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Ein
Rotor, eine Trommel oder ein ähnliches System,
das um eine Achse rotiert, ist gewöhnlich ein sehr wichtiger Teil
vieler Maschinen. Derartige ähnliche
rotierende Teile sind in Elektromotoren, verschiedenen Mühlen, Gebläsen, Turbinen,
Schleifmaschinen, Waschmaschinen und vielen ähnlichen Maschinen vorhanden.
In vielen Maschinen wird die Auswuchtung geschaffen, indem die Gleichförmigkeit
der Gewichtsverteilung dieser rotierenden Körper um ihre Drehachsen während der
Herstellung eingestellt wird, wobei andernfalls eine derartige Unwucht
in der Maschine unerwünschte
Schwingungen bewirken kann, die sogar Schäden verursachen kann. In einigen
Fällen
kann jedoch das rotierende Teil der Maschine von veränderlichen
Unwuchtkräften
beeinflusst werden. Eine Waschmaschine, die bei hohen Drehzahlen
schleudert, eine Schleifmaschine mit abgenutztem Schleifstein und
eine Mühle
mit ungleichmäßig abgenutzten
Teilen sind einige Beispiele derartiger Maschinen. Die vorliegende
Erfindung schafft eine wirkungsvolle Lösung für derartige Unwuchtprobleme,
die in diesen Maschinen auftreten. Eine Waschmaschine wird als Beispiel
ausgewählt,
um die Erfindung zu erläutern.
Die Anwendung dieser Erfindung bei weiteren Maschinen ist ähnlich wie
bei verschiedenen Waschmaschinentypen, die nachfolgend beschrieben
werden, und wird deswegen in dieser Beschreibung nicht genau erläutert.
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Gegenwärtig werden
automatische Waschmaschinen im Haushalt, in touristischen Unterkünften, Krankenhäusern, Ferienhäusern, militärischen Organisationen,
Organisationen, die professionelle Reinigungsdienste anbieten, und
in vielen anderen Bereichen verwendet. Außer der Verwendung dieser Maschinen
für Reinigungszwecke
steigt die Verwendung derartiger Maschinen in der Textilindustrie
zum Waschen von Kleidung, für
Stonewash-Prozesse und Färbeprozesse
von Kleidung ständig
an. Infolge der steigenden Kapazitäten in der Reinigungs- und
Textilindustrie steigt die Anzahl der pro Fertigungseinheit verwendeten Maschinen
an und das bestärkt
die Waschmaschinenhersteller, Maschinen mit größerer Kapazität zu entwerfen
und herzustellen. Größere Maschinen
bedeuten größere Frontladetüren und Waschtrommeln
mit größerem Durchmesser.
Die Trommeln mit größerem Durchmesser,
die bei hohen Drehzahlen schleudern, bewirken neue Probleme, die
gelöst
werden müssen.
Gegenwärtig
werden verschiedene Waschmaschinen hergestellt mit einem Fassungsvermögen von
4 bis 6 kg, die im Haushalt verwendet werden, von 6 bis 150 kg,
die im professionellen Reinigungsdienst verwendet werden, und 100
bis 500 kg, die in der Textilindustrie verwendet werden, wobei Wellen
an einem Ende oder an beiden Enden der Drehtrommel gelagert sind.
