DE4438760A1 - Verfahren zur Ermittlung einer von der Wäscheart und der Wäschemenge abhängigen Beladungsstufe - Google Patents
Verfahren zur Ermittlung einer von der Wäscheart und der Wäschemenge abhängigen BeladungsstufeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer von der Wäscheart und
der Wäschemenge abhängigen Beladungsstufe in einer Waschmaschine. Daneben
betrifft die Erfindung eine Waschmaschine zur Durchführung eines solchen
Verfahrens.
Es ist bekannt, Waschmaschinen mit einer sog. Spar- oder 1/2-Taste auszu
statten. Diese Taste bewirkt einen speziellen, für kleine Füllmengen optimierten
Wasch-, Spül- und Schleuderprogrammablauf. Vergißt nun der Benutzer das
Betätigen der Spartaste, wird zwangsläufig mit unnötig viel Wasser und mit zu
hohem Energieverbrauch eine kleine Wäschemenge behandelt. Außerdem ist mit
einer solchen Taste auch nur eine Unterscheidung von zwei verschiedenen Bela
dungszuständen möglich.
Daneben ist ein Verfahren zur Unwuchterkennung in Haushaltswaschmaschinen
mit einem Motor zum Antrieb der Trommel und mit einer Vorrichtung zur Anzeige
der Motordrehzahl bekannt, bei dem von dem während der Reversierbewegungen
auftretenden Drehzahlschwankungen auf einen "Wäscheverklumpungsgrad" ge
schlossen wird (DE 42 21 772 A1). Ein solcher Wäscheverklumpungsgrad läßt
sich jedoch nicht zur Auswertung von Beladungsstufen und zur Beeinflussung der
davon abhängigen Verbrauchswerte heranziehen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein möglichst genaues Verfahren zur
Bestimmung einer von der Wäscheart und der Wäschemenge abhängigen Bela
dungsstufe zu schaffen. Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestimmt die Auswerteschal
tung die Beladungsstufe in Abhängigkeit vom Schwingungsverhalten des Dreh
zahlsignals beim Reversieren in Saugzeiten, wobei die Saugzeiten sich an einzelne
Wassereinläufe zu Beginn des ersten Programmabschnitts, insbesondere des Vor-
oder Hauptwaschgangs anschließen. Hierdurch ist einerseits eine sehr frühe
Erkennung der Beladungsstufe möglich, zum anderen ist die Bestimmung der
Beladungsstufe in diesem Stadium sehr genau. Dies ist der Fall, weil sich gerade
bei noch nicht vollkommen durchfeuchteter Wäsche eine starke Abhängigkeit des
Schwingungsverhaltens des Drehzahlsignals in Abhängigkeit von ihrem Gewicht
und von der Wäscheart zeigt. Hervorgerufen wird dies durch unterschiedliche
Verteilung bzw. Verklumpung der Beladung, sowie durch unterschiedliches
Reibungsverhalten der Beladung an Türdichtring und Türschauglas. Hervorgerufen
wird dies durch ein unterschiedliches Reibungsverhalten am Türschauglas und
durch unterschiedliche Verteilung der Beladung.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, die Schwankungsbreite des
Drehzahlsignals im eingeschwungenen Zustand auszuwerten. Hierdurch kann das
von der Charakteristik des Drehzahlreglers abhängige Einschwingverhalten, d. h.
die ersten Überschwinger nach dem Drehzahlanstieg, unbeachtet bleiben. Somit
ist eine solche Auswertung unabhängig vom eingesetzten Drehzahlregler möglich.
Daneben ist es vorteilhaft, zur Bestimmung der Beladungsstufe das Saugverhalten
der Wäsche während der Saugzeiten und/oder die Wassereinlaufmenge hinzuzu
ziehen. Hierdurch wird die Genauigkeit der Ermittlung der Beladungsstufen ver
größert.
