DE60013791T3

DE60013791T3 - Verfahren zur Detektion und zur Kontrolle einer dynamischen Unwucht in der Trommel einer Waschmaschine und Waschmaschine zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE60013791T3
Application number: DE60013791T
Authority: DE
Inventors: Massimo Maroni; Daniele Turetta; Enrico Bellinetto; Pierangelo Maineri; Raffaele Paganini; Tiemen Van Dillen; Andrea Luschi
Original assignee: Whirlpool Corp
Current assignee: Whirlpool Corp
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2020-07-01
Also published as: EP1167609B2; DE60013791D1; DE60013791T2; ES2226663T3; EP1167609A1; EP1167609B1; ES2226663T5

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Waschmaschinen, insbesondere auf einen Typ, welcher eine perforierte Trommel hat, die um eine horizontale Achse rotiert. Mit dem Ausdruck „horizontale Achse" meinen wir alle Waschmaschinen, welche eine Trommelachse haben, die im wesentlichen horizontal ist, wobei Waschanlagen einbezogen sind, welche eine geneigte Achse haben. Mit dem Ausdruck „Waschmaschine" meinen wir alle Arten an Anwendungen zum Waschen von Kleidungsstücken und dergleichen, wobei Wäschetrockner einbezogen sind. Mit Bezug auf 1 und 2 hat eine Waschmaschine ein Außengehäuse (Gehäuse) 10, welches auf dem Boden steht. Eine Wanne 12 ist im Gehäuse mittels eines Aufhängesystems aufgehängt, welches Federn 14 und Dämpfer 16 enthält. Die Wanne 12 ist eine nicht rotierende Vorrichtung, welche eine perforierte Trommel 18 enthält, die durch ein oder zwei Lager gehalten wird. Die Trommel 18 wird durch einen Elektromotor 26 rotiert. Das Übertragungssystem enthält einen Riemen 20, welcher eine Riemenscheibe 22, welche auf der Trommelwelle befestigt ist, und die Motorwelle 24 direkt verbindet. Der Motor 26 ist mit einem Antriebssystem und oft mit einem Tachometer-Generator ausgestattet, welcher die Rotationsgeschwindigkeit der Motorwelle messen kann. Bei elektronisch gesteuerten Maschinen wird der Befehl an das Motorantriebssystem auf Basis der Differenz zwischen der Befehls-(Wunsch)Geschwindigkeit und der tatsächlichen Geschwindigkeit entschieden, wie durch den Tachometer gelesen.
Es ist bekannt, dass Vibrationen bei Waschmaschinen eine ernste Angelegenheit sind. Sie können bei der Schleuderphase sehr hoch werden, wenn die Trommel von einer niedrigen Geschwindigkeit (um 100 rpm), bei welcher das Waschgut durch Zentrifugalkraft gegen die Trommelwand beibehalten wird, auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt wird, welche gemäß unterschiedlicher Waschmaschinen von 600 bis 1600 rpm variieren kann. Um einen ungewünschten übermäßigen Vibrationspegel zu vermeiden, wird oft eine Verteilungsphase durchgeführt. Bei dieser Phase wird die Trommelgeschwindigkeit gemäß eines bestimmten Gesetzes erhöht, und zwar bis zu der Geschwindigkeit, bei welcher das Waschgut durch Zentrifugalkraft bei einer festgelegten Position relativ zur Trommel beibehalten wird. Der Grund dieser Phase ist der, das Waschgut gleichmäßig auf eine solche Weise zu verteilen, so dass kein Ungleichgewicht verbleibt, welches auf die Trommel wirkt.
Aufgrund des Vorhandenseins eines großen einzelnen Artikels (wie z.B. ein Badehandtuch) oder von konzentrierten Lasten (beispielsweise ein Paar Tennisschuhe), kann es vorkommen, dass eine bestimmte Größe an Ungleichgewichtsladung innerhalb der Trommel verbleibt.
In 3 und 4 ist eine schematische Ansicht der vorderen und seitlichen Seite der Rotationstrommel gezeigt. Ein orthogonales dreidimensionales Bezugssystem, welches zu dem in 1 kohärent ist, ist ebenfalls zwischen den zwei 3 und 4 gezeigt.
Bei der folgenden Beschreibung nennen wir statisches Ungleichgewicht jenes Ungleichgewicht, welches durch eine Wäschelast L erzeugt wird, und zwar derart, dass der Schwerpunkt des Schwingungssystems G nicht mit dem geometrischen Zentrum D der Trommel übereinstimmt. Dieser Aufbau erzeugt eine Exzentrität in der Bewegung der Trommel. In der Mechanik wird diese Art von Ungleichgewicht „statisch" genannt, weil ein statisches Auswuchten der auf die Trommel wirkenden Kräfte ausreicht, um das Ungleichgewicht auszugleichen.
Es ist im Stand der Technik bekannt, dass, wenn eine rotierende Maschine, die dieser Art an Ungleichgewicht unterworfen ist, bei einer konstanten Geschwindigkeit in einer vertikalen Ebene rotiert wird, sie ein Schwingungsverhalten sowohl in Winkelgeschwindigkeit als auch Motordrehmoment, welches auf die Welle angelegt wird, aufzeigt. Dies kann auf sehr einfache Weise verstanden werden, indem angenommen wird, dass das durch die Ungleichgewichtsladung erzeugte Drehmoment gemäß der Winkelposition des Waschgutes L schwankt.
