DE60014191T2

DE60014191T2 - Sich drehende Maschinen mit einem Ungleichgewicht des Betriebes

Info

Publication number: DE60014191T2
Application number: DE60014191T
Authority: DE
Inventors: Sigvard Hoornaert
Original assignee: Primus N V; PRIMUS NV
Current assignee: Primus N V; PRIMUS NV
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2020-11-25
Also published as: EP1336004A1; ES2228627T3; ATE277217T1; WO2002042541A1; DE60014191D1; AU2001213968A1; EP1336004B1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen sich drehende Gegenstände, wie beispielsweise Trommeln, insbesondere derartige Gegenstände, welche ein Ungleichgewicht des Betriebes aufweisen, wie insbesondere Waschmaschinen. Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einen sich drehenden Gegenstand und ein Verfahren zum Ausgleichen des Gegenstandes, welcher sich um eine Achse dreht und welcher mit Ausgleichskammern ausgestattet ist, die wahlweise mit einer Ausgleichsflüssigkeit gefüllt werden können, die durch eine geeignete Anzahl an Flüssigkeitszuführvorrichtungen geliefert wird, beispielsweise durch einen Flüssigkeitsstrom, der durch Magnetventile gesteuert wird. Die Flüssigkeitszuführvorrichtungen werden betrieben, wenn das Ungleichgewicht des Betriebes des sich drehenden Gegenstandes einen vorbestimmten maximalen Grenzwert überschreitet und das Ausgleichen wird fortgeführt, bis die Bewegung wiederum unter diesem vorab festgesetzten Grenzwert ist. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Maschine, welche eine Trommel zum Extrahieren von Flüssigkeit aus flüssigkeitsabsorbierenden Gütern umfasst, wie eine Waschmaschine oder ein Trockner, deren Trommel sich um eine horizontale oder vertikale Achse dreht, und genauer gesagt das Verhindern und die Reduzierung von Schwingungen aufgrund von ungleichgewichtigen Kräften, die durch eine ungleichmäßige Verteilung der absorbierenden Güter über die innere Umfangsfläche der Trommel während einer Zwischen- oder einer Endschleuderstufe verursacht werden.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Die Druckschrift US 4 991 247 beschreibt ein Verfahren zum Ausgleichen einer Waschmaschine, deren Trommel sich um eine horizontale Achse dreht. Kavitäten sind gleichmäßig entlang des Umfangs der Trommel 5 verteilt und diese weisen Öffnungen auf, über welche Flüssigkeit wahlweise in eine Kavität eingeführt werden kann. Ein Sensor ist zum Erfassen von Schwingungen vorgesehen, welche durch ungleichgewichtige Kräfte aufgrund von ungleichmäßig verteilter Wäsche in der Trommel verursacht werden. Das Ausgangssignal des Sensor stellt eine Messung des augenblicklichen Ungleichgewichts des Betriebes der Trommel dar. Die Trommel wird auf eine erste Drehgeschwindigkeit gebracht und das Sensorsignal wird ausgelesen. Eine vorbestimmte Menge an Flüssigkeit wird in eine zufällig ausgewählte Kavität entlang des Umfangs der Trommel eingeführt. Das Sensorsignal wird erneut ausgelesen und der Wert wird mit dem vorher erfassten Wert verglichen. Falls dieser Wert niedriger ist als der vorhergehende, wird eine vorbestimmte Menge an Wasser in die ausgewählte Kavität eingeführt, wohingegen für den Fall, dass der Wert gleich oder größer ist als der vorhergehende, die vorbestimmte Menge in die unmittelbar nachfolgende Kavität entlang des Umfangs eingeführt bzw. gefüllt wird. Diese Abfolge wird wiederholt, bis das Sensorsignal niedriger ist als ein vorbestimmter, zugelassener Wert, an welchem der Behälter in einen Zustand gebracht wird, in welchem er sich mit einer zweiten Drehgeschwindigkeit dreht, welche größer ist als die erste. Die oben beschriebene Abfolge wird für verschiedene Drehgeschwindigkeiten wiederholt, bis die gewünschte Drehgeschwindigkeit erreicht worden ist und das Sensorsignal niedriger ist als der vorbestimmte Wert.
Die Druckschrift US 5 280 660 beschreibt ein Verfahren zum Ausgleichen einer Waschmaschine, deren Trommel sich um eine horizontale Achse dreht und mit Kavitäten ausgestattet ist, welche entlang des Umfangs davon verteilt sind und Öffnungen aufweisen, über welche Flüssigkeit wahlweise in eine Kavität eingeführt werden kann. Die Größe des Ungleichgewichts wird mittels eines Beschleunigungsmessers erfasst, welcher auf dem Gehäuse zwischen der Trommel und dem Gehäuse montiert ist. Die Stelle des Ungleichgewichts wird durch Messen der Zeitdauer erfasst, welche zwischen dem Durchgang eines auf der drehbaren Trommel montierten Ziels und der Bewegung verstrichen ist, wenn der Beschleunigungsmesser ein Signal oberhalb einer bestimmten Schwelle generiert. Der Durchgang des Ziels wird mittels eines induktiven Sensors erfasst. Durch Vergleichen dieser verstrichenen Zeit, bei Kenntnis der Geschwindigkeit der Trommel, unter Berücksichtigung von in einem Speicherelement abgespeicherten Werten, wird der zu aktivierende Einspritzer bestimmt. Der Einspritzer bleibt so lange aktiviert, bis die Größe des Ungleichgewichts den Schwellwert überschreitet. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein einstufiger Kavitätseinspritzvorgang implementiert. Falls die Zeit t anzeigt, dass das Ungleichgewicht direkt gegenüber einer Kavität lokalisiert ist, wird Wasser in diese Kavität eingespritzt, bis die Größe des Ungleichgewichts unter ein annehmbares Niveau fällt. Falls die Zeit t anzeigt, dass das Ungleichgewicht nicht direkt gegenüber einer Kavität lokalisiert ist, folgt eine gleichzeitige Einspritzung in zwei vorbestimmte Kavitäten mit der selben Menge, um die Stelle des Ungleichgewichts wirksam direkt gegenüber von einer weiteren Kavität zu bewegen, wobei zu dieser Zeit in die neue Kavität eingespritzt wird, um das Ungleichgewicht auszugleichen.
Die Druckschrift EP 0 856 604 beschreibt ein Verfahren zum Ausgleichen der Trommel einer Waschmaschine, welche mit drei oder mehreren hohlen Wasserkammern ausgestattet ist, die entlang des inneren Umfangs der Trommel verteilt sind. Das Ungleichgewicht wird kompensiert, während die Trommel von einer niedrigen Anfangsgeschwindigkeit auf eine hohe maximale Endschleudergeschwindigkeit beschleunigt. Wasser wird in eine ausgewählte Wasserkammer eingespritzt, welche diametrisch gegenüber der Stelle des Ungleichgewichts angeordnet ist. Das Hinzufügen von kompensierendem Wasser erfolgt kontinuierlich mittels eines vorbestimmten Stromes während einer kontinuierlichen und allmählich steigenden Beschleunigung, während Schwingungen kontinuierlich gemessen werden, und lediglich der Betrag der Beschleunigung ist abhängig von dem Ergebnis der Schwingungsmessung. Mit diesem bekannten Verfahren wird eine ruhige Drehung ohne einem Überschreiten eines zulässigen Schwingungswertes der Waschmaschine durch die Trommelbeschleunigung mit einem allmählich steigenden Betrag bis zum Erreichen einer maximalen Geschwindigkeit erreicht. Es wird behauptet, dass das Ungleichgewicht der Kleidung in einer kürzeren Gesamtprozesszeit kompensiert wird.
