (D3) beschleunigt wird,
wird das dabei am Motor (4) auftretende Drehmoment (Mt) in
der beschriebenen Weise ermittelt. Auch die
Drehzahlen (D2, D3) liegen oberhalb der Anlegedrehzahl,
wobei die Drehzahlen (D1, D2, D3) möglichst nahe
beieinander liegen. Der Mikroprozessor (8) ermittelt die
Drehmomente (Mr, Mt) sowie die Winkelbeschleunigung (a').
Das Drehmoment (Mt) ist um das Beschleunigungsdrehmoment
(Mb) aufgrund des Massenträgheitsmoments (J) der
rotierenden Trommel (1) größer als das Drehmoment (Mr).
Der Mikroprozessor (8) bildet die Differenz zwischen dem
Drehmoment (Mt) und dem Drehmoment (Mr), wobei
Mb = Mt - Mr
ist.
Aus dieser Differenz der beiden ermittelten Drehmomente
sowie der Winkelbeschleunigung (a') der Trommel berechnet
der Mikroprozessor (8) das Massenträgheitsmoment (J) der
rotierenden Trommel (1) nach:
J = Mb/a' (a' = Winkelbeschleunigung) (Gleichung 3).
Das Massenträgheitsmoment (J) der Trommel nimmt in etwa
proportional mit der Beladung zu. Die Beladung der
Trommel (1) steht damit der Steuerelektronik (5) zur
Verfügung, in der mit Hilfe einer im Festwertspeicher
hinterlegten Kennlinie der Zusammenhang zwischen dem
Rechenwert des Mikroprozessors (8) für das
Massenträgheitsmoment (J) und der Beladung der Trommel
hergestellt wird oder der Mikroprozessor nach folgender
Gleichung die Beladung berechnet:
JB = (MB/a') - Jleer
JB: Massenträgheitsmoment der Wäsche in Bezug auf
die Drehachse der Trommel (1)
Jleer: Massenträgheitsmoment der leeren Trommel (1) in Bezug auf die Drehachse derselben,
so daß sie dementsprechend das Hochlaufen der Drehzahl der Trommel (1) bis zu einer optimalen Schleuderdrehzahl steuern kann, oder auch andere beladungsabhängige Größen der Steuerung der Maschine beeinflussen kann.
Jleer: Massenträgheitsmoment der leeren Trommel (1) in Bezug auf die Drehachse derselben,
so daß sie dementsprechend das Hochlaufen der Drehzahl der Trommel (1) bis zu einer optimalen Schleuderdrehzahl steuern kann, oder auch andere beladungsabhängige Größen der Steuerung der Maschine beeinflussen kann.
Es kommt nicht darauf an, daß die Zeitspanne II nach der
Zeitspanne I liegt. Die Zeitspanne II kann auch vor der
Zeitspanne I liegen.
In einer Zeitspanne III, in der die Trommeldrehzahl
hochläuft, kann ein Unwuchtmeßwert ermittelt werden.
Dieser Unwuchtmeßwert kann zunächst unabhängig von der
Beladung ermittelt werden. Nach der Ermittlung der
tatsächlichen Beladung in der beschriebenen Weise läßt
sich dieser Unwuchtmeßwert im Hinblick auf die im
Einzelfall einzustellende optimale Schleuderdrehzahl
korrigieren.
Bei der beschriebenen Einrichtung kann zusätzlich auch
der Strom des Motors (4) gemessen werden. Damit läßt sich
beispielsweise der Einfluß der jeweiligen Motortemperatur
auf das Meßergebnis ausgleichen.
Motore, die aus einer gleichgerichteten Zwischenkreis
spannung gespeist werden, sind beispielsweise
Drehstrommotore mit Frequenzumrichter oder
Gleichstrom-Universalmotore mit Tiefsetzsteller
(Chopper). Bei diesen bildet ein Zwischenkreiskondensator
zumindest im Bereich des Netznulldurchganges die einzige
Energiequelle. Durch fortlaufendes Messen des
Zwischenkreisspannungsverlaufs, an der ihrem Wert nach
bekannten Kapazität, wird die elektrische
Leistungsaufnahme Pel aus dem Produkt aus Spannung und
Strom ermittelt. Der Strom wird vorzugsweise aus dem
Produkt aus Spannungsgradient am Zwischenkreiskondensator
während des Netznulldurchganges und dessen bekannter
Kapazität berechnet. Es gilt dabei folgende Formel:
Pel = UCzwischendu/dt.