Daher ist es relativ einfach, das statische Ungleichgewicht, beispielsweise durch Messen der Geschwindigkeitsschwankungen während einer konstanten Geschwindigkeitsphase, zu erfassen. Dieses Verfahren ist in der EP 0 071 308 offenbart, welches sich auf ein Verfahren zum Bestimmen der Größe des (statischen) Ungleichgewichts bezieht. Ein solches Verfahren enthält das Bereitstellen einer konstanten Befehlsgeschwindigkeit zum Motor-Steuerungsalgorithmus, Überwachen der tatsächlichen Motorgeschwindigkeit wie durch einen Tachometer-Generator gemessen und Ausschau halten nach Änderungen der Geschwindigkeit. Schwankungen um mehr als eine bestimmte Größe zeigen das Vorliegen einer schwerwiegenden Ungleichgewichtsladung an. Auf demselben Prinzip basieren ebenfalls die EP 0 969 133 A1 , GB 2 326 947 A und EP 0 763 618 A .
Die EP-A-763 618 offenbart eine Waschmaschine mit einem Vibrationssensor zum Erfassen einer horizontalen Komponente oder vertikalen Komponente von Vibrationen der Trommel.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zum Erfassen der Größe an statischem Ungleichgewicht liegt im Überprüfen des Translations-Versatzes oder der Translations-Beschleunigung der Wanne, entweder entlang der y- oder der z-Achse. In der EP 0 879 913 A1 wird beispielsweise die relative Verschiebung zwischen dem Gehäuse und der Wanne durch Messen der Druckschwankung innerhalb eines zylindrischen Hohlkörpers erfasst, welcher das Gehäuse mit der Wanne verbindet.
Bezugnehmend nun auf 4, ist die Disposition des Waschguts innerhalb der Trommel derart, dass der Schwerpunkt des Rotationssystems G mit dem geometrischen Zentrum der Trommel übereinstimmt. Wenn jedoch die Trommel rotiert wird, wirkt eine Zentrifugalkraft auf das Waschgut. Genauer gesagt, erzeugen die Komponenten F₁, F₂ entlang der z-Achse ein Drehmoment, welches auf Punkt G wirkt. Ein solches Drehmoment wirkt auf die y-Achse. Aus Symmetriegründen geschieht dasselbe entlang der z-Achse (dies kann beobachtet werden, wenn man von der Oberseite aus schaut, anstelle von der seitlichen Seite). Zusammengefasst, erzeugt die dynamische Ungleichgewichtsladung ein sofortiges Drehmoment, dessen Vektor in der y-z-Ebene liegt, und auf die x-Achse wirkt kein resultierendes Drehmoment.
Das bedeutet, dass, wenn die Trommel bei konstanter Geschwindigkeit rotiert, keine Schwankungen hinsichtlich der Geschwindigkeit noch des Motordrehmoments gesehen werden können. Somit versagen die standardisierten bekannten Verfahren der Ungleichgewicht-Erfassung.
Wenn jedoch eine konstante Trommelgeschwindigkeit angenommen wird, gibt es aufgrund des Vorliegens eines dynamischen Ungleichgewicht eine Kraftwirkung, welche die zwei Rotationsmodi entlang der y- und z-Achse anregt.
Daher kann das Vorliegen des dynamischen Ungleichgewichts aufgrund von zwei Gründen gefährlich sein. Erstens, wenn sich die Eigenfrequenzen bezüglich der Rotationsmodi der Schwingungsmasse kreuzen, kann ein übermäßiges Ungleichgewicht dafür sorgen, dass die Maschine läuft und/oder schlägt, und zwar gemäß der Dämpfungs-Koeffizienten des Aufhängesystems in jene Richtungen. Zweitens kann eine dynamische Ungleichgewichtsladung starke Vibrationen während der konstanten Hochgeschwindigkeits-Schleuderphase erzeugen.
Wenn auf die Eigenschaften des Aufhängesystems eingewirkt wird, kann der Entwickler die Verteilung der Wirkungen zwischen der Wanne und dem Gehäuse ändern, jedoch kann die Gesamtenergie, welche durch die rotierende dynamische Last beim System bereitgestellt wird, nicht modifiziert werden.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine andere Annäherung vor. Die Größe des dynamischen Ungleichgewichts wird erfasst, und die Entscheidung des Durchkreuzens der kritischen Rotationsfrequenzen wird gemäß dieser Information getroffen. Ferner kann die Schleudergeschwindigkeit auf Basis des abgetasteten Ungleichgewichts gewählt werden.
Es sollte erkannt werden, dass eine reine dynamische Ungleichgewichts-Konfiguration sehr speziell ist, und dass ihr Auftreten sehr beschränkt ist. Tatsächlich ist es wahr, dass eine bestimmte Größe an statischem Ungleichgewicht oft vorliegt, es ist jedoch ebenfalls wahr, dass der eher wahrscheinliche Fall durch die Kombination von sowohl statischem als auch dynamischem Ungleichgewicht gegeben ist.