Mit den oben beschriebenen Verfahren wird oftmals eine Synchronisation zwischen der Maximalamplitude des Ungleichgewichtssignals und der Drehung der Trommel gefordert. Dies kann durch ein Ziel auf der Trommel erreicht werden, beispielsweise durch einen Codierer, in Verbindung mit einer sehr genauen Messung der Maximalverschiebung, welche durch das Ungleichgewicht oder die maximale ungleichgewichtige Kraft verursacht wird. Die Messung des maximalen Ungleichgewichts erfordert eine genaue Erfassungsvorrichtung mit einer geeigneten Filterung ihrer Ausgangssignale, um Rauschschwankungen daran zu hindern, das eigentliche Maximum zu verstellen. Vor vielen Jahren schlug Leo Kahn eine Lösung dieses Problems in der Druckschrift US 3 330 168 vor, in welcher Kammern um den Umfang der Trommel vorgesehen werden und Wasser in eine Kammer gegenüber dem Ungleichgewicht eingespritzt wird. Es ist die ungleichgewichtige Bewegung der Trommel, welche einen Mikroschalter aktiviert, der wiederum eine Wasserzufuhr zu einer der Kammern aktiviert. Jedoch gehen diese bekannten Verfahren von der Prämisse aus, dass das Ungleichgewicht durch die Verteilung der Kleider in der Trommel festgelegt wird und dass dies nicht beeinflusst werden kann. Zudem beinhaltet eine Messung des Ungleichgewichts des Betriebes einer Trommel an ihrem Umfang den vollständigen Trägermechanismus der Trommel, welcher bis zu einem gewissen Maß ein elastisches und gedämpftes System darstellt. Diese Einbindung einer großen Anzahl an Komponenten der Maschine kann in einer komplizierten Bewegung der Trommel resultieren. Insbesondere ändert sich die Phase in dem Takt des maximalen Ungleichgewichts in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit. Die Bewegung ist zudem nicht auf zwei Dimensionen beschränkt. Die Trommel kann auf verschiedene Arten auf einer dreidimensionalen Trajektorie kreisen. Dies bedeutet, dass verschiedene Bewegungen in Abhängigkeit davon aufgenommen werden, wo die Sensoren angeordnet werden.
Die Druckschrift US 2 791 917 beschreibt eine Waschmaschine mit zwei Trommeln mit einem Ausgleichssystem. Jede der Vielzahl an Ausgleichskammern weist einen Einlass für eine Ausgleichsflüssigkeit und ebenfalls einen Auslass für ein Ausgeben der Flüssigkeit von der Kammer während des Betriebes auf. Zudem sind gemäß einem Ausführungsbeispiel zwei Mikroschalter vorgesehen, einer auf jeder Trommel, und das Steuersystem steuert die Einspritzung der Ausgleichsflüssigkeit in die erste Trommel auf Grundlage der Ausgabe des ersten Mikroschalters und in die zweite Trommel auf Grundlage des zweiten Mikroschalters. Jedoch sind die Bewegungen jeder Trommel aufgrund der mechanischen Kopplung zwischen den beiden Trommeln nicht unabhängig voneinander. Es wird zugestanden, dass es kein bekanntes System gibt, welches garantiert, dass die Flüssigkeit in die richtige Kammer eingespritzt wird. Eine nicht richtige Einspritzung resultiert in einer Zunahme des Ungleichgewichts anstatt einer Reduzierung davon. Die Möglichkeit, die Flüssigkeit von jeder Kammer auszugeben, ermöglicht Korrekturen durchzuführen, jedoch reduziert dies die Geschwindigkeit, mit welcher ein Ausgleich erreicht werden kann.
Ein weiteres Problem besteht in der Kontamination von Wasser, welches von den Waschmaschinen und anderen Bearbeitungsmaschinen durch eine übermäßige Menge an Chemikalien, wie beispielsweise Seife, Reinigungsmittel, Wäschestärke, Bleichmittel, Konditionierer, etc., ausgegeben wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung mit einem sich drehenden Bauteil und ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung zum Ausgleichen der Drehung des Bauteils zu schaffen, welche wirksamer und/oder ökonomischer, als bekannte Vorrichtungen und Verfahren sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Extrahieren einer Flüssigkeit aus einem Festkörper unter Verwendung einer sich drehenden hohlen Trommel und ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung zu schaffen, welches den Betrag der Kontaminierung von abgeschiedenen Chemikalien im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen und Verfahren verringert.
Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Extrahieren einer Flüssigkeit aus einem Festkörper unter Verwendung einer sich drehenden hohlen Trommel mit Ausgleichskavitäten zum Füllen mit einer Ausgleichsflüssigkeit und ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung zu schaffen, welches einen Ausgleich in einem schnelleren Zeitraum erreicht.
Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Extrahieren einer Flüssigkeit aus einem Festkörper unter Verwendung einer sich drehenden hohlen Trommel mit Ausgleichskavitäten zum Füllen mit einer Ausgleichsflüssigkeit und ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung zu schaffen, welche einen einfacheren Aufbau aufweist.
Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches Verfahren zum Bestimmen der Stelle und der Amplitude eines Ungleichgewichts in einem Behälter zu schaffen, welcher sich um eine horizontale oder vertikale Achse dreht. Dieser Behälter kann auf einem elastischen oder starren Rahmen montiert sein.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Betreiben einer Maschine mit einem sich drehenden Behälter sowie wenigstens einer Ausgleichskammer, welche mit einer Flüssigkeit zur Korrektur eines Ungleichgewichts eines Drehbetriebes des Behälters befüllbar ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Erfassen eines Grades des Ungleichgewichtes des Betriebes des Behälters an einer Stelle in einem Unter- bzw. Teilsystem der Maschine, in welcher das Verhältnis einer maximalen Drehfrequenz der Trommel zu der Resonanzfrequenz des Untersystems weniger als 90%, vorzugsweise weniger als 85% und am meisten bevorzugt weniger als 80% beträgt, und Einspritzen der Flüssigkeit in die wenigstens eine Ausgleichskammer für eine Korrektur des Ungleichgewichtes des Betriebes des sich drehenden Behälters auf Grundlage des Erfassungsschrittes. Die Ausgleichsflüssigkeit kann in einem geschlossenen System derart enthalten sein, dass Wasser zwischen den Ausgleichskammern verteilt wird, beispielsweise mittels einer Pumpe, oder die Ausgleichsflüssigkeit kann in die Kammern von einer äußeren Flüssigkeitsquelle, beispielsweise einer Wasserleitung, eingespritzt werden. Vorzugsweise ist der Behälter auf einem Schaft für eine Drehung desselben montiert und das Untersystem ist vorzugsweise auf, in oder unter dem Lager oder den Lagern angeordnet, in welchen der Schaft achsgelagert ist, oder in oder auf diesem Schaft angeordnet. Das Verfahren kann ebenfalls bei einer Maschine verwendet werden, welche erste und zweite Sätze an Ausgleichskammern aufweist, wobei die beiden Sätze an Kammern jeweils Schwerpunkte in zwei Ebenen senkrecht zu einer zylindrischen Achse des Behälters aufweisen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erfassen des Ungleichgewichts des Drehbetriebes des Behälters in den beiden Ebenen senkrecht zu einer zylindrischen Achse des Behälters und Steuern der Einfuhr der Flüssigkeit in eine erste Ausgleichskammer und in die zweite Kammer auf Grundlage der Ergebnisse des Erfassungsschrittes.
Die vorliegende Erfindung schafft ebenfalls eine Maschine mit einem sich drehenden Behälter sowie wenigstens einer Ausgleichskammer, welche mit einer Flüssigkeit für eine Korrektur eines Ungleichgewichts des Drehbetriebes des Behälters befüllbar ist, gekennzeichnet durch: einen Sensor zum Erfassen eines Grades des Ungleichgewichts des Betriebes des Behälters, wobei der Sensor an einer Stelle in einem Untersystem in der Maschine angeordnet ist, an welcher das Verhältnis einer maximalen Drehfrequenz der Trommel zu der Resonanzfrequenz des Untersystems weniger als 90%, vorzugsweise weniger als 85% und am meisten bevorzugt weniger als 80% beträgt. Die Ausgleichsflüssigkeit kann in einem geschlossenen System derart enthalten sein, dass das Wasser zwischen den Ausgleichskammern verteilt wird oder die Ausgleichsflüssigkeit kann von einer äußeren Flüssigkeitsquelle, beispielsweise einer Wasserleitung, eingespritzt werden. Die Maschine weist vorzugsweise einen Einspritzer zum Einspritzen der Flüssigkeit in die wenigstens eine Ausgleichskammer für eine Korrektur des Ungleichgewichts des Betriebes des sich drehenden Behälters auf Grundlage des Erfassungsschrittes auf. Vorzugsweise weist die Maschine eine Steuereinheit zum Steuern der Einspritzung der Flüssigkeit in die wenigstens eine Ausgleichskammer für eine Korrektur des Ungleichgewichts des Betriebes des sich drehenden Behälters auf Grundlage der Ausgabe des Sensors auf. Vorzugsweise ist der Behälter auf einem Schaft für eine Drehung desselben montiert und das Untersystem ist vorzugsweise auf, in oder unter dem Lager oder den Lagern, in welchen der Schaft achsgelagert ist, oder in oder auf diesem Schaft angeordnet. Die Maschine kann als Waschmaschine ausgebildet sein.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Maschine mit: einem sich drehenden Behälter zum Drehen einer Vielzahl von flüssigkeitsabsorbierenden Gegenständen in dem Behälter, einen Sensor zum Erfassen eines Ungleichgewichts eines Drehbetriebes des Behälters, wobei die Maschine eine Steuereinheit für eine Rück- bzw. Umverteilung der Vielzahl an flüssigkeitsabsorbierenden Gegenständen als Antwort auf eine Ausgabe des Sensors aufweist. Die Maschine kann wenigstens eine Ausgleichskammer aufweisen, welche mit einer Ausgleichsflüssigkeit für eine Korrektur eines Ungleichgewichts eines Drehbetriebes des Behälter befüllbar ist, wobei dies optional ist. Die Ausgleichsflüssigkeit kann in einem geschlossenen System derart enthalten sein, dass Wasser zwischen den Ausgleichskammer, beispielsweise durch eine Pumpe oder durch Zentrifugalkräfte, verteilt wird, oder die Ausgleichsflüssigkeit kann von einer äußeren Flüssigkeitsquelle, beispielsweise einer Wasserleitung, eingespritzt werden. Die Maschine kann eine Waschmaschine darstellen.
