DE69021458T2

DE69021458T2 - Waschmaschine oder Trockner mit automatischer Bestimmung des Gewichts der Wäsche.

Info

Publication number: DE69021458T2
Application number: DE69021458T
Authority: DE
Inventors: Michel Kubacsi; Jean-Luc Roux
Original assignee: Compagnie Industrielle dAppareils Menagers SA CIAPEM
Current assignee: Compagnie Industrielle dAppareils Menagers SA CIAPEM
Priority date: 1989-07-28
Filing date: 1990-06-26
Publication date: 1996-01-25
Anticipated expiration: 2010-06-27
Also published as: DE69021458D1; FI91890B; NO171800B; FI903762A0; FR2650844A1; ES2077657T3; FI91890C; EP0410827A1; NO171800C; FR2650844B1; NO903352L; NO903352D0; JPH0370591A; EP0410827B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Gewichts der Wäsche in einer Waschmaschine oder einem Wäschetrockner. Sie bezieht sich insbesondere auf eine Waschmaschine oder einen Wäschetrockner mit einer von einem Elektromotor, vorzugsweise des Typs Universalmotor, angetriebenen, sich drehenden Trommel, bei denen in automatischer Weise das Gewicht der Wäsche als Funktion der Trägheit der Wäsche bezüglich der Drehachse der Trommel bestimmt wird.
Es ist bekannt, daß bei Haushalts-Waschmaschinen bevorzugt wird, daß das Volumen des der Maschine zugeführten Wassers sowie die Menge des Waschmittels sowie weitere Parameter der verschiedenen Betriebsabschnitte der Waschmaschine von dem Gewicht der Wäsche in der Trommel abhängig ist. Auch der Betrieb von Wäschetrocknern hängt von dem Gewicht der Wäsche ab.
Es sind bereits verschiedene Mittel zum automatischen Bestimmen des Gewichts vorgeschlagen. Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung der Mittel, die in der EP-A-0 143 685 beschrieben sind, bei der das Gewicht der Wäsche mittels des Trägheitsmomentes L der Wäsche um die Drehachse der Trommel gemessen wird. Dieses Trägheitsmoment wird ausgehend von dem Antriebsmoment der Trommel bei einer bestimmten Beschleunigung bestimmt. Dieses Moment wird mittels der Stärke des durch den Universalmotor fließenden elektrischen Stromes gemessen.
Erfindungsgemäß wird der Universal-Antriebsmotor der Trommel mit einem Wechselstrom versorgt, und seine Geschwindigkeit wird von einer Steuerung bestimmt, die mittels eines Prozessors eine Phasensteuerung vornimmt, und dieser Prozessor ermöglicht, das Trägheitsmoment der Wäsche ausgehend von dem Wert des Phasenwinkels zu messen, ohne daß spezielle Mittel zum Messen der Intensität des elektrischen Stromes vorgesehen werden müssen.
Der Phasenwinkel hängt allgemein von dem Wert VS der dem Antriebsmotor der Trommel bereitgestellten Versorgungspannung ab. Diese Spannung kann aber in einem weiten Bereich schwanken, der zwischen 187 und 242 Volt liegt; dieser Wert VS ist also innerhalb eines Unsicherheitsbereiches bekannt, der eine zum Messen des Gewichts der Wäsche teilweise inakzeptable Ungenauigkeit hervorruft.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist ein Mittel zum Messen der Versorgungsspannung und zum Verwenden dieses Maßes bei der Berechnung des Gewichts der Wäsche mittels des Mikroprozessors vorgesehen.
Zu diesem Zweck ist ein Verfahren zur Bestimmung des Gewichts der Wäsche in einer Waschmaschine oder einem Wäschetrockner durch den Patentanspruch 1 bestimmt.
Vorzugsweise wird die Messung ohne die Verwendung eines zusätzlichen Mittels, beispielsweise eines Voltmeters, durchgeführt, indem ausschließlich die in dem Prozessor bereits verfügbaren Daten verwendet werden. Zu diesem Zweck stellt der Prozessor den Phasenwinkel während einer bestimmten Zeitdauer auf einen festen Wert ein, und im Verlauf dieser Zeit wird die Drehgeschwindigkeit des Motors bestimmt, wobei die Spannung ausgehend von dem voreingestellten Phasenwinkel und der so gemessenen Drehgeschwindigkeit berechnet wird.