Daher kann ein Verfahren, welches eine statische Erfassung mit einer dynamischen zusammenstellt, die besten Ergebnisse erlangen.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden wir uns auf die folgenden Zeichnung beziehen, in welcher:
1 und 2 eine schematische Zeichnung einer herkömmlichen Waschmaschine mit einer Trommel zeigen, welche sich entlang einer horizontalen Achse umdreht;
3 und 4 beide die vordere und seitliche Projektionsansicht der Trommel beim Vorliegen eines statischen (3) oder dynamischen (4) Ungleichgewichtes zeigen;
5 das Geschwindigkeitsprofil ist, welches in einer ersten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung verwendet wird;
6 das Geschwindigkeitsprofil ist, welches in einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung verwendet wird;
7 und 8 ein Beispiel zeigen, wie ein Beschleunigungssensor an der Wanne der Maschine angebracht wird, um Wannenvibrationen zu erfassen;
9 und 10 die Beschleunigungen wiedergeben, welches durch einen Beschleunigungsmesser gemessen werden, welcher, wie in 7 und 8 gezeigt, angebracht ist, wobei sich 9 auf ein nicht im Gleichgewicht stehendes Waschgut bei niedriger Dynamik bezieht, wohingegen 10 sich auf eine hohe bezieht;
11 und 12 ein Beispiel zeigen, wie ein optischer Verschiebungssensor zum Abtasten der Wannenbewegungen angebracht wird;
13 und 14 die Verschiebungen wiedergeben, welche durch einen optischen Sensor gemessen werden, welcher, wie in 11 und 12 gezeigt, angebracht ist, wobei sich 13 auf ein nicht im Gleichgewicht stehendes Waschgut bei niedriger Dynamik bezieht, wohingegen sich 14 auf eine hohe bezieht;
15 und 16 ein Verfahren zum Anbringen eines optischen Verschiebungssensors auf eine solche Weise darstellen, dass es möglich ist, einen selbsteichenden Ablauf durchzuführen, wobei derselbe Sensor ebenfalls zum Erfassen von der Position der Tür bei einer Toplader-Maschine verwendet werden kann;
17 das Ablaufdiagramm zeigt, welches mit einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang steht; und
18 das Ablaufdiagramm darstellt, welches mit einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang steht.
Bei der Waschmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung enthält der Schleuderzyklus unterschiedliche Schritte. Mit Bezug auf 5 wird in Phase A die Trommel von Null auf eine niedrige Geschwindigkeit beschleunigt (um 50 rpm), bei welcher die Umfangsbeschleunigung des Waschguts unterhalb von 1 g ist, so dass die Ladung in der Trommel kontinuierlich herunterfällt. Danach wird eine sogenannte Verteilungsphase B durchgeführt. Die Trommel wird bis hin zu der Geschwindigkeit angetrieben, bei welcher die Last durch die Zentrifugalkraft im wesentlichen in einer festgelegten Position beibehalten wird, so dass die Ladung nicht mehr herunterfällt. In vielen Fällen wird eine weitere konstante Geschwindigkeitsphase C durchgeführt. Für gewöhnlich, wenn ein Ungleichgewichts-Erfassungsalgorithmus vorliegt, arbeitet er während dieser Phase. Die Größe des statischen Ungleichgewichts wird überprüft, indem entweder nach der Trommel/Motorgeschwindigkeit oder dem Motordrehmoment Ausschau gehalten wird. Die gewählte konstante Geschwindigkeit s₀ liegt im wesentlichen um 100 rpm.
Am Ende dieser Phase kann die Steuerung entscheiden, ob die Trommel bis hin zu einer Hochgeschwindigkeit beschleunigt wird, bei welcher das Wasser im Waschgut extrahiert werden kann, oder ob die Schleuderphase gestoppt und neu gestartet wird. Diese Entscheidung wird auf Basis des gemessenen statischen Ungleichgewichts getroffen. Wenn die Schleuderphase verlassen wird, fällt die Ladung herunter und die Waschmaschine nimmt einen neuen Anlauf zur besseren Verteilung der Waschgüter.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden, um die Größe des dynamischen Ungleichgewichts im Waschgut zu steuern, einige weitere Schritte nach der statischen Ungleichgewichts-Überprüfung hinzugefügt. Im folgenden wird der Weg zum Erfassen des dynamischen Ungleichgewichts erläutert, ohne dass auf Details bezüglich der Sensoren eingegangen wird, sondern allgemein gesprochen über die gemessene Größe (bezüglich Beschleunigung, Geschwindigkeit oder Verschiebung). Diese Annäherung wird verwendet, um die Tatsache hervorzuheben, dass der Algorithmus unabhängig vom bestimmten Sensor ist. Am Ende der Algorithmusbeschreibung wird eine detailliertere Analyse der Sensoren bereitgestellt.
Bei einer ersten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird, wenn die Größe an statischem Ungleichgewicht im Waschgut nicht zu hoch ist, eine Beschleunigungsphase E bei konstanter Steigung eingenommen (Beschleunigung a₁). Während dieser Phase wird die Ausgabe des Sensors überprüft und der minimale und maximale gelesene Wert werden in geeigneten Variablen im Mikro-Controller gespeichert. Bei jeder Abtastung wird sofort die Differenz zwischen dem maximalen Wert S_max und minimalen Wert S_min berechnet und mit einem bestimmten Schwellwert T verglichen, wie im Ablaufdiagramm von 17 gezeigt. Bei der in 12 gezeigten Ausführungsform kann der Schwellwert T eine Funktion der berechneten Trägheit I (und daher die Ladungsmenge in der Trommel) und/oder des statischen Ungleichgewichts (U) sein. Wenn der Schwellwert überstiegen wird, wird das Schleudern beendet und die Verteilungsphase wird neu gestartet (F); andererseits fährt die Trommel mit der Beschleunigung fort (I). Da der maximale und minimale Wert bei jeder Abtastungsperiode aktualisiert werden, kann es vorkommen, dass ihre Differenz an jeglichen Zeitmomenten über den Schwellwert hinwegkommt. Dies wird in 5 durch eine bestimmte Anzahl an eingezeichneten absteigenden Linien (F) angezeigt.