Die vorliegende Erfindung liefert ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Maschine mit: einem sich drehenden Behälter zum Drehen einer Vielzahl an flüssigkeitsabsorbierenden Gegenständen in dem Behälter, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Erfassen eines Ungleichgewichts des Betriebes des Behälters und Umverteilen der Vielzahl an flüssigkeitabsorbierenden Gegenständen in dem Behälter während der Drehung als Antwort auf den Erfassungsschritt. Die Maschine kann wenigstens eine Ausgleichskammer aufweisen, welche mit einer Ausgleichsflüssigkeit für eine Korrektur des Ungleichgewichts des Drehbetriebes des Behälters befüllbar ist. Die Ausgleichsflüssigkeit kann in einem geschlossenen System derart enthalten sein, dass Wasser zwischen den Ausgleichskammern verteilt wird oder die Ausgleichsflüssigkeit kann von einer äußeren Flüssigkeitsquelle, beispielsweise einer Wasserleitung, eingespritzt werden. Die Maschine kann als Waschmaschine ausgebildet werden.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Waschmaschine mit einer sich drehenden Trommel für eine Aufnahme einer zu waschenden Last, eine Lastmessvorrichtung zum Messen der zu waschenden Last, welche durch die Trommel aufgenommen wird, und eine Steuereinheit zum Ausgeben einer Menge an prozessierenden Chemikalien in Übereinstimmung mit der gemessenen Last.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Waschmaschine mit einer sich drehenden Trommel für eine Aufnahme einer zu waschenden Last, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Messen der zu waschenden Last, welche durch die Trommel aufgenommen wird, und automatisches Ausgeben einer Menge an prozessierenden Chemikalien in Übereinstimmung mit der gemessenen Last.
Die vorliegende Erfindung kann ferner eine Vorrichtung mit einem sich drehenden Gegenstand und ein Verfahren zum Ausgleichen des sich drehenden Gegenstandes schaffen. Der Gegenstand kann eine hohle Trommel darstellen, welche sich um eine horizontale oder vertikale Achse dreht und welche mit Ausgleichskammern ausgestattet ist, die beispielsweise in Waschmaschinen verwendet werden können. Die Trommel kann sich insbesondere um eine horizontale Achse drehen, wie es typisch für Frontlade- oder Seitladewaschmaschinen ist. Vorzugsweise weist die Trommel wenigstens drei Ausgleichskammern eher in Richtung der Vorderseite (die Seite, an welcher Stücke in die Trommel eingeführt werden können) und/oder eher in Richtung der Rückseite der Trommel auf. Vorzugsweise sind sechs oder mehr Kammern vorgesehen. Die Kammern können gleichmäßig entlang des inneren oder äußeren Umfangs der Trommel verteilt werden.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Ausgleichsverfahren für einen starr oder elastisch montierten Behälter, der sich um eine horizontale oder vertikale Achse dreht und welcher mit Ausgleichskammern ausgestattet ist, die wahlweise mit einer Ausgleichsflüssigkeit befüllt worden sein können, beispielsweise wie mittels einer geeigneten Anzahl an Magnetventilen zugeführt. Diese Magnetventile können betrieben werden, wenn die Reaktionskräfte bzw. Gegenkräfte auf die Lager (welche den Schaft der Trommel tragen) eine bestimmte vorab festgesetzte Grenze überschreiten, verursacht durch ein Ungleichgewicht in der Trommel, bis diese Kräfte wieder unter einer anderen vorab festgesetzten Grenze liegen. Die Winkelgeschwindigkeit des Behälters wird erhöht, bis die Gegenkräfte auf die Lager eine bestimmte vorab festgesetzte Grenze überschreiten, wobei zu diesem Zeitpunkt ein Ausgleichsbetrieb durchgeführt wird. Diese Abfolge wird wiederholt, bis die gewünschte Schleuderendgeschwindigkeit erreicht wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Mittel zum Erfassen des Ungleichgewichts als Bewegungs- oder Krafterfassungseinrichtung ausgebildet sein und es besteht kein Erfordernis für eine zusätzliche Synchronisation des Ungleichgewichtssignals mit der Drehgeschwindigkeit der Trommel, obwohl die Ausgleichsflüssigkeit in die richtigen Ausgleichskammern eingespritzt worden ist. Als Konsequenz daraus ist dieses System billiger herzustellen als bekannte Systeme, sogar bei Waschmaschinen mit einer geringen Kapazität. Bei einer Verwendung von zwei Ungleichgewichtssensoren kann ein Ausgleich in zwei Ebenen durchgeführt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher beschrieben.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 illustriert ein schematisches Diagramm einer Waschmaschine.
2 illustriert ein schematisches Diagramm eines Kräftediagramms, welches bei einer sich drehenden Trommel einer Waschmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auftritt.
3 illustriert einen Graphen einer Frequenzantwort einer Schaft- und Trommel-Unteranordnung einer Waschmaschine.
4 illustriert eine schematische Darstellung einer Waschmaschine in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Ausgleich in zwei Ebenen und sechs Ausgleichskammern, welche zwischen der Vorderseite und der Rückseite der Maschine verteilt sind. (offenes System) (3 Rippen 20°).
5 illustriert eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A der Waschmaschine gemäß 4.
6 illustriert eine Detailansicht der Anordnung eines Kraftsensors auf dem äußeren Ring eines Lagers in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 illustriert einen Graphen, welcher das Ungleichgewichtssignal (A) eines Sensors auf den vorderen Lagern und das Ungleichgewichtssignals (B) eines Sensors auf den hinteren Lagern in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 illustriert eine schematische Darstellung einer Waschmaschine in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Ausgleich in einer Ebene. (offenes System) (3 Rippen 20°).
BESCHREIBUNG DER DARGESTELLTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf bestimmte Zeichnungen und bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern lediglich durch die Ansprüche. Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf Frontlade-Waschmaschinen beschrieben, in welchen der Schaft der Trommel horizontal angeordnet und freitragend von einem Lager vorgesehen ist, jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung vorteilhaft auf Toplade- Waschmaschinen angewendet werden, in welchen der Schaft der Trommel vertikal angeordnet ist, wie beispielsweise und lediglich zum Zwecke der Erläuterung in den Druckschriften US 5 269 159 und US 5 829 084 oder in der internationalen Patentanmeldung WO 97/00 349 dargestellt ist. Die vorliegende Erfindung wird hauptsächlich unter Bezugnahme auf eine Einspritzung einer Ausgleichsflüssigkeit von einer äußeren Quelle, wie beispielsweise einer Wasserleitung, beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, sondern umfasst Maschinen, in welchen die Ausgleichsflüssigkeit unter Kammern in einem geschlossenen System verteilt wird. Zusätzlich ist es für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, dass die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung eine vorteilhafte Verwendung außerhalb des Gebietes von Waschmaschinen finden kann, wie exemplarisch durch die in den Druckschriften US 4 688 355 und US 5 561 993 angegebenen Anwendungen beschrieben wird.
Im Nachfolgenden beziehen sich Wörter, wie beispielsweise vorne, hinten, oben, unten, oberes, unteres, etc., auf eine Frontlade-Waschmaschine in ihrer gängigen Betriebsstellung, das heißt dieder Vorderseite in eine Trommel geladen, welche in einer freitragenden Art an der Rücks Wäsche wird durch eine Tür an eite der Maschine drehbar montiert ist.