Das die Versorgungsspannung mit dem Phasenwinkel und mit der Geschwindigkeit verbindende Verhältnis hängt von anderen Parametern ab, die sich im Prinzip nicht verändern. Jedoch können einige von ihnen, insbesondere das Reibungsmoment, das der Drehung der Trommel entgegenwirkt, Werte aufweisen, die sich mit der Zeit verändern, also mit der Alterung der Maschine. Um diese Veränderung zu berücksichtigen, wird bei einer Ausführungsform im Speicher des Prozessors eine Tabelle abgelegt, welche in Abhängigkeit von der Anzahl der Betriebszyklen der Maschine die Veränderungen der konstanten Parameter bei dem Verhältnis zwischen der Versorgungsspannung und dem Phasenwinkel sowie der Geschwindigkeit angibt. Beispielsweise wird bei jeder Verwendung der Maschine ein Zähler um eine Einheit weitergesetzt, so daß die Konstante oder die Konstanten in diesem Verhältnis verändert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von einigen Ausführungsformen, wobei dazu auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird. In dieser zeigen:
- Figur 1 schematisch einen Antriebsmotor der Trommel der Waschmaschine mit seinem Steuerkreis, und
- die Figuren 2 und 3 Kurven, welche den Betrieb einer Steuerung der Waschmaschine gemäß der Erfindung darstellen.
Im Beispiel ist die (in ihrer Gesamtheit nicht dargestellte) Waschmaschine eine Haushalts-Waschmaschine mit einer Wäschetrommel, die eine durchbrochene zylindrische Wand aufweist und sich im Inneren einer Wanne um eine horizontale Achse dreht.
Der elektrische Antriebsmotor 10 der Trommel (Figur 1) ist ein Universal-Motor. Er wird über einen gesteuerten Unterbrecher 12, beispielsweise einen bidirektionalen Wechselstrom-Thyristor, mit einem Wechselstrom 11 versorgt, beispielsweise mit der Netzfrequenz von 50 Hz.
Für die Steuerung des Unterbrechers 12 und somit des Motors 10 ist ein Mikroprozessor 13 vorgesehen, der mit der Steuerelektrode des bidirektionalen Wechselstrom-Thyristors 12 über eine Schnittstellenschaltung 14 verbunden ist.
Der Mikroprozessor 13 gibt für den Motor 10 eine Sollgeschwindigkeit vor, die von einem in seinem Speicher eingespeicherten Programm abhängt. Dieser Mikroprozessor bildet auch den Vergleicher zur Regelung der Geschwindigkeit. Zu diesem Zweck weist er einen Eingang 131 auf, an welchem das Ausgangssignal eines von dem Motor 10 angetriebenen Generator-Drehzahlmessers 15 angelegt wird.
Der Mikroprozessor 13 steuert den Öffnungswinkel θ (Figur 2) des bidirektionalen Wechselstrom-Thyristors 12 bei jeder Halbperiode des Wechselsignals 11, also die Zeitdauer, während der dieser Unterbrecher 12 im Verlauf jeder Periode des Signals 11 leitend ist.
Im Diagramm von Figur 2 ist auf der Abszisse der Öffnungswinkel θ und auf der Ordinate das Wechselsignal 11 aufgetragen. Im Verlauf einer Halbperiode des Signals 11, also für Phasenwinkel θ zwischen 0 und π, ist der bidirektionale Wechselstrom-Thyristor zwischen den Winkeln 0 und θ geöffnet, also nichtleitend, und zwischen den Winkeln θ und π leitend. Den Impuls zum Steuern des Schließens des bidirektionalen Wechselstrom-Thyristors 12 stellt der Mikroprozessor 13 bereit.