Wenn eine bestimmte vorgegebene Geschwindigkeit (s₁) erreicht wird, ohne dass über die vorgegebenen Schwellwerte G hinweg gekommen wird, wird angenommen, dass das dynamische Ungleichgewicht niedrig genug ist, um ein Schleudern bei einer hohen Geschwindigkeit zu erlauben. In diesem Fall wird die Trommel mit einer unterschiedlichen Beschleunigung hochbeschleunigt (H) (a₂, welche im allgemeinen höher als a₁ ist), bis hin zu einer vorbestimmten Zentrifugalgeschwindigkeit (M). Es ist zu erwähnen, dass s₁ unterhalb der kritischen Resonanz der Rotationsmodi sein sollte, welche die Geschwindigkeit ist, bei der die Wirkung der dynamischen Ungleichgewichtsladung hinsichtlich der Verschiebungen maximal ist. Andererseits sollte der Wert von s₁ auf eine solche Weise gewählt werden, dass die Wirkung des dynamischen Ungleichgewichts erfassbar ist, er sollte nämlich nicht zu weit von der Resonanzfrequenz entfernt sein. Wenn beispielsweise eine solche Resonanz bei 300 rpm vorliegt, kann ein guter Wert für s₁ bei 250 rpm sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Schleudergeschwindigkeit M auf Basis der berechneten dynamischen Ungleichgewichtsmessung gewählt werden. Genauer gesagt gilt, dass, je höher das dynamische Ungleichgewicht ist, desto niedriger wird die ausgewählte Geschwindigkeit sein, und zwar auf eine solche Weise, dass der tatsächliche Vibrationspegel bei allen Bedingungen ungefähr derselbe verbleibt.
Der Schwellwert für die Überprüfung des dynamischen Ungleichgewichts kann gemäß dem erfassten statischen Ungleichgewicht auf unterschiedliche Werte eingestellt werden. Darüber hinaus kann die Geschwindigkeit s₁ ebenfalls auf Basis des Trägheitsgewichts/Gewichts des Waschguts innerhalb der Trommel gewählt werden, welches berechnet werden kann, indem eines der Verfahren verwendet wird, welches im Stand der Technik bekannt ist (das heißt, US 5,507,054 ). Diese Annäherung hat den Vorteil, dass der Entwickler die Differenz zwischen s₁ und der Resonanzfrequenz konstant halten kann, und zwar unabhängig von der Trägheit des Waschguts.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (mit Bezug auf 6), können die Geschwindigkeit s₁ für eine bestimmte Zeitdauer K (Phase P), und die Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum der gemessenen Variable, welche während dieses Intervalls überprüft werden, konstant gehalten werden. Wenn die Differenz unterhalb eines bestimmten Schwellwertes verbleibt, wird die Trommel auf die Schleudergeschwindigkeit (M) beschleunigt; andererseits wird der Motor ausgeschaltet, und die Verteilungsphase (A-B) wird wiederholt. Wieder einmal kann der Wert von s₁ auf Basis der Trägheit/des Gewichts der Ladung gewählt werden. Diese Ausführungsform ist ebenfalls im Ablaufdiagramm von 18 gezeigt.
Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls im Falle von Wasch-/Trockenmaschinen angewendet werden, welche eine Trommel haben, die sich um eine horizontale Achse oder eine vertikale Achse umdreht, und welche mit einem Mittel zum automatischen Ausgleichen des nicht im Gleichgewicht stehenden Waschgutes bereitgestellt sind, welches in der Trommel vorliegt. Tatsächlich ist es bekannt, dass solche Vorrichtungen korrekt arbeiten, wenn sich die Trommel bei einer Geschwindigkeit oberhalb der kritischen Geschwindigkeit umdreht. Darüber hinaus ist bei Geschwindigkeiten unterhalb der kritischen Resonanzfrequenz das Verhalten dieser Auswuchtsysteme nicht ganz bekannt, und die Gesamtgröße des Ungleichgewichts (sowohl symmetrisch als auch dynamisch) ist nicht konstant.
Um eine übermäßige Größe an Vibrationen/Laufen/Schlagen beim Durchlaufen der Hauptresonanz des Schwingungssystems zu vermeiden, kann das in der vorliegenden Erfindung erläuterte Verfahren verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Beschleunigungssensor 27 (7 und 8) an der Maschine angebracht, so dass Vibrationen entlang einer bestimmten Achse überwacht werden. Die empfindliche Achse des Beschleunigungsmessers muss entlang einer Richtung ausgerichtet werden, welche auf die Wirkung einer dynamischen Ungleichgewichtsladung empfindlich ist. Beispielsweise ist in 7 und 8 der Beschleunigungssensor oberhalb der Wanne angebracht, wobei die empfindliche Achse 29 wie die x-Achse gerichtet ist. Wie bereits beschrieben, erzeugt eine dynamische Ungleichgewichtsladung ein augenblickliches Drehmoment, welches in der y-z-Ebene liegt. Dieses Drehmoment regt die zwei Rotationsmodi an Vibration entlang der y- und der z-Achse an. Diese beiden Modi erzeugen eine Beschleunigung entlang der x-Richtung, welche die Richtung ist, entlang derer die maximale Beschleunigung erfasst werden kann.
Ein weiterer wichtiger Parameter ist der Abstand zwischen dem Beschleunigungsmesser 27 und der Momentan-Umdrehungsachse der Schwingungsmasse (Wanne 12 und Trommel 18). Natürlich sind die gemessenen Beschleunigungen umso größer, je größer der Abstand ist. Es folgt, dass, wenn wir annehmen, dass die Momentan-Umdrehungsachse zur y-z-Ebene gehört, die in 7 und 8 gezeigte Position die erfasste Beschleunigung maximiert.