Weiterhin ist es vorteilhaft, Fehler bei der Bestimmung der Beladungsstufe anhand
einer Sensierung der freien Flotte vorzunehmen. Bei Waschmaschinen, bei denen
die Wasserstandsregelung durch einen analogen Niveausensor erfolgt, kann dies
durch Messung des Wasserniveaus im stationären Zustand, d. h. bei vollkommen
durchfeuchteter Wäsche erfolgen. Bei Waschmaschinen mit herkömmlichen schal
tenden Druckwächtern kann die Bestimmung der freien Flotte indirekt durch eine
Messung des Absinkens der Laugentemperatur im Anschluß an einen Heizvorgang
vorgenommen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand von Zeichnungen, Diagrammen
und Drehzahlmeßkurven dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Waschmaschine zur Durchfüh
rung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Bauelemente zur Steuerung und Durchfüh
rung des Verfahrens Ermittlung einer von der Wäscheart und der
Wäschemenge abhängigen Beladungsstufe;
Fig. 3a, b ein Wasserstands-Zeit-Diagramm und das dazugehörige Drehzahl-
Zeit-Diagramm bei Trommelbeladungen von 2 kg und 4 kg Baum
wollgewebe;
Fig. 4 den Drehzahlverlauf bei einer Waschmaschine während des Rever
sierens im Hauptwaschprogramm bei Trommelbeladungen von 0 kg,
2,5 kg und 5 kg Baumwollgewebe;
Die Waschmaschinentrommel (1) ist bei einer Waschmaschine zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens in bekannter Weise im Laugenbehälter (2)
drehbar gelagert. Sie wird durch einen Motor (3) angetrieben. Ein mit dem Mo
tor (3) gekoppelter Tachogenerator (4) greift ein Motordrehzahlsignal n(t) zur
Regelung ab.
Zur Wasserstandsmessung ist mit dem Abflußbereich (5) des Laugenbehälters (2)
eine Steigleitung (6) versehen, innerhalb der ein Niveausensor (7) angeordnet ist.
Der Zulauf des Frischwassers in den Laugenbehälter (2) erfolgt über eine Lei
tung (8), in der sich ein Magnetventil (9) befindet. Vorzugsweise kommen Magnet
ventile (9) mit einem geringen Volumenstrom-Toleranzbereich über einen mög
lichst großen Druckbereich zum Einsatz. Der Wasserzulauf ist in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt, so daß nur der Zufluß über den Waschmitteleinspül
kasten (10) symbolisiert ist.
Die Erhitzung des zugelaufenen Wassers erfolgt durch eine Heizung (11) im Ab
flußbereich (5) des Laugenbehälters (2), wobei die Wassertemperatur über einen
Temperatursensor (12) geregelt wird. Aus Sicherheitsgründen erfolgt ein Einschal
ten der Heizung (11) erst, nachdem durch den Niveausensor (7) ein Niveau Nmax
seniert wird. Beim Rückgang des Wasserstands auf ein Niveau Nmin erfolgt eine
sofortige Abschaltung. Hierdurch wird ein Trockenheizen vermieden.
In Fig. 2 ist das Zusammenwirken der Bauelemente zur Ermittlung der Beladungs
stufe in einem Blockschaltbild dargestellt. Zentrales Regel- und Steuerungsorgan
ist der Steuerrechner µP (13) der Programmsteuereinrichtung µC (14). Er regelt die
Motordrehzahl, die Wassertemperatur und den Wasserstand im Laugenbehälter (2)
mit Hilfe von Stellelementen (Leistungsteil (17), Heizungsrelais (18),
Magnetventil (9)), in Abhängigkeit von Zustandssignalen, die er durch die Senso
ren (Tachogenerator (4), Temperatursensor (12), Niveausensor (7) erhält. Dabei
erfolgt die Regelung bzw. Steuerung programmabhängig und zusätzlich in Abhän
gigkeit einer sogenannten Beladungsstufe. Eine solche Beladungsstufe ist im
wesentlichen durch das Saugvermögen der Wäsche charakterisiert, was wiede
rum von deren Art und der Menge abhängt.
In Abhängigkeit von der vorgenannten Beladungsstufe werden dann weitere Pro
grammparameter, beispielsweise Wassermengen in einzelnen Programmabschnit
ten, die Dauer von Programmabschnitten, die Anzahl von Spülgängen, Schleuder
drehzahlen oder Unwuchtschwellen eingestellt.
Die Ermittlung der Beladungsstufe erfolgt über eine in der Programmsteuereinrich
tung integrierte Auswerteschaltung (15), welcher das Drehzahlsignal n(t) während
des Reversierzyklus in einem ersten Programmabschnitt, insbesondere im Vor
waschprogramm oder im Hauptwaschprogramm zugeführt wird und die in Abhän
gigkeit von dessen Schwingungsverhalten einen Wert bestimmt. Neben dem Dreh
zahlsignal n(t) können der Auswerteschaltung (15) noch weitere durch Sensoren
erfaßte Zustandssignale wie z. B. die Schaltzeiten der Magnetventile (9) und des
Niveausensors (7) und Temperaturwerte zugeführt werden. Anstelle der Motor
drehzahl kann bei Gleichstrommotoren auch die Schwankung des Motorstroms
ausgewertet werden. Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele des erfin
dungsgemäßen Verfahrens beschrieben, die zu unterschiedlichen Phasen eines
solchen Programmabschnitts durchgeführt werden.