Dieser Phasenwinkel θ, der von dem Mikroprozessors 13 bestimmt wird, wird zum Messen des Trägheitsmomentes L der Wäsche in der Trommel verwendet, also zum Messen des Gewichts der Wäsche.
Es wird nämlich von der folgenden Formel ausgegangen:
Bei dieser Formel ist C das Antriebsmoment des Motors, L das Trägheitsmoment der Wäsche bezüglich der Achse der Trommel, J das Trägheitsmoment der Trommel bezüglich ihrer Drehachse, dω/dt die Drehbeschleunigung (oder -verzögerung) der Trommel und CR das der Trommel entgegenwirkende Widerstandsmoment.
Bei einem Universalmotor ist das Motordrehmoment proportional zur Intensität des durch den Motor fließenden Stromes, also:
C = KI (2)
wobei K eine Konstante des Motors und I die Intensität des durch ihn fließenden Stromes ist.
Es ist weiterhin bekannt, daß die gegenelektromotorische Kraft E des Universalmotors proportional zu seiner Drehgeschwindigkeit ist; es kann geschrieben werden:
E = K'ω (3)
wobei K' eine Konstante ist.
Es ist außerdem bekannt, daß die Spannung U an den Anschlüssen des Motors mit der gegenmotorischen Kraft E, der Impedanz Z des Motors sowie der Intensität I mittels der folgenden Gleichung verbunden ist:
U = E + ZI (4)
Aus dieser Formel kann man ableiten:
U = E + ZI = K'w + ZI = K'ω + ZC/K (5)
Außerdem hängt die dem Motor bereitgestellte Spannung U (Figur 2) von dem Winkel θ ab, also:
U = VSf(θ) = K'ω + ZC/K (6)
wobei VS die maximale Amplitude der Spannung 11 ist.
Aus den obigen Formeln (5) und (6) läßt sich ableiten:
Aus der obigen Formel (7) läßt sich erfindungsgemäß der Wert L des Trägheitsmomentes der Wäsche ableiten. Es ist jedoch zu sehen, daß diese Formel den Wert VS der Netzspannung benötigt, der variabel sein kann. Daher wird bevorzugt, die Spannung VS zu messen, vorzugsweise mittels eines indirekten Verfahrens, welches keine spezifische Meßvorrichtung verwendet.
In einer ersten Ausführungsform ist der Mikroprozessor 13 so programmiert, daß er während aufeinanderfolgender Perioden 20 und 21 mit Dauern t&sub1; und t&sub2; (Figur 3) vorbestimmte Werte des Phasenwinkels θ einstellt. Im Verlauf der ersten Periode 20 mit der Dauer t&sub1; ist der Phasenwinkel θ&sub1;. Im Verlauf der zweiten Periode 21 mit der Dauer t&sub2; ist der Phasenwinkel gleich einem weiteren bestimmten Werte θ&sub2;.
Jedem Wert des Phasenwinkels θ entspricht eine Drehgeschwindigkeit ω der Trommel, die mittels des Drehzahlmessers 15 gemessen wird.
Im Verlauf jeder der Perioden 20 und 21 mit den Zeitdauern t&sub1; bzw. t&sub2; ist die Drehgeschwindigkeit der Trommel konstant, also die Beschleunigung dω/dt ist Null.
Somit wird im Verlauf der Periode 20 die obige Formel (7) zu:
Während der Periode 21 wird die Formel (7) zu:
Aus den obigen Formel (8) und (9) erhält man durch Subtraktion:
VS[f(θ&sub2;) - f(θ&sub1;)] = K'(ω&sub2; - ω&sub1;) (10)
oder:
Somit kann VS im Mikroprozessor in Abhängigkeit von θ&sub2; und θ&sub1;, die fest sind, und von ω&sub2; und ω&sub2; berechnet werden, die gemessen werden.
Die Berechnung wird vereinfacht, wenn angenommen wird, daß f(θ) proportional zu θ ist, daß also gilt:
f(θ) = K&sub1;θ (12)
wobei K&sub1; eine Konstante ist.