In 9 und 10 sind die Messungen gezeigt, welche durch einen kommerziellen Beschleunigungsmesser bei Vorliegen von zwei unterschiedlichen Pegeln an dynamischer Ungleichgewichtsladung aufgezeichnet sind. Der Sensor, welcher in Tests verwendet wird, welche durch den Anmelder durchgeführt wurden, ist von Analog Device hergestellt und basiert auf MEMS-Technologie (Micro Electro Mechanic System). Er ist speziell entworfen, um mit einem kostengünstigen Mikro-Controller zu arbeiten, und ist sowohl als Zwei-Achsen- als auch als Ein-Achsen-Sensor erhältlich. Die Waschmaschine wurde unter Verwendung des Geschwindigkeitsprofils gemäß 5 gelaufen. Bei einem Blick auf die Diagramme ist klar, dass im zweiten Fall (10) die Wannen-Beschleunigungen sehr hoch sind, und sie können sowohl bezüglich von Lärm als auch Vibrationen erkannt werden. Andererseits werden bei dem in 9 dargestellten Fall sehr kleine Vibrationen erfasst. Es ist erwähnenswert, dass die Größe an statischem Ungleichgewicht exakt dieselbe ist, und zwar sowohl für 9 als auch für 10, so dass kleine Differenzen hinsichtlich von Geschwindigkeits- oder Drehmomentschwankungen gesehen werden können.
Auf Basis der vorliegenden Erfindung würde es nicht erlaubt werden, dass die Ladung von 10 geschleudert wird, um so die hohen Vibrationen und möglichen Beschädigungen der Waschmaschine zu vermeiden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird ein optischer Verschiebungssensor verwendet, um die Bewegung des Umfangs der Wanne zu erfassen, welche eine solche Bewegung ist, welche mit der Umdrehungsverschiebung verbunden ist. Ein Beispiel einer solchen Anordnung ist in 11 und 12 gezeigt, in denen ein Ziel 30, welches durch eine spezielle Art an Papier gebildet wird, am Umfang der Wanne 12 angebracht ist, wobei die Sensorsonde 32, welche einen Lichtsender und -empfänger enthält, am Gehäuse 10 befestigt ist (11).
13 und 14 zeigen das Verschiebungsverhalten, wie durch einen Interferometer-Optiksensor gemessen. Das Befehls-Geschwindigkeitsprofil ist das in 5 beschriebene. Das Vorliegen von nicht im Gleichgewicht stehendem Waschgut ist durch die Graphen deutlich sichtbar. 13 und 14 wurden bei denselben Bedingungen wie bei 9 und 10 erlangt, welche die Beschleunigungen anstelle der Verschiebungen anzeigen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung können zwei optische Verschiebungssensoren verwendet werden, um die Bewegungen der Maschine entlang zweier unterschiedlicher Achsen, welche beide parallel zur y-Achse sind, verwendet werden, wobei sie so nah wie möglich an den Enden der Maschine gesetzt werden. Es kann gesehen werden, dass die Differenz zwischen den Verschiebungen, welche durch diese Vorrichtung gelesen werden, sich auf die Größe des dynamischen Ungleichgewichts bezieht. Wir haben zuvor gesagt, dass der gesamte Drehmoment-Vektor, welcher durch die dynamische Ungleichgewichtsladung erzeugt wird, in der y-z-Ebene liegt. Aus Gründen der Vereinfachung nehmen wir an, dass ein solches Drehmoment exakt entlang der z-Achsen gerichtet ist. Obwohl sich der Massenmittelpunkt der Maschinen nicht bewegt, tendiert die linke Seite dazu, sich in einer entgegengesetzten Richtung mit Bezug auf die rechte Seite zu bewegen. Durch Messen der Differenz dieser Verschiebungen kann die Größe an dynamischem. Ungleichgewicht gefunden werden. Es ist erwähnenswert, dass das reine „statische" Ungleichgewicht eine symmetrische Bewegung der linken und rechten Seite erzeugt, so dass die Differenz gleich Null ist, und diese Situation kann nicht mit einer dynamischen Ungleichgewichtssituation verwechselt werden. Natürlich gilt, dass, je näher die Verschiebungssensoren zu den Seiten der Maschine stehen, desto genauer ist die Erfassung.
Dieselbe Begründung wird angewendet, wenn zwei Verschiebungssensoren verwendet werden, um die Bewegungen der Maschinenseiten entlang der z-Achse zu messen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verschiebungssensor verwendet, um die Bewegung von einer Seite der Maschine entweder entlang der y-Achse oder der z-Achse zu erfassen. In diesem Fall müssen Mittel zum Erfassen des statischen Ungleichgewichts bereitgestellt werden, um die Wirkungen des statischen und dynamischen Ungleichgewichts zu trennen (das heißt, dass ein Geschwindigkeits-Schwankungsverfahren, wie in EP 0 071 308 beschrieben, verwendet werden kann).
Zusammengefasst bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung von Beschleunigungs- und/oder Verschiebungsmessungen zum Erhalten von Informationen bezüglich der Masse von dynamischem Ungleichgewichts-Waschgut.
Obwohl einige Beispiele genannt werden, welche sich auf spezifische Sensoren beziehen, können jegliche der abtastenden Methodologien mit Erfolg verwendet werden, welche im folgenden beschrieben werden.