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Bei
Drehtrommel-Waschmaschinen sind gewöhnlich hohe Schleuderdrehzahlen
erforderlich, um bei Zentrifugalkräften von etwa 300–400 g wirkungsvolle
Schleuderergebnisse zu erreichen. Die Faktoren, die bei dem Zentrifugalschleuderverfahren
die Wasserextraktion aus der Kleidung beeinflussen, sind: Trommeldurchmesser,
Trommeldrehzahl, Durchlässigkeit
und Temperatur der Kleidung und die Dicke der Kleidung auf der perforierten
Oberfläche der
Trommel. Der Wirkungsgrad beim Extrahieren von Wasser ist nicht
direkt proportional mit den steigenden Zentrifugalkräften infolge
höherer
Trommeldrehzahlen. Ansteigende Zentrifugalkräfte drücken einerseits die Masse des
Wassers in Richtung des Trommelumfangs, sie verdichten jedoch gleichzeitig die
gesamte Kleidung an der inneren Oberfläche der Trommel und diese nassen
Textilfasern bilden unter dieser Kraft eine plastische Schicht,
die einen Widerstand gegen das extrahierte Wasser erzeugt. Es ist wirkungsvoller,
den inneren Trommeloberflächenbereich
zu vergrößern, da
dadurch die Kleidungsdicke auf der Trommeloberfläche verringert wird, wodurch eine
bessere Extraktion bewirkt wird. Eine Vergrößerung der inneren Trommeloberfläche hat
gewöhnlich größere Trommeltiefen über längere Drehachsen
zur Folge. Die größere Trommellänge macht
es schwieriger, die Kleidung gleichmäßig auf der inneren Trommeloberfläche zu verteilen, was
eine große
Unwucht längs
der Drehachse der Trommel bewirkt. Selbst wenn eine gleichmäßige Verteilung
erreicht wird, bewirken sehr kleine Unterschiede in der Gewichtsverteilung
längs der
Drehachse bei hohen Schleuderdrehzahlen zerstörerische Schwingungen. Dieses Unwuchtproblem
ist das wesentliche Entwurfskriterium bei Hochgeschwindigkeits-Schleuderwaschmaschinen.
Gegenwärtige
klassische Systeme verwenden Techniken, bei denen das Trommelgebilde
bzw. die Trommelbaueinheit auf Federn oder Luftkissen angeordnet
ist und die mit Druck beaufschlagte Zylinder des Lufttyps oder des
hydraulischen Typs oder Stoßdämpfer verwenden,
um die Wirkungen der Schwingung auf die Hauptkörperstruktur minimal zu machen.
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Ein
weiteres Verfahren zum Verringern der Wirkungen der Schwingung besteht
darin, das Gewicht der Masse zu vergrößern, die durch die wirkenden
Unwuchtkräfte
beeinflusst wird. Folglich wird die Masse, die die Unwuchtkräfte bewegen
müssen,
größer, wodurch
der Betrag der Schwingung verringert wird. Das erfordert die Verwendung
von zusätzlichen Gewichten
im Gesamtaufbau der Waschmaschine. Diese zusätzlichen Gewichte übersteigen
gewöhnlich
50 % des normalerweise erforderlichen mechanischen Konstruktionsgewichts
der Maschine. Außerdem
müssen
infolge der großen
Vibrationskräfte,
die durch die Unwucht des Rotationssystems bewirkt werden, die Lager,
die verwendet werden, um diese schwere Masse des Rotationsmechanismus
mit der Hauptkörperkonstruktion
zu verbinden, größer gewählt werden
als sie notwendigerweise sein sollten.
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Die
Systeme zur Schwingungsabsorption, die in den vorhandenen Maschinen
verwendet werden, besitzen eine eingeschränkte Anwendbarkeit. Deswegen
muss die Kleidung vor dem Extraktionsprozess so gut wie möglich über die
innere Trommeloberfläche
verteilt werden. Um das zu erreichen, muss die Trommeldrehzahl zunächst auf
einen Pegel vergrößert werden,
bei dem die Zentrifugalkräfte
gerade beginnen, die Erdanziehungskräfte zu überwinden. Während dieser
konstanten Drehzahl oder während
des Drehzahlanstiegs hängt
die nahe der inneren Oberfläche
der Trommel befindliche Kleidung an der inneren Oberfläche an und
beginnt sich gemeinsam mit der Trommel zu drehen. Wenn die infolge
der Zentrifugalkräfte
an der Trommel anhaftende Kleidung beginnt, gegen die innere Oberfläche gepresst zu
werden, wird sich der Anhaftdurchmesser allmählich verringern. Wenn die
gesamte Kleidung an der inneren Oberfläche anhängt und beginnt, sich mit der Trommel
zu drehen, wird die Verteilung als abgeschlossen bezeichnet. Wenn
die Kleidungsverteilung nicht in geeigneter Weise erreicht wird,
wird der Extraktionsprozess während
des Schleuderprozesses auf Grund unzulässiger Schwingungspegel der
Maschine unterbrochen und der Verteilungsprozess wird erneut beginnen.