Die vorliegende Erfindung kann auf eine Waschmaschine 1 angewendet werden, wie sie schematisch in 1A dargestellt ist. Die Maschine 1 weist ein Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse kann starr auf einem Rahmen 4 montiert sein oder es kann auf Aufhängungseinheiten, beispielsweise Gummiblöcken 3, in dem Rahmen 4 montiert sein. Eine drehbare Trommel 5 ist drehbar in dem Gehäuse montiert, wobei die Trommel von einem Lager 32 frei getragen wird. Das Gehäuse weist eine vordere Tür 38 zum Laden von Wäsche in die Trommel 5 auf. Ein Motor 19 ist zum Antreiben der Trommel vorgesehen, beispielsweise durch einen Riemen bzw. durch ein Riemenscheiben- bzw. Rollensystem. Eine Wasserzufuhr 30, ein Ablassventil 34 für Abwasser und eine Pumpe 36 zum Herauspumpen des Abwassers sind ebenfalls vorgesehen. Es ist hinlänglich bekannt, dass der Dämpfungsträger für eine Maschine im idealen Fall ein niedriges Elastizitätsmodul aufweisen sollte, das heißt sehr „weich" sein sollte, mit einer proportionalen Dämpfung zum Verringern von Schwingungen. Im idealen Fall sollte das System derart ausgebildet sein, dass das 1.414-fache der natürlichen Resonanzfrequenz des Systems weit unterhalb der Betriebsfrequenz des Systems liegt. Diese Annahme ist ausgiebig für Automobilaufhängungen verwendet worden und erfordert eine teure, schwierige und ausgeklügelte Dämpfungsanordnung. Ein derartiges Aufhängungssystem ist nicht sehr geeignet für eine Waschmaschine, welche bei niedrigen Frequenzen während Waschzyklen und bei höheren Frequenzen während Wasserextrahierungszyklen (Schleudern) betrieben werden muss. Die vorliegende Erfindung macht keine spezifischen Beschränkungen bezüglich des Aufhängungssystems, das heißt ob die Trommel und das Gehäuse fest oder elastisch montiert sind, wie beispielsweise auf Gummiblöcken. Derartige Gummiblöcke können zum Absorbieren von bedeutsamen Bewegungen oder Energien vorgesehen werden oder können lediglich zur Rauschunterdrückung vorgesehen werden. Um die Ungleichgewichtskräfte zu reduzieren, ist wenigstens eine Ausgleichskammer vorgesehen, welche mit Wasser zum Liefern des Ausgleichs gefüllt werden kann. Das für den Ausgleich verwendete Wasser kann in dem nächsten Zyklus wieder verwendet werden. Die Kammer kann von der Trommel mittels einer Dichtung isoliert werden. Eine Dichtung kann ebenfalls schmutziges Wasser aus der Trommel daran hindern, in die Ausgleichskammer einzutreten. Das Ungleichgewicht des Betriebes der Trommel wird vorzugsweise durch eine Kompensation in einer oder zwei Ebenen korrigiert. Es werden wenigstens zwei Ausgleichskammern verwendet, wobei in einigen Ausführungsbeispielen eine Kammer näher zu der Vorderseite der Maschine 1 als die andere Kammer angeordnet ist.
Ein erstes Ausführungsbeispiel wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 2 bis 7 beschrieben. Wie am besten in 4 dargestellt ist, weist eine Waschmaschine 1 ein Gehäuse 2 auf, welches fest an einem Rahmen 4 angebracht ist oder fest an Aufhängungseinheiten befestigt ist, wie beispielsweise an Gummiblöcken 3 oder Federn, welche selber mit dem Rahmen 4 verbunden sind. Eine Trommel 5 zum Aufnehmen der Wäsche dreht sich um einen horizontalen Schaft 3a. Die Trommel 5 weist optional eine Vielzahl an umfänglichen und vorzugsweise nebeneinander verteilten und vorzugsweise gleichmäßig voneinander beabstandeten Ausgleichskammern 6a, 6b, 6c auf, welche in Richtung der vorderen vertikalen Fläche der Trommel 5 montiert sind, und optional eine Vielzahl an umfänglichen und vorzugsweise nebeneinander verteilten und vorzugsweise gleichmäßig voneinander beabstandeten Kammern 6d, 6e, 6f auf, welche in Richtung der Rückseite der Trommel 5 montiert sind. Beispielsweise sind sechs Ausgleichskammern 6 insbesondere bevorzugt. Ein Gehäuse 2a, welches Lager 14 für den Schaft 3a aufnimmt, ist an der Rückseite des Gehäuses 2 fest angebracht. Eine Ausgleichsflüssigkeit kann unter den Kammern 6 verteilt werden, um die Trommel 5 auszugleichen. In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel liefern Einspritzrohre 8a, 8b jeweils eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser von einer Wasserquelle, beispielsweise einer Wasserleitung, zu den vorderen Ausgleichskammern 6a, 6b, 6c durch Verbindungsrohre 10a, 10b, 10c, etc., und zu den hinteren Ausgleichskammern 6d, 6e, 6f jedoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Die Ausgleichsflüssigkeit kann in einem geschlossenen System enthalten sein und wird unter den Kammern 6 zum Ausgleichen der Trommel umverteilt, wie beispielsweise aus der Druckschrift EP 0 795 639 bekannt ist, oder von einer Kammer zu einer anderen gepumpt.
In Ausführungsbeispielen, in welchen Wasser eingespritzt wird, wird die Wasserzufuhr durch steuerbare Wasserventile 13a, b geregelt, welche durch einen Kontroller 17 gesteuert werden. Der Kontroller 17 empfängt als eine Eingabe die Ausgabe von wenigstens einem Ungleichgewichtssensor 18 und eher bevorzugt von zwei Sensoren 18-1 und 18-2. Der Ungleichgewichtssensor 18 kann als Bewegungssensor, wie beispielsweise als Mikroschalter, als Beschleunigungsmesser oder als Abstandssensor; oder als Kraftsensor, wie beispielsweise als Dehnungsmessgerät, einem piezoelektrischen Kraftsensor oder dergleichen, ausgebildet sein. Falls Mikroschalter verwendet werden, können diese durch die Bewegungen der Trommel oder durch durch die Trommel verursachte Bewegungen aktiviert werden, das heißt durch Bewegungen des Gehäuses 2. Es ist für einen Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, dass Ungleichgewichtsbewegungen oder Kräfte, die durch eine Drehung der Trommel 5 generiert werden, auf verschiedene Arten erfasst werden können, wie beispielsweise mit einem magnetischen Schalter, einem induktiven Sensor oder einem Dehnungsmessgerät oder einem piezoelektrischen Element oder irgendeinem anderen geeigneten Abstands- oder Kraftsensor. Insbesondere ist eine Messung einer physikalischen Bewegung oder Verschiebung für einen Ausgleich in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung nicht notwendig. Es kann eine geringfügige Bewegung auftreten, jedoch können bedeutende Kräfte generiert werden, welche durch einen Kraftsensor oder Kraftsensoren oder durch Dehnungssensoren oder durch an geeigneten Positionen angeordnete Dehnungssensoren generiert werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird wenigstens ein Ungleichgewichtssensor 18 an dem Schaft 3A oder an einem oder mehreren der Lager 14 oder an einem Teil der Waschmaschine befestigt, beispielsweise an einem Teil des Untersystems Trommel 5/Schaft 3A, welches eine natürliche Resonanzfrequenz besitzt, die größer ist als die maximale Drehfrequenz der Trommel 5. 3 zeigt eine Kurve, bei welcher die Frequenz (X-Achse, in Hz) gegen die Kraft (Y-Achse, logarithmische Skala) für das Untersystem Schaft/Trommel einer beispielhaften Waschmaschine, die an den Lagern 14 gemessen wurden, dargestellt ist. Aufgrund der festen mechanischen Anbringung des Schaftes 3A in den Lagern 14 tritt die erste Resonanzfrequenz dieses Untersystems bei ungefähr 40 Hz auf, welches 2.400 U/min entspricht. Typischerweise wird eine Trommel einer Waschmaschine auf ungefähr 1.500 U/min (25 Hz) maximal während dem Schleudern beschleunigt, was 62,5% der Resonanzfrequenz dieses Untersystems entspricht. Phasenänderungen haben einen merklichen Einfluss auf das Ausgleichen, wenn das für die Sensorstelle verwendete Untersystem ein Verhältnis der maximalen Drehfrequenz der Trommel zu der Resonanzfrequenz des Untersystems größer als 90% aufweist. Somit sind in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Ungleichgewichtssensor oder -sensoren auf einem Untersystem der Maschine 1 angeordnet, welches ein Verhältnis der maximalen Drehfrequenz der Trommel zu der Resonanzfrequenz des Untersystems von weniger als 90%, vorzugsweise weniger als 85% und am meisten bevorzugt weniger als 80% aufweist. Dieses Untersystem ist vorzugsweise auf, in oder unter dem Lager oder den Lagern 14 oder in oder auf dem Schaft 3A vorgesehen. Zusätzlich ist es wünschenswert, ein sich drehendes Untersystem der Maschine 1 zu wählen, welches einen niedrigen Dämpfungsfaktor „b" besitzt. Der Dämpfungsfaktor b ist für ein ideal proportional gedämpftes System durch folgende Gleichung gegeben: b2 = D2/4km ,wobei k die Federkonstante, m die zu oszillierende Masse und D ein Maß für die Dämpfung derart darstellen, dass D × Geschwindigkeit der Masse die Kraft wiedergibt, die der Bewegung der Masse entgegenwirkt. Für einen Wert b = 0 (keine Dämpfung) werden keine Phasenänderungen geliefert, wobei die Drehfrequenz unterhalb der Resonanzfrequenz bleibt (das heißt das Verhältnis der Winkelfrequenz zu der Resonanzwinkelfrequenz, ω/Ω, beträgt weniger als 1). Jedoch wird b in allen praktischen Fällen endlich sein. Um so größer der Wert von b ist, desto größer ist der Wert der Phasenänderung an irgendeinem bestimmten Wert von ω/Ω. Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, falls der Wert von b für das für eine Sensierung verwendete Untersystem kleiner ist als 0,1, mehr bevorzugt kleiner als 0,05. Der Wert von b kann durch Eliminieren des Spiels in irgendeinem Teil des Drehsystems beeinflusst werden, beispielsweise durch starres Montieren der Trommel 5 auf dem Schaft 3A, durch Presspassen des Schaftes 3A in die Lager 14, durch die Verwendung von Hochqualitätslagern mit sehr niedrigen Reibungskräften. Es ist ebenfalls bevorzugt, die Anzahl an hintereinander montierten Teilen zu reduzieren. Die Trommel und der Schaft drehen sich, so dass es bevorzugt ist, Ungleichgewichtssensoren auf das nächste sich auf einer Linie befindende Bauteil, nämlich die Lager 14, zu montieren. Eine Montage der Sensoren auf dem Gehäuse 2A hat sich als ungenügsam herausgestellt, da ein weiteres elastisches Bauteil in dem Untersystem enthalten ist und dieses kann unerwünschte Phasenänderungen hervorrufen.