In diesem Falle gilt:
Bei den obigen Berechnungen wird angenommen, daß das Widerstandsmoment CR bei der Geschwindigkeit ω&sub1; denselben Wert wie bei der Geschwindigkeit ω&sub2; aufweist. Diese Annahme ist jedoch nicht vollständig exakt. Sie trifft jedoch ohne Veränderung der Genauigkeit der Messung dann zu, wenn sich die Werte θ&sub1; und θ&sub2; nicht stark voneinander unterscheiden, also wenn diese Werte benachbart sind.
Beispielhaft werden die Werte von θ&sub1; und θ&sub2; so gewählt, daß im Verlauf der Periode 20 sich die Trommel mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 200 Umdrehungen je Minute und im Verlauf der Periode 21 mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 400 Umdrehungen je Minute dreht. Bei diesem Beispiel weisen die Perioden 20 und 21 dieselbe Dauer von ungefähr 18 Sekunden auf.
Bei der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform werden die Perioden 20 und 21 von Perioden 22 und 23 mit Dauern von t&sub3; bzw. t&sub4; gefolgt, in deren Verlauf der Trommel Beschleunigungen mit vorgegebenen Werten auferlegt werden. Im Verlauf jedes dieser Beschleunigungsanstiege werden für eine gleiche Geschwindigkeit die Phasenwinkel θ'1 und θ'2 bestimmt, was das Bestimmen von L ausgehend von der nachfolgenden Formel ermöglicht:
wobei dω&sub1;/dt die dem Anstieg 22 entsprechende Beschleunigung und dω&sub2;/dt die dem Anstieg 23 entsprechende Beschleunigung ist. Diese Beschleunigungen werden in diesem Beispiel zwischen den Geschwindigkeiten von 200 und 400 Umdrehungen je Minute ausgeführt.
Der in der obigen Formel (14) zu findende Wert VS stammt aus der vorher mit der Formel (11) oder (13) ausgeführten Berechnung. Dieser Wert VS kann auch direkt gemessen werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann anstelle von zwei aufeinanderfolgenden Phasen 20 und 21, in deren Verlauf Phasenwinkel mit verschiedenen Werten eingestellt werden, nur eine einzige (nicht dargestellte) Periode der Dauer t&sub5; vorgesehen werden, in deren Verlauf ein Phasenwinkel θ&sub3; eingestellt wird und die Geschwindigkeit θ&sub3; mittels des Drehzahlmessers 15 gemessen wird. Somit wird der Wert VS mittels der nachfolgenden Formel bestimmt:
Der Ausdruck ZCR/K kann als konstant angesehen werden, da sich die Drehgeschwindigkeit ω&sub3; nur relativ wenig von einem vorbestimmten Mittelwert entfernt.
Der Ausdruck ZCR/K wird bei der Herstellung der Steuerung der Waschmaschine in den Festspeicher des Mikroprozessors eingebracht. Somit wird die Spannung VS mittels der folgenden Gleichung bestimmt:
In dieser Formel ist:
Im Speicher des Mikroprozessors ist eine Tabelle der Zuordnung zwischen ω&sub3; und VS abgelegt, die ein unabhängiges Bestimmen von VS ausgehend von dem Wert ω&sub3; ermöglicht.
Das sich hauptsächlich aus Reibungen ergebende Widerstandsmoment CR verändert sich in Abhängigkeit von der Anzahl der Verwendungen oder der Betriebszyklen der Waschmaschine.
Das Gesetz der Veränderung von CR in Abhängigkeit von dieser Anzahl der Zyklen kann experimentell bestimmt werden, und es wird in den Speicher des Mikroprozessors eine Tabelle eingebracht, welche die Zuordnung zwischen der Anzahl der Zyklen und dem Wert des Momentes CR enthält.