Diese "Neustarts" bewirken einen Verlust
von Zeit und Energie sowie eine Verringerung der Maschinenkapazität.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bisher
wurden für
Waschmaschinen viele Auswuchttechniken entwickelt, um die unerwünschten
Unwuchtkräfte
zu eliminieren. Das sind im Allgemeinen mechanische Systeme, die
die wirkenden Unwuchtkräfte
ausnutzen. Diese Systeme brachten bei Maschinen mit kleiner Kapazität einige
Verbesserungen, infolge ihrer komplexen Konstruktion erforderten
sie jedoch eine Wartung und erhöhten
die Gesamtkosten der Maschine und fanden deswegen keine weit verbreitete
Verwendung. Diese mechanischen Auswuchtsysteme wurden außerdem erfolglos bei
Industriewaschmaschinen mit höherer
Kapazität angewendet.
Die US-Patente Nr.
2.534.267/268/269 an Kahn und Nr. 3.117.962 an Starr sind einige
Beispiele dieser Auswuchtsysteme. Das US Patent Nr. 5.280.660 an
Pellerin-Gaulter, das dieser Erfindung theoretisch am ähnlichsten
ist, profitierte von den Rippen innerhalb der Drehtrommel und versuchte
die Unwuchtkräfte
zu eliminieren, indem Wasser durch separate Kanäle in diese Rippen gedrückt wurde.
Bei diesem Verfahren werden die 360° des Trommelumfangs in drei
um 120° beabstandete
Stellen geteilt und die korrekte Wassermenge wird in eine oder mehrere
Rippen, die dem Unwuchtkraftvektor gegenüberliegen, gedrückt, bis
dieser Vektor eliminiert ist. Dieses Auswuchtsystem hat zu einem
großen
Umfang die Auswuchtprobleme bei Waschmaschinen des größeren Industrietyps
gelöst
und mit zusätzlichen
Vorkehrungen wurden hohe Schleuderdrehzahlen erreicht. Bei diesem
Verfahren war es jedoch unmöglich,
die Auswuchtgewichte vollständig
zu eliminieren. Die erzeugten Unwuchtvektoren können sich an verschiedenen
Punkten längs
der Trommelachse befinden und der Betrag und die Richtung können außerdem variieren.
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Bei
Trommeln mit einem kleinen Verhältnis Tiefe/Durchmesser
konnte das oben erwähnte
Verfahren zufrieden stellende Ergebnisse liefern, wenn sich jedoch
die Tiefe der Trommel vergrößert, wird
es nahezu unmöglich,
die Unwucht mit diesem Verfahren zu kompensieren. Außerdem bewirken
die dynamischen Bewegungen des eigentlichen Auswuchtfluids in den
Rippen variierende Unwuchtgewichte in dem System. Bei diesem Verfahren
muss die Drehachse der Trommel genau horizontal verlaufen. Wenn
diese Bedingung nicht erfüllt
ist, wird sich das Auswuchtfluid in den Rippen an einer Seite längs der Drehachse
in den Rippen ansammeln und eine weitere Unwucht bewirken, die schwierig
zu kompensieren ist. Das beste Verfahren zum Auswuchten einer rotierenden
Masse besteht darin, die Masse an beiden Enden ihrer Drehachse zu
kompensieren. Auf diese Weise kann ein Unwuchtkraftvektor, der längs der
Drehachse der Masse gebildet wird, mit im Vergleich zu seinem Betrag
kleineren Gegengewichten kompensiert werden. Deswegen können kleinere Auswuchtgewichte,
die an jedem Ende der Drehachse angebracht werden, die Unwucht der
Trommel eliminieren. Das ist die einzige Möglichkeit, das System genau
auszuwuchten. Die bessere Möglichkeit
zur Vergrößerung der
Kapazität
von Maschinen besteht darin, das Verhältnis Tiefe/Durchmesser der
Trommel zu vergrößern, wobei
die Auswuchtprobleme dieses Systems mit dem genannten Verfahren
eliminiert werden. Das Auswuchtsystem von Pellerin-Gaulter verwendet
tatsächlich
ein älteres
Verfahren, bei dem Auswuchtfluide unabhängig durch separate Fluidkanäle und Röhren in
drei separate gleiche Volumina in der Drehtrommel gedrückt werden.