Ein Positions-, Abstands- oder Verschiebungssensor kann gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Dies ist eine Vorrichtung, welche in der Lage ist eine physikalische Erscheinung, wie zum Beispiel eine Position, einen Abstand, eine Verschiebung, in ein elektrisches Signal umzuwandeln, wie zum Beispiel eine Spannung, ein Strom, eine Frequenz, ein Impuls, usw. Sie kann vom „Kontakt" oder „kontaktlosem" Typ sein. "Kontakt"-Sensor bedeutet, dass es einen physikalischen Kontakt/Verbindung zwischen dem Sensor und dem Ziel gibt. „Kontaktlos" bedeutet, dass es keine physikalische Berührung zwischen dem Sensor (Sonde) und dem Ziel (es ist der Referent) gibt. Eine Liste einiger dieser Vorrichtungen ist in der folgenden Tabelle 1 angegeben, wohingegen Tabelle 2 eine Liste der hauptsächlichen "Kontakt"-Abtasttechnologien zeigt. Tabelle 1

Kontaktlose Verschiebungssensoren
TECHNOLOGIE	ZIELTYP
Zungen-Relais	Magnetziel
induktiv	Metallziel
Kapazität	jegliches Materialziel
photoelektrisch	jegliches Materialziel
Ultraschall	jegliches Materialziel
magnetischer Widerstand	Magnetmetall
Hall-Effekt	Magnetziel

Tabelle 2

Kontakt-Verschiebungssensoren
TECHNOLOGIE	ARBEITSPRINZIP
magneto-striktiver Sensor	Positionsmagnet
linearer Verschiebungssensor (1)	induktives differentielles ReluktanzPrinzip
linearer Verschiebungssensor (2)	Elektrisch magnetisch gekoppelter Resonator, welcher durch Drossel und Kondensator gebildet wird
Ws Positionssensor	(Verlängerung des Kabels)

Einige Technologien werden detaillierter analysiert, und ihre Verwendung im spezifischen Kontext, welcher durch die vorliegende Erfindung abgedeckt ist, wird beschrieben.
Ein induktiver Verschiebungssensor kann zum Erfassen einer dynamischen Ungleichgewichtsladung verwendet werden.
Ein induktiver Verschiebungssensor (Sonde) enthält vier Basiselemente: eine Sensor-Spule und Ferrit-Spule, eine Oszillator-Schaltung, eine Erfassungs-Schaltung, eine Halbleiter-Ausgabeschaltung. Die Oszillator-Schaltung erzeugt ein funkfrequenz-elektromagnetisches Feld, welches von der Ferritkern- und Spulenanordnung ausstrahlt. Das Feld ist auf der Achse des Ferritkerns zentriert, welcher das Feld formt und es an die Sensoroberfläche richtet. Wenn ein Metallziel sich dem Feld annähert und darin eintritt, werden Wirbelströme in die Oberfläche des Ziels induziert. Dies führt zu einem Lade-Effekt oder zu einer „Dämpfung", welches eine Reduktion des Amplituden-Oszillatorsignals bewirkt. Die Erfassungs-Schaltung erfasst die Schwankung in der Oszillator-Amplitude, welche durch eine Halbleiter-Ausgabe in einer analogen Ausgabe angezeigt wird, welche proportional zum Abstand des Sensors und des Ziels ist. Bei der Anwendung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Sensor-Sonde an der Wanne angebracht sein, und als Metallziel kann das Gehäuse selber verwendet werden. Umgekehrt kann das Ziel am Gehäuse angebracht werden, und die Wanne dient als ein Ziel. In dem Fall, bei welchem die Wanne aus einem nichtmetallischen Material gemacht ist, ist ein Metallziel an der Wanne anzubringen.
Ein kapazitiver Verschiebungssensor kann zum Erfassen einer dynamischen Ungleichgewichtsladung verwendet werden.
Eine kapazitive Abtastung basiert auf einer dielektrischen Kapazität. Eine Kapazität ist die Eigenschaft eines Dielektrikums, eine elektrische Ladung zu speichern. Im E allgemeinen enthält der Kondensator zwei konduktive Platten, welche durch einen Isolator getrennt sind (im allgemeinen Dielektrikum genannt, und es kann ebenfalls Luft sein), um eine elektrische Ladung zu speichern.
Der kapazitive Verschiebungssensor ist fast ähnlich dem induktiven Sensor. Er enthält vier Basiselemente: Sensor (leitende Platten), eine Oszillator-Schaltung, eine Erfassungs-Schaltung und eine Halbleiter-Ausgabeschaltung. Die Haupteigenschaft von kapazitiven Sensoren ist, dass sie, zusätzlich zum Metallziel, ebenfalls ein nichtmetallisches Ziel (dielektrisches Material) erfassen können. Sowohl beim kapazitiven als auch induktiven Sensor bezieht sich die Amplitudenschwankung auf den Abstand zwischen dem Sensor und dem Ziel. Gemäß der Erfindung kann die Sensor-Sonde auf der Wanne angebracht werden, und als Ziel kann das Gehäuse selber verwendet werden. Umgekehrt kann das Ziel am Gehäuse angebracht werden, und die Wanne kann als Ziel verwendet werden.
Ein photoelektrischer Verschiebungssensor kann zum Erfassen einer dynamischen Ungleichgewichtsladung verwendet werden.
Optische Sensoren werden verwendet, um eine Verschiebung, eine Position, einen Abstand zu überwachen, und sind in einer weiten Vielfalt an Bereichen und Typen kommerziell erhältlich, um unterschiedliche Anwendungserfordernisse zu treffen.
Ein photoelektrischer Sensor basiert auf dem Prinzip von Lichtemission und -empfang, und wird zusammen mit einem reflektierenden Ziel verwendet. Es gibt drei Basiskonfigurationen zur photoelektrischen Abtastung: Durchstrahl: das Ziel passiert zwischen einer emittierenden Einheit und einer empfangenden Einheit hindurch, wobei der Strahl unterbrochen wird.
Rückwärts gerichtete Spiegelung: das Ziel passiert zwischen Sensor und einem Spiegel. Der Emitter und Empfänger sind im selben Gehäuse.
Annäherungs-Diffusion: Die Einheit testet das Licht direkt vom Ziel ab. Der Emitter und Empfänger sind in derselben Einheit, und zwar auf dieselbe Weise wie bei einer rückwärts gerichteten Spiegelung, jedoch ist der Empfänger empfindlicher auf schwächeres Licht, welches durch die Oberfläche des Ziels verbreitet wird.