Im ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die Bestimmung der Beladungsstufe zu Be
ginn des ersten Programmabschnitts, insbesondere des Vor- oder Hauptwasch
gangs während des Wassereinlaufs und der Durchfeuchtung der Wäsche. Die
Fig. 3a zeigt ein Wasserstands-Zeit-Diagramm und das dazugehörige Drehzahl-
Zeit-Diagramm bei einer Trommelbeladung von 2 kg Baumwollgewebe. Fig. 3b
zeigt die entsprechenden Diagramme bei einer Beladung von 4 kg Baumwollge
webe. Die Niveaukontrolle erfolgt durch einen schaltenden Druckwächter mit
einem Schaltpunkt Nmax und einem Rückschaltpunkt Nmin. Der erste Einlauf er
folgt vom Niveau 0 mm und, wie bei allen folgenden Füllschritten, bei stillgesetzter
Trommel (1). Dabei wird die Zeit tE1 bis zum Erreichen des Schaltpunkts Nmax
gemessen. Nach dem Erreichen des Schaltpunkts wird die Zeit tE1 mit einem kon
stanten Faktor F₁ multipliziert und die Einschaltdauer des Magnetventils (9) um
die so erhaltene Zeit t₁′ verlängert. Auf diese Weise wird ein Füllniveau NÜ1,2
erreicht. Anschließend wird das Magnetventil (9) geschlossen und die Trommel (1)
gedreht. Die Zeit vom Schließen des Magnetventils (9) bis zum Erreichen des
Rückschaltniveaus Nmin, die Saugzeit tS1, wird gemessen und der
Auswerteschaltung zugeführt. Außerdem wird von der Auswerteschaltung (15)
die Schwankungsbreite Sdn der mit dem Tachogenerator (4) gemessenen
Motordrehzahl n(t) bestimmt. Als Schwankungsbreite Sdn wird die Standardab
weichung des Drehzahlsignals n(t) im eingeschwungenen Zustand, d. h. im darge
stellten Bereich 1 unter Nichtbeachtung der ersten Überschwinger verstanden.
Im zweiten Füllschritt wird die Zeit tE2 vom Einschalten des Magnetventils (9) bei
Nmin bis zum Erreichen des Schaltpunkts Nmax gemessen. Um wieder das Füllni
veau NÜ1,2 zu erreichen, wird tE2 mit einem konstanten Faktor F₂ multipliziert
und die Einschaltzeit des Magnetventils (9) um die so erhaltene Zeit t₂′ verlängert.
Auch hier erfolgt das Auffüllen bei stillgesetzter Trommel (1). Anschließend wird
die Trommel (1) gedreht und wiederum die Schwankungsbreite Sdn bestimmt und
die zweite Saugzeit tS2 gemessen.
Im Anschluß an den zweiten Füllschritt bestimmt die Auswerteschaltung (15) in
Abhängigkeit von der Schwankungsbreite Sdn, den Saugzeiten tS1 und tS2 und
der insgesamt zugelaufenen Wassermenge die Beladungsstufe. Hierzu ist in einem
Speicher (16) eine mit einem Fuzzy-Logic-Algorithmus erstellte Tabelle mit Bela
dungsstufen B = B (SDn,tSi,V) abgelegt, aus der die Auswerteschaltung (15) ent
sprechende Werte abruft. Eine Bestimmung der zugelaufenen Wassermenge V
kann über die Summe der Öffnungszeiten tE1 des Magnetventils (9) oder über
einen Wassermengenzähler vorgenommen werden.