Gegenwärtig werden
viele Anwendungsmöglichkeiten
dieser Idee verwendet, die sich lediglich in der Art der Steuersysteme
und Erfassungsverfahren unterscheiden. In dieser neuen Erfindung
unterscheiden sich das Auswuchtverfahren, der Aufbau der Auswuchttrommel bzw.
der Auswuchttrommeln und das Verfahren zum Einspritzen der Auswuchtfluide
in die Auswuchttrommeln stark von den anderen Verfahren und Systemen.
Die anderen Systeme erfordern intelligente elektronische Steuereinheiten,
die die Richtung und den Betrag der Unwuchtvektoren erfassen und
berechnen müssen
und die Menge des Auswuchtfluids bestimmen, die in jede einzelne
Rippe gedrückt
werden soll. Die Kosten derartiger Steuereinheiten werden insbesondere
für Haushaltswaschmaschinen
bedeutend sein, bei denen der Konkurrenzkampf und die Wirtschaftlichkeit
von höchster
Wichtigkeit sind. Ein weiterer Nachteil dieses Auswuchtsystems durch die
Verwendung von solchen Volumina in der Trommel ist der Verlust von
Nutzvolumen in der Trommel. Während
des normalen Waschprozesses sammelt sich natürlich Wasser in diesen Volumina
an. Die chemische Konzentration im Waschwasser ist während des
Waschprozesses wichtig. Die in diese Volumina gefüllte Wassermenge
bedeutet eine geringere chemische Konzentration und einen größeren Energieverbrauch,
wenn eine Heizung verwendet wird. Wenn der Unwuchtkraftvektor unter
einem solchen Winkel gebildet wird, dass das Auswuchtgegengewicht
irgendwo zwischen den beiden Rippen liegen muss, müssen Auswuchtfluide
in beide Rippen gedrückt werden.
Da in diesem Fall der resultierende Gesamt-Auswuchtgegenkraftvektor die Summe der
beiden Kraftvektoren der beiden Rippen in der entgegengesetzten
Richtung des Unwuchtkraftvektors ist, muss der Betrag jedes dieser
Kraftvektoren größer sein
als der zu eliminierende Unwuchtvektor. Der ungünstigste Zustand ist dann vorhanden,
wenn der Unwuchtkraftvektor in der gleichen Richtung verläuft wie
eine der Rippen. In diesem Fall muss das Auswuchtgegengewicht zwischen
den gegenüberliegenden
beiden Rippen sein und deshalb müssen
gleiche Mengen der Auswuchtfluide in diese beiden Rippen gedrückt werden.
Der Auswuchtgegengewichtsvektor in der entgegengesetzten Richtung
des Unwuchtkraftvektors ist die Hälfte des erzeugten Zentrifugalkraftvektors.
Deswegen muss die Menge der Auswuchtfluidmasse, die in jede entsprechende
Rippe gedrückt
werden soll, den gleichen Betrag wie der Unwuchtkraftvektor besitzen.
Tatsächlich
muss jedoch lediglich die gleiche Menge der Masse an der entgegengesetzten
Richtung des Unwuchtkraftvektors eingefügt werden, um ihn zu eliminieren.
Vektorsummen-Auswuchtsysteme, die in den Waschmaschinen verwendet
werden, erfordern das Doppelte des benötigten Volumens, um die Unwuchtgewichte zu
eliminieren. Das Auswuchtsystem, das in dieser Erfindung beschrieben
wird, verwendet sowohl die Vektorsummierung als auch das Verfahren
des direkt gegenüberliegenden
Kraftvektors und benötigt
deswegen im Vergleich zu den vorhandenen Systemen mindestens 50
% weniger Volumen. Eine weitere Forderung dieser Auswuchtsysteme
besteht darin, die Gesamtwaschzeiten auf optimalen Werten zu halten.