Die Anzahl der von der Maschine ausgeführten Zyklen wird beispielsweise in einem Speicher des Typs EEPROM abgespeichert, der dem Mikroprozessor zugeordnet ist, wobei diese Anzahl nach jedem Betriebszyklus um eine Einheit erhöht wird, also einerseits erfaßt wurde, daß die Spannung eingeschaltet wurde, und andererseits erfaßt wurde, daß der letzte Schritt des Betriebsprogramms der Waschmaschine aufgeführt wurde. Es ist selbstverständlich möglich, die Anzahl der Zyklen durch ein anderes Mittel zu speichern, beispielsweise durch einen elektromechanischen Zähler.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Gewichts der Wäsche in der Trommel einer Waschmaschine oder eines Wäschetrockners, wobei das Gewicht durch den Wert des Trägheitsmomentes (L) der Wäsche bezüglich der Trommel bestimmt wird und wobei die Trommel durch einen Motor (10) des Typs Universalmotor angetrieben wird, der mit Wechselstrom (12) versorgt wird und dessen Geschwindigkeit von einer Steuerung eingestellt wird, die mittels eines Mikroprozessors (13) eine Phasensteuerung vornimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor das Trägheitsmoment (L) ausgehend von dem Wert (θ) des Phasenwinkels und dem Wert (Vs) der Versorgungsspannung bestimmt und daß zum Messen der Versorgungsspannung (Vs) zu Betriebsbeginn ein bestimmter Wert (θ&sub3;) des Phasenwinkels eingestellt und mit Hilfe eines von dem Motor (10) angetriebenen Generator-Drehzahlmessers (15) die Drehgeschwindigkeit (ω&sub3;) der Trommel bestimmt wird, wobei der Mikroprozessor (13) die Versorgungsspannung (Vs) ausgehend von dem eingestellten Wert (03) des Phasenwinkels und dem gemessenen Wert (ω&sub3;) der Geschwindigkeit bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Messen der Geschwindigkeit mit einem Eingang (13&sub1;) des Prozessors (13) verbunden ist, um die Geschwindigkeit des Motors (10) in Abhängigkeit von einem Programm im Speicher des Prozessors zu regulieren.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (Vs) ausgehend von der folgenden Gleichung bestimmt wird:

wobei K' und K'' Konstanten, f(θ&sub3;) eine bestimmte Funktion des vorgegebenen Phasenwinkels θ3 und ω3 die Drehgeschwindigkeit der Trommel für den Phasenwinkel θ3 sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Mittel zum Speichern der Anzahl von Betriebszyklen des Gerätes sowie zum Entnehmen des Wertes des Parameters K'' aus dieser Anzahl umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Schritt durchgeführt wird, im Verlaufe dessen der Phasenwinkel einen von dem ersten Wert (θ&sub1;) unterschiedlichen konstanten Wert (θ&sub2;) behält und die Drehgeschwindigkeit (ω&sub2;) der Trommel gemessen wird, wobei die Spannung (Vs) ausgehend von den eingestellten Phasenwinkeln (θ&sub2;, θ&sub1;) und den bei diesen beiden Schritten gemessenen Geschwindigkeiten (ω&sub2; und ω&sub1;) bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (Vs) ausgehend von der folgenden Gleichung bestimmt wird:

wobei K' und K'' Konstanten sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte (θ&sub1; und θ&sub2;) der Phasenwinkel derart sind, daß im Verlauf eines Schrittes die Geschwindigkeit (ω&sub1;) in der Größenordnung von 200 Umdrehungen je Minute und im Verlauf des anderen Schrittes die Drehgeschwindigkeit der Trommel in der Größenordnung von 400 Umdrehungen pro Minute beträgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (13) das Trägheitsmoment (L) ausgehend von dem Phasenwinkel (θ) und der Spannung (Vs) mittels der folgenden Gleichung bestimmt:

wobei ω die Drehgeschwindigkeit der Trommel, K' und K Konstanten, Z die Impedanz des Motors, J das Trägheitsmoment der Trommel und CR das der Trommel entgegenwirkende Widerstandsmoment sind.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bestimmen des Trägheitsmomentes die Trommel nacheinander mit zwei verschiedenen Beschleunigungswerten gedreht wird (22, 23) und daß das Trägheitsmoment (L) ausgehend von einem Unterschied zwischen einer bei der ersten Beschleunigung ausgeführten Messung und einer bei der zweiten Beschleunigung ausgeführten Messung berechnet wird.