Durch Beschränken des Verhältnisses ω/Ω und von b, wie oben angedeutet wurde, sollte die maximale Winkelphasenverschiebung bei dem Laufen von der Frequenz 0 zu einem Maximum von 1.500 U/min kleiner als 30° sein. Um auf der sicheren Seite zu sein, wird der Einspritzwinkel α der Ausgleichsflüssigkeit vorzugsweise um 30° oder einen geeigneten Winkel reduziert, um Änderungen der Phase von der Frequenz 0 zu ω/Ω = 1 zu ermöglichen.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Anordnen eines Kraftsensors 18-1 auf den Lagern 14 des Schaftes 3a ist schematisch in 6 dargestellt. Der Schaft 3a ist lagegesichert, jedoch drehbar in dem Lager 14-2 befestigt, welches wiederum in dem Gehäuse 2a montiert ist. Das Lager 14-2 kann als Rollenlager oder dergleichen ausgebildet sein, typischerweise abgedichtet und geschmiert für die gesamte Lebensdauer. Ein Abschnitt des äußeren Umfangs des Lagers 14-2 ist nicht durch das Gehäuse 2a gelagert und ein Kraftsensor 18-1 ist auf dem gelagerten Abschnitt des Lagers 14-2 montier. Da der Schaft 3a sich dreht und einer Ungleichgewichtskraft ausgesetzt ist, wird sich der nicht gelagerte Bereich des Lagers 14-2 sehr leicht biegen und diese leichte Dehnung wird durch den Kraftsensor 18-1 gemessen. Ein Erfassen des Ungleichgewichts kann ebenfalls durch Mikrotranslatoren, Dehnungsmesser, kapazitive oder Flux-Positionssensoren oder piezoelektrische Kraftmesswandler ausgeführt werden. Diese können auf dem äußeren Ring der Lager oder durch spezielle Vorsehungen direkt auf dem Schaft 3a montiert werden.
Ein AC-Motor 19 kann durch einen Frequenzumwandler 20 derart gesteuert werden, dass die Trommel 5 mit Geschwindigkeiten zwischen 10 U/min und 1.000 U/min oder schneller gedreht werden kann. In einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die für ein Trockenschleudern notwendige Geschwindigkeit durch eine schrittweise Erhöhung der Geschwindigkeit gemäß irgendeiner der nachfolgenden nicht beschränkenden Geschwindigkeitsserien mit diskreten Stufen erreicht werden:
Es ist offensichtlich, dass jede andere Abfolge gemäß den Konstruktionsparametern der Maschine ausgewählt werden kann. Anstelle einer Verwendung von festen Frequenzstufen ist es vorteilhaft, wenn die Trommel beschleunigt werden kann, bis das Ungleichgewicht des Betriebes der Trommel 5 ein bestimmtes Niveau erreicht, an welchem Punkt die Beschleunigung angehalten wird und ein Ausgleichsbetrieb durchgeführt wird.
Der Kontroller 17 kann als Mikrokontroller oder als programmierbarer Mikrokontroller ausgebildet sein und er kann irgendeine lokale Intelligenz aufweisen, das heißt einen Mikroprozessor oder ein programmierbares Gate-Array zum Steuern des Betriebes der Wasserventile sowie des Motors 19. Die lokale Intelligenz, beispielsweise der Mikroprozessor oder das programmierbare Gate-Array, wird vorzugsweise programmiert, um irgendeinen der Steueralgorithmen der vorliegenden Erfindung auszuführen, wie im Folgenden erläutert wird.
In einer anfänglichen Stufe kann ein optionaler Optimierungszyklus in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden. Dieser Zyklus kann mit Maschinen mit oder ohne Ausgleichskammern verwendet werden, vorausgesetzt, dass Mittel zum Erfassen des Ungleichgewichts des Betriebes der Trommel 5 vorhanden sind. In diesem Optimalisierungszyklus ist ein Versuch unternommen worden, um die Wäsche in der Trommel umzuverteilen, wenn diese Verteilung nicht optimal ist. Dort, wo Ausgleichskammern vorgesehen sind, können diese ein abgedichtetes System darstellen, welches eine Ausgleichsflüssigkeit enthält, oder die Ausgleichsflüssigkeit kann von einer externen Quelle eingespritzt werden. Um eine Optimalisierung der Last der Trommel 5 zu erreichen, wird die Trommel auf eine erste Drehgeschwindigkeit f1 beschleunigt, an welcher die Kraft auf die nasse Kleidung den Wert 1G leicht übersteigt. Dies bedeutet, dass die Wäsche gegen die innere Außenfläche der Trommel aufgrund der Zentrifugalwirkung gedrängt wird. Der Grad des Ungleichgewichts wird unter Verwendung eines oder mehrerer Ungleichgewichtssensoren 18 gemessen. Falls das gemessene Niveau des Ungleichgewichts eine vorbestimmte Grenze überschreitet, wird ein Versuch einer Umverteilung durchgeführt. Falls das Ungleichgewicht geringer ist als diese Grenze, wird eine normale Trommelbeschleunigung fortgeführt. Die Umverteilung kann in mehreren Wegen durchgeführt werden. Typischerweise wird die Geschwindigkeit derart reduziert, dass die Zentrifugalkraft auf die Wäsche etwas kleiner ist als 1G, beispielsweise wird sie auf f1/2 reduziert. Dies initiiert einen Trommelzyklus, welcher selbständig von Trommeltrocknern bekannt ist. Die Bewegung der Trommel kann optimiert werden, beispielsweise wird ihr eine Serie von intermittierenden Impulsen zugeführt, um eine nicht lineare Drehbewegung zu generieren, wodurch die Wäsche in verschiedene Trommelbewegungen gerüttelt wird. Nach diesem Trommelzyklus wird die Trommel auf f1 zurück beschleunigt. Es wird wiederum das Ungleichgewichtsniveau gemessen. Falls dieses geringer ist als das vorab bestimmte Grenzniveau, wird die Trommel nun in normaler Weise beschleunigt, falls nicht ein weiterer Umverteilungsversuch durchgeführt werden soll. Dieser Optimalisierungszyklus kann eine bestimmte Anzahl mal wiederholt werden. Falls nach diesen Versuchen keine Verbesserung erzielt worden ist, kann die Trommel 5 durch einen Trommelausgleichsbetrieb ausgeglichen werden, falls ein derartiges Ausgleichssystem vorgesehen ist, oder sie kann auf die Schleuderendgeschwindigkeit beschleunigt werden. Alternativ kann sie beschleunigt werden, bis das Ungleichgewichtsniveau ein zweites vorbestimmtes Niveau überschreitet, an welchem danach ein Ausgleichsbetrieb ausgeführt wird.