Optische Vorrichtungen sind kontaktlose Sensoren, können von einem beträchtlichen Abstand zum Ziel arbeiten und haben eine große Bandbreite. Ein Laser-Sensor und ein optischer Sensor mit optischer Faser sind ebenfalls der Liste hinzuzufügen.
Die Anwendung von photoelektrischen Sensoren bei der vorliegenden Erfindung wurde bereits diskutiert.
Ein Beschleunigungssensor kann zum Erfassen einer dynamischen Ungleichgewichtsladung verwendet werden.
Eine Beschleunigung ist ein wichtiger Parameter für Mehrzweck-Absolutbewegungsmessungen und für Vibrations- und Schockabtastung. Beschleunigungsmesser sind kommerziell erhältlich in einer weiten Vielfalt an Bereichen und Typen, um diverse Anwendungserfordernisse zu treffen. Sie können als aktive oder passive Sensoren aufgebaut sein. Ein aktiver Beschleunigungsmesser (beispielsweise piezoelektrisch) gibt eine Ausgabe, ohne dass eine externe Energieversorgung notwendig ist, wohingegen ein passiver Beschleunigungsmesser seine elektrischen Eigenschaften (beispielsweise Kapazität) ändert, so dass er eine externe Energieversorgung benötigt. Der typische Beschleunigungsmesser enthält eine piezoelektrische Scheibe oder Scheibchen, welche mit seismischen Massen beladen sind und durch einen Druckring in Position gehalten werden. Wenn der Beschleunigungsmesser einer Vibration/Beschleunigung unterworfen wird, übt die seismische Masse auf dem piezoelektrischen Element eine variable Kraft aus. Aufgrund des piezoelektrischen Effektes erzeugt diese Kraft eine entsprechende elektrische Ladung. Die üblichsten Typen von Beschleunigungsmessern sind piezoelektrisch, piezoresistiv, differential-kapazitiv, ein Dehnungsmessstreifen, ein Trägheitstyp und ein Induktionstyp. Die Verwendung von Beschleunigungsmessern zum Erfassen einer dynamischen Ungleichgewichtsladung wurde oben genau beschrieben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Mittel zum Selbsteichen eines Verschiebungssensors bereitgestellt. Wir beziehen uns auf die in 15 und 16 gezeigte Situation, welche sich auf eine Toplader-Waschmaschine bezieht, welche eine Tür 33 an der Seitenwand der Wanne 12 hat. Die Sonde 34 des Sensors ist am Gehäuse 10 eingebaut/fixiert, und ein Stück eines bekannten Materials ist als Ziel 36 an der Wanne angebracht. Ein zusätzliches Ziel 38 ist an einer Narbe fixiert, welche sich mit der Riemenscheibe umdreht. Dadurch wird der Verschiebungssensor die Position der Wanne auslesen, mit Ausnahme des Augenblicks, in welchem das Riemenscheiben-Ziel vor der Sonde 34 passiert. In diesen Momenten wird eine plötzliche Änderung auf einen anderen Spannungspegel erfasst. Diese Technik kann verwendet werden, um die Eich- oder Einstellphase des Sensors auszuschließen, wodurch die Genauigkeit der Ausgabe verbessert wird. Tatsächlich kann in allen Vorrichtungen, welche in den vorherigen Absätzen beschrieben wurden, die Sensorausgabe empfindlich und linear stark von dem Punkt abhängen, bei welchem der Sensor innerhalb des Arbeitsbereichs arbeitet. Mittels zweier Ziele 36 und 38 ist es möglich, den Arbeitsbereich gut zu bestimmen. Tatsächlich wird das Wannenziel 36 verwendet, um den Offset-Wert zu bestimmen, während das Riemenscheiben-Ziel 38 verwendet wird, um den Betriebsbereich zu bestimmen.
Es wird nun angenommen, dass der Reflektionskoeffizient bei beiden Zielen (Ziel 36 der Wanne und Ziel 38 der Riemenscheiben-Narbe) derselbe ist, und dass der Abstand zwischen der Wanne 12 und dem Riemenscheiben-Ziel 38 beinahe konstant ist, ebenfalls bei einer hohen Produktion (die Montage-Toleranzen sind nämlich klein), dann kann die Differenz in der Sensorausgabe, welche gemessen wird, wenn das Riemenscheiben-Ziel 38 vor der Sensor-Sonde 34 passiert, in einer 1-zu-1-Beziehung zum Abstand zwischen dem Wannenziel 36 und dem Riemenscheiben-Ziel 38 gebracht werden. Da dieser Abstand bekannt ist (abgesehen von den Toleranzen), kann jegliche weitere Eichung vermieden werden.
Darüber hinaus kann die beschriebene Technik ebenfalls zum Erfassen der Position eines bestimmten Punktes auf der Trommel verwendet werden. Dies kann beispielsweise hilfreich sein, um die Position der Tür 33 bei der Toplader-Maschine, wie jene, die schematisch in 15 und 16 offenbart ist, zu lokalisieren. Eine Vorrichtung, welche ein an der Wanne fixierter Näherungsschalter ist, welcher durch ein Ziel (ein Permanent-Magnet) angeregt wird, welcher an der Riemenscheibe fixiert ist, welcher der Türposition entspricht, ist bereits bekannt. Der Zuständigkeitsbereich dieses Systems liegt darin, die Trommel so zu betreiben, dass die Tür 33 am Ende der Waschverarbeitung in einer Auf-Position gestoppt wird, um die Herausnahme der Ladung zu vereinfachen. Am Ende der Verarbeitung erfasst die Steuerung den Näherungsschalter und schaltet den Motor aus, woraus folgend die Trommel bei der Tür 33 in ihrer Auf-Position gestoppt wird. Durch Verwenden der selbsteichenden Technik wie gerade beschrieben, und durch Einsetzen des Riemenscheiben-Ziels 38 auf eine solche Weise, dass es vor der Sensor-Sonde 34 passiert, wenn die Trommeltür 33 in ihrer Auf-Position ist, ist es möglich, ebenfalls dieses Merkmal zu erlangen, ohne zusätzliche Sensoren hinzuzufügen.