Bei Betrachtung der Diagramme 3a und 3b fällt auf, daß mit der Menge der Bela
dung die Schwankungsbreite Sdn zunimmt und die Saugzeiten abnehmen. Im fort
laufenden Programm erfolgt eine Korrektur des so ermittelten Beladungsstufen-
Wertes anhand einer Berechnung der freien Flotte. Bei Waschmaschinen mit ana
logen Niveausensoren (7) ist dies direkt durch Messung des Wasserniveaus mög
lich. Bei Waschmaschinen mit schaltenden Druckwächtern ist die Abkühlge
schwindigkeit der Waschlauge ein Indiz für die Menge der freien Flotte. Die er
mittelte Beladungsstufe wird, wie bereits vorbeschrieben, zur Beeinflussung von
Programmparametern verwendet.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird das Schwingungsverhalten des Drehzahl
signals im Anschluß an die Wassereinlaufphase verarbeitet. Fig. 4 zeigt den
Drehzahlverlauf bei einer Waschmaschine während des Reversierens im Haupt
waschprogramm bei unterschiedlichen Beladungen. Dabei wertet die Auswerte
schaltung (15) die Überschwinger beim Drehzahlanstieg nach der Reversierpause,
die Überschwinger in der Reversierpause, die Schwankungsbreite und deren zeit
liche Änderungen bei bekannter Regelcharakteristik aus. Bei genauer Betrachtung
fällt auf, daß das Drehzahlverhalten folgende Charakteristika aufweist:
Trommel (1) leer.
- - keine Überschwinger beim Drehzahlanstieg nach der Reversierpause
- - gleichmäßige Schwankungsbreite
- - kleine Schwankungsbreite
- - kein Überschwinger in der Reversierpause.
Teilbeladung (2,5 kg Frottier)
- - kleine Überschwinger beim Drehzahlanstieg nach der Reversierpause
- - ungleichmäßige Schwankungsbreite
- - Schwankungsbreite höher als bei leerer Trommel (1)
- - hohe Überschwinger in der Reversierpause.
Volle Beladung (5 kg Frottier)
- - hohe Überschwinger beim Drehzahlanstieg nach der Reversierpause
- - ungleichmäßige Schwankungsbreite
- - Schwankungsbreite geringer als bei Teilbeladung
- - hohe Überschwinger in der Reversierpause.
Die Auswertung der vorgenannten Charakteristika bieten den Vorteil, daß hierbei
außer dem Drehzahlverhalten keine zusätzlichen Meßgrößen erforderlich sind.
Claims (10)
1. Verfahren zur Ermittlung einer von der Wäscheart und der Wäschemenge ab
hängigen Beladungsstufe in einer Waschmaschine mit einer drehbaren Trommel
zur Aufnahme von Wäsche, mit einem Motor zum Antrieb der Trommel und mit
einer Vorrichtung zur Anzeige eines von der Motordrehzahl abhängigen Drehzahl
signals insbesondere mit einem Tachogenerator zur Anzeige der Motordrehzahl
oder mit einem Meßwiderstand zur Anzeige des Motorstroms, wobei eine Aus
werteschaltung die Beladungsstufe in Abhängigkeit vom Schwingungsverhalten
des Drehzahlsignals während des Reversierzyklus in einem ersten Programmab
schnitt, insbesondere im Vorwaschprogramm oder im Hauptwaschprogramm
bestimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteschaltung die Beladungsstufe aufgrund der Schwankungsbreite
und der Überschwinger in der Reversierpause und beim Drehzahlanstieg nach der
Reversierpause unter Berücksichtigung der Charakteristik des Drehzahlreglers
bestimmt.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteschaltung die Beladungsstufe in Abhängigkeit vom Schwin
gungsverhalten des Drehzahlsignals beim Reversieren in Saugzeiten bestimmt,
wobei die Saugzeiten sich an einzelne Wassereinläufe zu Beginn des ersten Pro
grammabschnitts, insbesondere des Vor- oder Hauptwaschgangs anschließen.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwankungsbreite des Drehzahlsignals im eingeschwungenen Zustand
ausgewertet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bestimmung der Beladungsstufe die Dauer der Saugzeiten hinzugezogen
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Bestimmung der Beladungsstufe die Wassereinlaufmenge hinzugezogen
wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zur Wasserstandsregelung
ein analoger Niveausensor verwendet wird,
daß eine Korrektur der Beladungsstufe anhand des Wasserstands nach dem
letzten Wassereinlauf zu Beginn des ersten Programmabschnitts, insbesondere
des Vor- oder Hauptwaschgangs erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Korrektur der Beladungsstufe anhand einer Messung des Absinkens der
Laugentemperatur im Anschluß an einen Heizvorgang vorgenommen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beladungsstufe zur Festlegung von Programmparametern, beispielsweise
von Wassermengen in einzelnen Programmabschnitten, von Zeiten für einzelne
Programmabschnitte, von Anzahlen der Spülgänge, von Schleuderdrehzahlen und
von Unwuchtschwellen hinzugezogen wird.
10. Waschmaschine zur Durchführung eines Verfahrens zur Ermittlung einer von
der Wäscheart und der Wäschemenge abhängigen Beladungsstufe nach einem der
Ansprüche 1 bis 9.
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