Claims (11)
1. Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer
Waschmaschine oder eines Wäschetrockners, insbesondere
der Motordrehzahl, durch Messen der jeweiligen Beladung
der von dem Motor angetriebenen Wäschetrommel,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei beladener, wenigstens mit der Anlegedrehzahl rotierender Wäschetrommel (1) erstens das für das Aufrechterhalten einer konstanten Drehzahl vom Motor (4) aufzubringende Drehmoment (Mr) und zweitens das bei einer Beschleunigung der beladenen Wäschetrommel (1) sich ergebende Drehmoment (Mt) des Motors (4) ermittelt werden,
daß von einer Steuerelektronik (5) der Quotient aus dem Differenzwert (Mb) dieser beiden Drehmomente (Mt, Mr) und der Winkelbeschleunigung (a') der Trommel (1) gebildet wird, wobei dieser Quotient dem Massenträgheitsmoment (J) der Trommel (1) etwa proportional ist und in etwa proportional mit der Beladung zunimmt, und aus diesem Quotienten eine Stellgröße für die Steuerung gebildet wird.
daß bei beladener, wenigstens mit der Anlegedrehzahl rotierender Wäschetrommel (1) erstens das für das Aufrechterhalten einer konstanten Drehzahl vom Motor (4) aufzubringende Drehmoment (Mr) und zweitens das bei einer Beschleunigung der beladenen Wäschetrommel (1) sich ergebende Drehmoment (Mt) des Motors (4) ermittelt werden,
daß von einer Steuerelektronik (5) der Quotient aus dem Differenzwert (Mb) dieser beiden Drehmomente (Mt, Mr) und der Winkelbeschleunigung (a') der Trommel (1) gebildet wird, wobei dieser Quotient dem Massenträgheitsmoment (J) der Trommel (1) etwa proportional ist und in etwa proportional mit der Beladung zunimmt, und aus diesem Quotienten eine Stellgröße für die Steuerung gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Drehmomente (Mr, Mt) sowie die
Winkelbeschleunigung (a') in einem engbegrenzten
Drehzahlbereich ermittelt werden, der wesentlich
unterhalb einer Schleuderdrehzahl liegt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem Quotienten eine Steuergröße für die
Begrenzung der maximalen Schleuderdrehzahl ermittelt
wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem Quotienten eine Steuergröße für die
Wasserfüllung der Wäschetrommel (1) und/oder die
Waschmittelzufuhr abgeleitet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ermittlung des jeweiligen Drehmoments durch
Bestimmung des jeweiligen Arbeitspunkts (U, f, N) des
Motors (4) erfolgt und der jeweilige Arbeitspunkt mit
einer in einem Festwertspeicher abgelegten Motorkennlinie
verglichen wird, aus der sich das jeweilige Drehmoment im
Arbeitspunkt ergibt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1
bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die momentane elektrische Leistungsaufnahme des
Antriebs gemessen wird und zusammen mit der Istdrehzahl
über die im Festwertspeicher hinterlegten
Wirkungsgradkennlinie das momentane Drehmoment ermittelt
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 bei einem Motor, der als
Drehfeldmaschine, beispielsweise Drehstrommotor,
ausgebildet und über einen Frequenzumrichter gespeist
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ermittlung des Drehmoments dadurch erfolgt, daß
aus der Drehfeldfrequenz (f), Speisespannung (U) und der
Istdrehzahl (N) der jeweilige Arbeitspunkt des Motors (4)
erfaßt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5 bei einem Wechselstrom- oder
Gleichstrom-Universalmotor,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ermittlung des jeweiligen Drehmoments dadurch
erfolgt, daß die Steuerelektronik (5) die jeweilige
Betriebsspannung (U) des Motors (4) und die Istdrehzahl (N)
des Motors (4) mißt und dadurch den Arbeitspunkt erfaßt.
9. Verfahren nach Anspruch 6 bei Motoren, die aus einer
gleichgerichteten Zwischenkreisspannung gespeist werden
und deren Zwischenkreiskondensator zumindest im Bereich
des Netznulldurchganges die einzige Energiequelle des
Antriebs bildet,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch fortlaufendes Messen des
Zwischenkreisspannungsverlaufs an der bekannten Kapazität
die elektrische Leistungsaufnahme ermittelt wird, indem
das Produkt aus Spannung und Strom gebildet wird, wobei
sich der Strom vorzugsweise durch das Produkt aus
Spannungsgradient am Zwischenkreiskondensator während des
Netznulldurchganges und dessen bekannten Kapazität
berechnet.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Motorstrom gemessen wird, um z. B.
temperaturbedingte Einflüsse auf das Motordrehmoment
auszugleichen, oder daß der Motorstrom anstelle einer
anderen physikalischen Größe zur Drehmomentbestimmung
gemessen wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Unwuchtmessung erfolgt und diese durch die
beladungsabhängige Stellgröße korrigiert wird.
Priority Applications (3)
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DE4431846C2 true DE4431846C2 (de) | 2001-02-15 |
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ID=6527624
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