Nach dem Waschprozess muss das sich in diesen Auswuchtzellen befindliche
Wasch- oder Spülwasser
vollständig
entfernt werden. Bei Schleuderdrehzahlen muss die Unwucht des Rotationssystems in
möglichst
kurzer Zeit eliminiert werden und nach dem Schleuderprozess müssen die
verwendeten Auswuchtfluide entsorgt werden, ohne dass sie mit der
gewaschenen Kleidung in Kontakt kommen. Das zu entwickelnde Auswuchtverfahren
sollte die Konstruktion von Maschinen jeder geforderten Größe ermöglichen
und sollte außerdem
in der Lage sein, jede Art von Unwuchtkraftvektoren in dem System
zu eliminieren.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Das
dynamische Auswuchtsystem ermöglicht
die Konstruktion von Maschinen jeder geforderten Größe. Bei
Haushaltswaschmaschinen nutzt das funktionierende System aus ökonomischen
Gründen die
dynamischen Bewegungen, die durch die wirkenden Unwuchtkräfte ausgelöst werden.
In Industriewaschmaschinen ermöglicht
jedoch die Kosteneinsparung bei der Maschinenkonstruktion infolge
von Auswuchtsystemen die Verwendung von Computern und hochentwickelten
Erfassungssystemen für
genaue Auswuchtergebnisse.
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Bei
Industriewaschmaschinen beginnt das Auswuchtberechnungssystem nach
Beendigung des Verteilungsprozesses die Überwachung der Unwuchtkraftvektoren
separat von beiden Enden der Trommel und bestimmt die Richtung und
den Betrag der Auswuchtgegenkraftvektoren, die in der vorderen und
der hinteren dynamischen Auswuchttrommel zu erzeugen sind, um die
Wirkung der Unwucht in dem System zu eliminieren. Dadurch wird die
fehlerhafte Gewichtsverteilung im Rotationssystem eliminiert und
es werden problemlos hohe Drehzahlen möglich.
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An
der Belade-/Entladeseite der Haupttrommel ist eine weitere zylindrische
Trommel mit einem Durchmesser, der größer oder gleich dem der Haupttrommel
ist, befestigt. Diese Trommel wird hier im Folgenden als "Auswuchttrommel" bezeichnet, wobei lediglich
eine kleine Oberfläche
der Auswuchttrommel schlitzförmig
geöffnet
ist und in kleinere Zellen oder Taschen mit gleichen Volumen unterteilt
ist. Die Anzahl dieser Zellen/Taschen kann gemäß dem zulässigen Pegel der Auswuchtung,
der bei der Maschine gefordert wird, vergrößert werden. Eine zweite Auswuchttrommel,
die der an der Vorderseite der Hauptwaschtrommel befestigten Trommel ähnlich ist, ist
außerdem
an der Rückseite
befestigt. Ein Wasserstrahlsystem ist außerdem dem schlitzförmigen Öffnungseinlass
genau gegenüberliegend
in jeder der an beiden Enden befindlichen Auswuchttrommeleinheiten
befestigt. Das Auswuchtfunktion-Computersteuersystem
bestimmt den Betrag und die Richtung des Auswuchtgegengewichts,
das in jeder einzelnen Auswuchttrommel zu erzeugen ist, und steuert
die Auswuchtfluid-Einspritzventile, um die korrekte Menge des Aufwuchtfluids
in bestimmte Auswuchtzellen/-taschen in der Trommel nahe an den
zu eliminierenden Unwuchtvektoren zu füllen, indem die Ventile, die
an mit Druck beaufschlagten Auswuchtfluidrohren befestigt sind,
gesteuert werden. Die Fluide, die in die Auswuchtzellen/-taschen eintreten,
beginnen, sich gemeinsam mit der Trommel unter der Wirkung von Zentrifugalkräften zu
drehen. Es ist deswegen möglich,
die drehende Trommel unabhängig
an dem vorderen und an dem hinteren Ende auszuwuchten. Es gibt zwei
unterschiedliche Typen von Ventilen, die in dem Fluideinspritzsystem
verwendet werden. Das Computersystem verwendet zuerst das Ventil
oder die Ventile mit größerer Kapazität, um die
erforderlichen Auswuchtgegengewichte in der entgegengesetzten Richtung
der zu eliminierenden Unwuchtkräfte
näherungsweise
zu erzeugen. Nachdem ein geringerer Pegel der Unwucht erreicht wurde,
wird ein Ventil oder Ventile mit kleinerer Kapazität verwendet, um
die Auswuchtaktion abzuschließen.