In einer weiteren Anfangsphase wird die Menge an prozessierenden Chemikalien, wie beispielsweise Seife, Reinigungsmittel, Konditionierer, Bleichmittel, Stärkemittel oder dergleichen, automatisch erfasst werden. In diesem Verfahren wird die Tatsache, dass die Trommel 5 stationär ist, zuerst überprüft. Dies kann durch Bestimmen der Tatsache mittels eines Drehsensors auf dem Schaft 3a bewerkstelligt werden, dass keine Bewegung existiert. Danach, wie oben bereits erläutert wurde, wird die Waschmaschine 1 nach oben auf die Drehgeschwindigkeit f1 beschleunigt. Während dieser Beschleunigung wird eine Eigenschaft gemessen, welche sich auf die Menge der Wäsche in der Trommel bezieht, beispielsweise wird die Last auf den Motor 19 durch den Kontroller 17 gemessen, beispielsweise der Strom, welcher durch die Windungen des Motors 19 fließt, oder die Zeit bis zum Erreichen der Geschwindigkeit f1. Von vorhergehenden Experimenten ist das Verhältnis zwischen der Motorlast oder der Zeit bis zum Erreichen von f1 und der Last der Wäsche in der Waschmaschine 1 experimentell bestimmt und in einem geeigneten nicht flüchtigen Speicher in dem Kontroller 17 abgespeichert, beispielsweise in Form einer Nachschlagtabelle, in welcher die spezifische Eigenschaft auf die Menge der prozessierenden Chemikalien bezogen ist. Danach wird, wenn eine spezifische Menge an Wäsche auf f1 beschleunigt wird, die gemessene Steuereigenschaft bestimmt und die Nachschlagtabelle herangezogen, um die Menge an prozessierenden Chemikalien zu bestimmen. Diese Menge an Chemikalien wird dann in die Trommel der Waschmaschine ausgegeben. Beispielsweise, wenn das Reinigungsmittel in flüssiger Form vorliegt, wird dieses durch Öffnen eines Ventils für einen vorbestimmten Zeitraum ausgegeben, wobei das Ventil durch den Kontroller 17 gesteuert wird. Alternativ kann die Wäschelast durch Messen des Biegemomentes auf den Schaft 3a bestimmt werden. In einem ersten Schritt wird bestimmt, dass der Schaft 3a stationär ist, wie oben beschrieben wurde. Danach wird die Last auf den Kraftsensor 18-1 gemessen. Wie am besten in 1 dargestellt ist, ist der Sensor 18-1 oben auf dem Lager 14-2 angeordnet. Somit wird eine zusätzliche Last auf die Trommel 5, welche durch das Hinzufügen von Wäsche verursacht wird, die Ausgabe des Kraftsensors 18-1 erhöhen. Diese Ausgabe liefert eine direkte Messung der Wäschelast in der Trommel 5. Somit kann diese Ausgabe verwendet werden, um die Menge an prozessierenden Chemikalien zu bestimmen, welche in dem Wäschezyklus verwendet werden sollen.
Bei jedem Trommelausgleichsbetrieb kann Ausgleichsflüssigkeit unabhängig in irgendeine oder beide Sätze an Ausgleichskammern 6a-c und/oder 6d-f eingespritzt werden, falls die Trommel 5 sich im Ungleichgewicht befindet, beispielsweise weil die Wäsche im Inneren der Trommel an einem Punkt angeordnet ist und die Trommel eine zu korrigierende Ungleichgewichtsbewegung aufweist. Der Ausgleichsschritt in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 7 für eine in 4 dargestellte Waschmaschine beschrieben.
In 7 zeigt die Kurve A die gemessene Ungleichgewichtskraft Fa, auf das vordere Lager, wie sie durch den Sensor 18-2 erfasst wurde. Die Kurve B zeigt die gemessene Ungleichgewichtskraft F_rb auf das hintere Lager, wie sie durch den Sensor 18-1 erfasst wurde. Vorzugsweise sind die Sensoren 18-1 und 18-2 mit einem Winkel zueinander bezüglich des Schaftes 3A derart montiert, dass die Ungleichgewichtskräfte, welche durch die beiden Sensoren gemessen werden, in Phase sind. Beispielsweise können die beiden Sensoren mit 180° außer Phase bezüglich des Schaftes 3A angeordnet werden. Im Allgemeinen würde man die größere der beiden gemessenen Kräfte für Ausgleichszwecke verwenden, jedoch wird aus Gründen einer besseren Erläuterung angenommen, dass die Kraft F_fb, größer ist. In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, in welchen lediglich ein Sensor 18 vorhanden ist, steht ohnehin lediglich ein gemessener Kraftwert zur Verfügung.
In dem nächsten Schritt wird ein Ausgleichszyklus durchgeführt. Wenn die Kraft F_fb einen Maximalwert F_fbmax erreicht, wird ein Ausgleichszyklus begonnen. Die Einspritzzeit für die Ausgleichsflüssigkeit wird in Übereinstimmung mit einem zweiten vorbestimmten Niveau F_fbmin bestimmt. Dieser minimale Wert kann von dem Drehwinkel α der Trommel abhängig gemacht werden, über welchen die Ausgleichsflüssigkeit eingespritzt werden soll. Beispielsweise ist für den Fall, dass der Winkel α 60° beträgt, die Zeit für die Einspritzung kürzer als für den Fall, dass der Winkel α 120° beträgt. Es ist bevorzugt in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, dass Wasser in eine ausreichende Anzahl an benachbarten Ausgleichskammern 6 eingespritzt wird, welche zusammen den Winkel α des Umfangs der Trommel 5 ergeben. Vorzugsweise beträgt dieser Winkel ungefähr 120°, beispielsweise 120° ± 30°, oder mehr bevorzugt 120° ± 15°. Dies kann durch sechs gleichmäßig beabstandete Ausgleichskammern 6 erreicht werden, welche jeweils einen eingeschlossenen Winkel von 60° aufweisen. Wasser sollte in einer derartigen Weise eingespritzt werden, dass zwei Kammern mit Ausgleichswasser befüllt werden, was 120° des Umfangs der Trommel 5 ausmacht. Es ist herausgefunden worden, dass eine Einführung von Wasser in eine enge Kammer 6 nicht so wirksam ist, wie in eine Kammer oder Kammern mit einem Gesamtwinkel von ungefähr 120°. Um so enger die Kammer ist, desto weniger Wasser kann sie Aufnehmen und desto geringer ist die Korrekturwirkung. Andererseits weisen Kammern nahe einem Winkel von ±90° von der Position gegenüber der Ungleichgewichtslast eine geringe Ausgleichswirkung auf, da die Ausgleichskraft in einer Richtung 90° zu der Richtung der Ungleichgewichtslast derart ausgerichtet ist, dass keine Korrekturwirkung auftritt. Ein zwischen den Extremen von 180° und ungefähr 10° liegender Winkel ist somit optimal und ungefähr 120° wurde als geeignet herausgefunden. Dies wird am einfachsten durch 3, 6, 9 oder 12 gleichmäßig verteilte Ausgleichskammern über den Umfang der Trommel 5 erreicht. Eine Möglichkeit zu gewährleisten, dass lediglich 120° der Kammern mit Wasser während des Ausgleichens befüllt werden, ist die Wassereinspritzung an den Schnittpunkten der Kurve A und an dem vorbestimmten Minimum F_fbmin 120° zu triggern. Für eine 60°-Einspritzung werden die Schnittpunkte der Kurve A mit F_fbmin 60° verwendet. Im idealen Fall wird eine Ausgleichsflüssigkeit in die Ausgleichskammern 6 an beiden Seiten des Mittelpunktes der Zeitdauer eingespritzt, welche durch die Schnittpunkte bestimmt wird. Aufgrund der Tatsache, dass die Sensoren 18 an einer Stelle in einem Untersystem angeordnet worden sind, welche eine Resonanzfrequenz aufweist, die größer ist als die maximale Drehfrequenz, existiert eine geringe oder keine oder eine nicht bedeutsame Phasenänderung mit der Drehfrequenz der Trommel. Somit besteht die einzige erforderliche Korrektur in einem Korrigieren eines konstanten Phasen-Offsets, welcher experimentell bestimmt werden kann.