Der Anmelder hat Tests unter Verwendung eines kommerziellen optischen Sensors VTG 2451 durchgeführt, welcher von EG&G Vagtec hergestellt wird.
Auch wenn die obige Beschreibung hauptsächlich auf Waschmaschinen fokussiert ist, welche eine horizontale Achse der Trommel haben, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Art von Waschanlagen beschränkt, und bezieht sich ebenfalls auf Waschanlagen mit vertikaler Achse. Der Anwender hat herausgefunden, dass Waschanlagen mit vertikaler Achse, welche eine kontinuierliche Zirkulation von Waschlauge verwenden, besonders durch dynamisches Ungleichgewicht beeinträchtigt sind, hauptsächlich aufgrund von einer Ungleichmäßigkeit des Wasserinhalts von unterschiedlichen Abschnitten der Ladung bei unterschiedlichen Höhen innerhalb der Trommel.

Claims

Waschmaschine mit einem Sensor (27) zur Feststellung der Beschleunigung und/oder der Bewegung einer schwingenden Masse, die zumindest eine Wanne (12) und eine Trommel (18) der Waschmaschine umfasst, wobei die X-Achse die zu der Achse der Trommel (18) parallele Achse ist, die Y-Achse eine auf der X-Achse senkrecht stehende, horizontale Achse ist und die Z-Achse eine auf der X-Achse und der Y-Achse senkrecht stehende, vertikale Achse ist und wobei diese Beschleunigung und/oder Bewegung aufgrund von Ungleichgewichtsbedingungen der Ladung auftreten bzw. auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (27) in einer Richtung ausgerichtet ist, die auf die Wirkung einer dynamisch nicht im Gleichgewicht befindlichen Ladung empfindlich ist, d.h., dass der Sensor (27) zur Erkennung der Beschleunigung und/oder der Bewegung längs der X-Richtung angeordnet ist, mit der Maßgabe, dass die Waschmaschine keine anderen Sensoren zum Beurteilen einer Beschleunigung und/oder eine Bewegung einer schwingenden Masse, die entlang der einer y- und z-Richtung gerichtet ist.
Waschmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (27) mit einem Maximalabstand zur Momentanachse der Drehung der schwingenden Masse angeordnet ist.
Waschmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor mindestens einen Beschleunigungsmesser (27) aufweist.
Waschmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (27) einen Sensor aufweist, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Positionssensor, einem Abstandssensor und einem Verschiebungssensor besteht.
Waschmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Verschiebungssensor entweder zur Feststellung der dynamischen Ungleichgewichtsladung oder zur Messung der Position der Trommel verwendet ist.
Waschmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Verschiebungssensor selbsteichend ausgeführt ist.
Waschmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zum automatischen Ausgleich der in der Trommel vorhandenen, statisch unausgeglichenen Wäsche aufweist.
Verfahren zur Erkennung von Ungleichgewichtsbedingungen in einer Trommel (18) einer mit einer horizontalen Achse versehenen Waschmaschine, wobei die X-Achse die der Achse der Trommel (18) parallele Achse ist, die Y-Achse eine auf der X-Achse senkrecht stehende, horizontale Achse ist und die Z-Achse eine auf der X-Achse und der Y-Achse senkrecht stehende, vertikale Achse ist dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt eines Feststellens einer Beschleunigung und/oder Bewegung einer schwingenden Masse, die zumindest die Wanne (12) und die Trommel (18) der Waschmaschine umfasst, längs einer vorgegebenen Richtung umfasst, die auf die Wirkung einer dynamisch nicht im Gleichgewicht befindlichen Ladung empfindlich ist, d. h. zum Detektieren der Beschleunigung und/oder Bewegung längs der X-Richtung, mit der Maßgabe, dass die Waschmaschine keine anderen Sensoren zum Beurteilen einer Beschleunigung und/oder eine Bewegung einer schwingenden Masse, die entlang der einer y- und z-Richtung gerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte aufweist: – Beschleunigen der Trommel (18) in einer ersten vorgegebenen Rate von einer vorgegebenen Geschwindigkeit, bei der die Wäsche in einer im Wesentlichen festen Position in Bezug zur Trommel durch die Zentrifugalkraft gehalten wird, bis auf eine vorgegebene Geschwindigkeit, die unter der kritischen Geschwindigkeit der schwingenden Masse liegt, – Beschleunigen der Trommel (18) in einer zweiten vorgegebenen Rate, wobei die kritische Geschwindigkeit bis zu einer vorgegebenen Schleudergeschwindigkeit durchlaufen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel vor dem zweiten Beschleunigungsschritt mit einer konstanten, vorgegebenen Geschwindigkeit gedreht wird, wobei die Feststellung des dynamischen Ungleichgewichts während dieses Schritts durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleudergeschwindigkeit gemäß dem festgestellten Wert des dynamischen Ungleichgewichts der Ladung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellung der dynamischen Ungleichgewichtsladung in Bezug auf einen vorbestimmten Schwellwert durchgeführt wird, der auf das erkannte statische Ungleichgewicht bezogen ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert auch auf das Ladungsmaß bezogen ist.