Wenn Ausgleichskammern 6 mit ihren Schwerpunkten in zwei verschiedenen Ebenen, welche senkrecht zu der Achse des Schaftes 3a und entlang dieser Achse beabstandet sind, liegend angeordnet sind, ist es notwendig zu entscheiden, ob eine Ausgleichsflüssigkeit in die vorderen oder die hinteren Kammern 6 eingeführt wird. Der Vorteil eines Ausgleichs in zwei Ebenen besteht darin, dass der Schwerpunkt der gesamten Ausgleichsflüssigkeitsmenge in den vorderen oder hinteren Kammern 6 exakt mit dem Schwerpunkt der Ungleichgewichtskräfte ausgereichtet werden kann, welche durch ungleichgewichtige Lasten der Wäsche in der Trommel 5 erzeugt werden. Dies führt zu verringerten Scherkräften auf den Hauptschaft 3a, welcher die Trommel 5 trägt.
2 illustriert ein vereinfachtes Kräftediagramm von auf eine sich drehende Trommel wirkenden Kräfte mit einer ungleichgewichtigen Last in einer in 4 dargestellten Maschine, wobei:

F_fb: = die Reaktionskraft auf das vordere Lager 18-2 (gemessen)
F_rb: = die Reaktionskraft auf das hintere Lager 18-1 (gemessen)
F_u: = periodische ungleichgewichtige Kraft auf das System (unbekannt)
L_fbu: = Abstand zwischen dem vorderen Lager und dem Schwerpunkt des Ungleichgewichts (unbekannt)
L_rbu: = Abstand zwischen dem hinteren Lager und dem Schwerpunkt des Ungleichgewichts (unbekannt)
L_b: = festgesetzter Abstand zwischen den vorderen und hinteren Lagern
F_cr: = an der Rückseite der Trommel 5 durch Einspritzen einer Ausgleichsflüssigkeit zu schaffende Kraftkorrektur
F_cf: = an der Vorderseite der Trommel 5 durch Einspritzen einer Ausgleichsflüssigkeit zu schaffende Kraftkorrektur
A: = Abstand zwischen dem hinteren Lager und dem Schwerpunkt der hinteren Ausgleichskammern
B: = Abstand zwischen dem vorderen Lager und dem Schwerpunkt der hinteren Ausgleichskammern

Ausgehend von der Anforderung, dass Σ F = 0 und Σ M = 0 für eine aufrecht zu erhaltende Stabilität kann die folgende Gleichung hergeleitet werden: Fu = Ffb – Frb Lfbu = Frb × Lb/(Ffb – Frb)
In einer ausgeglichenen Situation sollten F_fb und F_rb ungefähr 0 oder gleich 0 sein. In diesem Fall gilt: Fu = Fcr – Fcf Lcf = Fcr/(Ffbu – A)/(B – Lfbu)und somit: Ffb/Frb ~ Fcr/Fcf
Ein praktischer Steueralgorithmus kann verwendet werden, welcher sich auf eine Berechnung des Verhältnisses F_fb/F_rb aus den gemessenen Werten stützt. Zu Beginn wird angenommen, dass die Trommel ausgeglichen ist und dass der Wert von T1_front/T1_rear gleich 1 ist. Falls die Geschwindigkeit ansteigt, vergrößert sich der Wert von F_fb/F_rb, und dies bedeutet, dass Ausgleichsflüssigkeit in die hinteren Kammern eingeführt werden muss. Falls sie sich verringert, muss Flüssigkeit in die vorderen Kammern eingespritzt werden. Sobald das Verhältnis F_fb/F_rb einen Wert nahe einer Konstanten, wie beispielsweise 1, erreicht hat, ist die Trommel ausgeglichen oder ausreichend ausgeglichen. Dies bedeutet, dass die Trommel gleichmäßig ausgeglichen über ihren Geschwindigkeitsbereich hindurch gehalten wird. Die notwendigen Berechnungen und die Ventilsteuerung können durch geeignetes Programmieren des Kontrollers 17 ausgeführt werden. Durch gleichmäßiges und nicht zu schnelles Beschleunigen können die Ausgleichsschritte und die Überwachung des Ungleichgewichts kontinuierlich ausgeführt werden, ohne dass der Beschleunigungsvorgang zu langsam ausgeführt worden ist. Dies kann eine optimale Beschleunigungszeit schaffen.
Die Wirkung des Ausgleichsschrittes wird es sein, die Bewegung der Trommel 5 zu verringern und die gemessenen Kurven A und/oder B weisen beide ein Maximum bei oder unter F_fbmin, F_rbmin auf. An diesem Punkt hat die Trommel ein ausreichendes Niveau eines Ausgleichs erreicht und der gegenwärtige Ausgleichsschritt ist vollendet. Die Trommel 5 kann danach sicher beschleunigt werden, bis die nächste vorbestimmte Geschwindigkeit erreicht ist oder bis die ungleichgewichtigen Kräfte wiederum F_fbmax überschreiten, wobei dann ein weiterer Ausgleichsbetrieb durchgeführt wird. Die Steuerung des Ausgleichsbetriebes wird durch den Kontroller 17 durchgeführt, welcher zum Ausführen der oben beschriebenen Steuerhandlungen programmiert wird.
Die Ausgleichsbetriebe werden wiederholt, bis die Schleuderendgeschwindigkeit erreicht wird. Die Waschmaschine 1 wird auf Maximalgeschwindigkeit durch den Kontroller 17 gehalten, bis genug Wasser aus der Wäschelast in Übereinstimmung mit dem Maschinenaufbau extrahiert worden ist. Vor einem Abbremsen wird das Ablassventil der Waschmaschine geschlossen und das Wasserventil 15 geöffnet. Jegliches Wasser, das sich in den Ausgleichskammern befindet und einer Zentrifugalkraft von weniger als 1G ausgesetzt ist, wird entwässert bzw. ablaufen gelassen.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele illustriert und beschrieben worden ist, ist es für die fachkundigen Leute auf diesem Gebiet offensichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen in Form und Detail ohne einem Verlassen des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können. Beispielsweise können in dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung lediglich die hinteren Kammern 6d,e,f oder die vorderen Kammern 6a,b,c vorgesehen werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 8 illustriert. Diese Maschine unterscheidet sich von der in 4 dargestellten Maschine darin, dass lediglich ein Satz an Ausgleichskammern 6a, b, c vorgesehen ist, welche umfänglich um einen äußeren Umfang der Trommel 5 angeordnet sind, und es existiert lediglich ein Ungleichgewichtssensor 18-1, welcher vorzugsweise auf dem äußeren Ring des hinteren Lagers 14-2 montiert ist. Die Maschine ist für einen Ausgleich in einer Ebene geeignet.
Vorteile der vorliegenden Erfindung können folgende sein:

1. Sie schafft die Möglichkeit, die Menge an geladener Wäsche zu bestimmen und dadurch die erforderliche Menge an Wasser und Seife anzupassen, welche zum wirksamen Waschen der Wäsche mit dem geringsten Verbrauch an Energie, Wasser und Reinigungsmitteln notwendig sind.
2. Sie bietet den Waschmaschinen, welche nicht für einen Wasserausgleich der sich drehenden Trommel ausgestattet sind, die Möglichkeit an dennoch eine gewünschte Verteilung der Kleidung derart zu erreichen, dass Schwingungen auf ein Minimum beschränkt werden.
3. Sie ermöglicht einen Ausgleich in einer Ebene oder in zwei Ebenen ohne der Notwendigkeit ein Ziel auf der Trommel zu besitzen, um die Phasendifferenzierung zwischen Ursache (ungleichgewichtige Kraft) und Wirkung (Schwingung) zu bestimmen, da die Phasendifferenzierung minimal ist.
4. Falls das Ungleichgewicht an den Lagern sensiert wird, wird eine normale Wartung der Maschine nicht beeinflusst. Die Lager werden ausgelegt, um über die Lebensdauer der Maschine zu halten.
5. Es existieren keine bewegbaren Teile für den Fall einer fest montierten Maschine derart, dass keine Alterung irgendeines Bauteils zu erwarten ist. Insbesondere für den Fall von elastischen Montagen mit Gummiblöcken ändern sich deren Charakteristiken mit der Zeit und mit den Umgebungsbedingungen (wie beispielsweise Feuchtigkeit, Temperatur, etc.).
6. In einigen Ausführungsbeispielen wird die Geschwindigkeit der Trommel erhöht, bis eine bestimmte Grenze der Kräfte auf die Lager erreicht wird, wodurch die Zeit zum Ausgleichen so kurz wie möglich wird.
7. Da die maximale Frequenz der Drehung einer Waschmaschinentrommel bis zu 25 Hz beträgt und die Resonanzfrequenz des Untersystems der Waschmaschine, in welchem das Erfassen ausgeführt wird, mehr als 45 Hz beträgt, ist keine zusätzliche Synchronisation des Ungleichgewichtssignals mit der Drehgeschwindigkeit der Trommel erforderlich. Als Konsequenz daraus ist dieses System billiger als bekannte Systeme, was es profitabel macht, das System auch in Waschmaschinen mit einer geringen Kapazität zu implementieren.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Maschine (1) mit einem drehbaren Behälter (5) sowie wenigstens einer Ausgleichskammer (6a–f), welche mit einer Flüssigkeit zur Korrektur eines Ungleichgewichts eines Drehbetriebes des Behälters (5) füllbar ist, mit folgenden Schritten: Erfassen eines Grades des ungleichgewichtigen Betriebs des Behälters (5) und Einspritzen der Flüssigkeit in die wenigstens eine Ausgleichskammer (6a–f) für eine Korrektur des ungleichgewichtigen Betriebes des sich drehenden Behälters (5) auf Grundlage des Erfassungsschrittes, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen bei einer Stellung in einem Untersystem der Maschine (1) ausgeführt wird, in welcher ein Verhältnis einer maximalen Drehfrequenz des Behälters zu der Resonanzfrequenz des Untersystems weniger als 90% beträgt, vorzugsweise weniger als 85%, und am meisten bevorzugt weniger als 80%, wobei der Dämpfungsfaktor b des Untersystems weniger als 0,1 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (5) auf einem Schaft (3a) für eine Drehung darauf montiert wird und dass das Untersystem den Behälter (5) und den Schaft (3a) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersystem auf den Behälter (5), den Schaft (3a) und Lager (14) begrenzt ist, in welchem der Schaft (3a) achsgelagert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche in Verwendung mit einer Maschine (1), welche einen ersten und zweiten Satz an Ausgleichskammern (6ac, 6d–f) aufweist, wobei die beiden Sätze der Kammern (6a–c, 6d–f) jeweils Schwerpunkte in zwei Ebenen senkrecht zu einer zylindrischen Achse des Behälters (5) aufweisen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Erfassen des ungleichgewichtigen Drehbetriebs des Behälters (5) in zwei Ebenen senkrecht zu einer zylindrischen Achse des Behälters (5); und Steuern der Einfuhr der Flüssigkeit in eine erste Ausgleichskammer (6a–c) und in die zweite Kammer auf Grundlage der Ergebnisse des Erfassungsschrittes.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsfaktor b des Untersystems weniger als 0,05 beträgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sich drehende Behälter (5) einem Drehen einer Vielzahl von flüssigkeitsabsorbierenden Gegenständen in dem Behälter (5) dient, wobei das Verfahren ferner den folgenden Schritt aufweist: Erfassen eines ungleichgewichtigen Betriebes des Behälters (5) und Rückverteilen der Vielzahl von flüssigkeitsabsorbierenden Gegenständen in dem Behälter (5) während der Drehung als Antwort auf den Erfassungsschritt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner folgende Schritte aufweist: Beschleunigen des Behälters (5) auf eine Drehgeschwindigkeit derart, dass ein Gegenstand in dem Behälter (5) einer Kraft von 1 G oder mehr ausgesetzt wird, Messen der ungleichgewichtigen Last und, in Antwort auf die Messung, Verringern der Drehgeschwindigkeit derart, dass ein Gegenstand in dem Behälter einer Kraft von weniger als 1 G ausgesetzt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (1) als Waschmaschine ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der sich drehende Behälter (5) einer Aufnahme einer zu waschenden Last dient, wobei das Verfahren ferner folgende Schritte aufweist: Messen der in dem Behälter (5) aufgenommenen, zu waschenden Last und automatisch Ausgeben einer Menge von prozessierenden Chemikalien in Übereinstimmung mit der gemessenen Last.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner folgenden Schritt aufweist: Beschleunigen des Behälters (5), bis ein Grad eines Ungleichgewichts erfasst wird, welcher oberhalb einer vorbestimmten Grenze liegt, und anschließend Ausführen eines Schrittes zum Ins-Gleichgewicht-Bringen des Behälters.
Maschine (1) mit einem sich drehenden Behälter (5) sowie wenigstens einer Ausgleichskammer (6a–f), welche mit einer Flüssigkeit für eine Korrektur eines ungleichgewichtigen Drehbetriebes des Behälters (5) füllbar ist, gekennzeichnet durch einen Sensor (18) zum Erfassen eines Grades eines ungleichgewichtigen Betriebes des Behälters (5), wobei der Sensor (18) an einer Stellung in einem Untersystem der Maschine (1) angeordnet ist, an welcher ein Verhältnis einer maximalen Drehfrequenz des Behälters (5) zu der Resonanzfrequenz des Untersystems weniger als 90%, vorzugsweise weniger als 85%, und am meisten bevorzugt weniger als 80% beträgt, wobei der Dämpfungsfaktor b des Untersystems weniger als 0,1 beträgt.
Maschine (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsflüssigkeit in einem geschlossenen System enthalten ist.
Maschine (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsflüssigkeit von einer außerhalb der Maschine (1) vorgesehenen Flüssigkeitsquelle zuführbar ist.
Maschine (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Einspritzvorrichtung (8a,b) für ein Einspritzen der Flüssigkeit in die wenigstens eine Ausgleichskammer für eine Korrektur des ungleichgewichtigen Betriebes des sich drehenden Behälters aufweist.
Maschine (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (1) eine Steuereinheit zum Steuern des Einspritzens der Flüssigkeit in die wenigstens eine Ausgleichskammer (6a–f) für eine Korrektur eines ungleichgewichtigen Betriebes des sich drehenden Behälters (5) auf Grundlage der Ausgabe des Sensors (18) aufweist.
Maschine (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (5) auf einem Schaft (3a) für eine Drehung darauf montiert ist und dass das Untersystem den Behälter (5) und den Schaft (3a) umfasst.
Maschine (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersystem auf den Behälter (5), den Schaft (3a) und das Lager (14) begrenzt ist, in welchen der Schaft (3a) achsgelagert ist.
Maschine (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen ersten und einen zweiten Satz an Ausgleichskammern (6a–c, 6d–f) aufweist, wobei die zwei Sätze an Kammern (6a–c, 6d–f) jeweils Schwerpunkte in zwei Ebenen senkrecht zu einer zylindrischen Achse des Behälters aufweisen, wobei die ersten und zweiten Ungleichgewichtssensoren (18-1, 18-2) einer Erfassung eines ungleichgewichtigen Drehbetriebes des Behälters (5) in zwei Ebenen senkrecht zu einer zylindrischen Achse des Behälters (5) dienen; und eine Steuereinheit (17) zum Steuern der Einführung von Flüssigkeit in eine erste Ausgleichskammer und in die zweite Kammer als Antwort auf die Ausgaben der Sensoren (18-1, 18-2).
Maschine (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungsfaktor b des Untersystems weniger als 0,05 beträgt.
Maschine (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der sich drehende Behälter (5) einem Drehen einer Vielzahl von flüssigkeitsabsorbierenden Gegenständen in dem Behälter (5) dient, wobei sie ferner eine Steuereinheit (17) für eine Rückverteilung der Vielzahl von flüssigkeitsabsorbierenden Gegenständen in dem Behälter (5) während der Drehung als Antwort auf die Ausgabe des Sensors (18) umfasst.
Maschine (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (17) die Beschleunigung des Behälters (5) bis zu einer Drehgeschwindigkeit derart steuert, dass ein Gegenstand in dem Behälter (5) einer Kraft von 1G oder mehr ausgesetzt ist und die Drehgeschwindigkeit des Behälters (5) derart verringert, dass ein Gegenstand in dem Behälter (5) einer Kraft von weniger als 1G in Antwort auf die Ausgabe des Sensors (18) ausgesetzt ist.
Maschine (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (1) als Waschmaschine ausgebildet ist.
Maschine (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der sich drehende Behälter (5) einer Aufnahme einer zu waschenden Last dient, wobei sie ferner eine Steuereinheit für ein automatisches Ausgeben einer Menge von prozessierenden Chemikalien in Übereinstimmung mit der Ausgabe des Sensors (18) aufweist.