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Wenn
die Erfindung bei Waschmaschinen angewendet wird, gibt es keine
Notwendigkeit, Zusatzgewichte zu verwenden, um die Wirkungen der Unwuchtkräfte auf
die Maschine zu verringern und deswegen wird die Notwendigkeit für Federn,
Stoßdämpfer, Luftkissen
und derartige ähnliche
Systeme zum größten Teil
eliminiert. Da außerdem
die Schwingungen mit hohem Pegel nicht mehr wirken, ist die Notwendigkeit
von überdimensionierten
Lagern, der Trommelwelle und der Trommelkonstruktion verringert
und diese werden wirtschaftlicher. Folglich wird die Maschinenkonstruktion
einfacher und wirtschaftlicher als zuvor.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine schematische Längsschnittansicht
einer Industriewasch-/Extraktionsmaschine, die gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruiert ist,
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2 ist
eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines ersten Typs der
Auswuchttrommel gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ist
eine schematische Längsschnittansicht
eines ersten Typs der Auswuchttrommel gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines zweiten Typs der
Auswuchttrommel gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 ist
eine schematische Längsschnittansicht
eines zweiten Typs der Auswuchttrommel gemäß der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine schematische Längsschnittansicht
einer Wasch-/Extraktionsmaschine des Haushalts- und Wäschereityps,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruiert ist;
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7 ist
eine teilweise geschnittene schematische Seitenansicht einer Industriewasch-/Extraktionsmaschine
längs erster
unterbrochener Linien A-A, um die innere Trommel zu zeigen, und
zweiter unterbrochener Linien B-B, um eine Schnittansicht der inneren
Trommel und die vordere Auswuchttrommel zu zeigen;
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8 ist
eine Seitenansicht des speziellen Auswuchtflüssigkeit-Strömungsventils,
das aufgeschnitten ist, um die inneren Komponenten gemäß der vorliegenden
Erfindung zu zeigen;
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9 ist
eine schematische Seitenansicht des vollständigen Systems des speziellen
Auswuchtfluidventils;
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10 ist
eine schematische Längsschnittansicht
einer horizontalen Achse einer Industriewasch-/Extraktionsmaschine
des Typs mit doppelseitig gelagerter Trommel, die gemäß der vorliegenden Erfindung
konstruiert ist;
-
11 ist
eine schematische Längsschnittansicht
einer vertikalen Achse einer Industrieextraktionsmaschine des Typs
mit an der Unterseite gelagerter Trommel, die gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruiert ist; und
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12 ist
eine Seiten- und eine Vorderansicht der Hauptantriebsriemenscheibe
an der Rückseite
der als Auswuchttrommel entworfenen Haupttrommelwelle, die aufgeschnitten
ist, um die inneren Auswuchtfächer
gemäß der vorliegenden
Erfindung zu zeigen.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung kann gleichfalls bei Wasch-/Extraktionsmaschinen sowie
bei reinen Extraktionsmaschinen angewendet werden. Dieses System
kann bei Waschmaschinen mit einer einzelnen Welle angewendet werden,
die an einem Ende der Hauptdrehtrommel in Lagern gelagert ist, sowie außerdem bei
Maschinen mit zwei Wellen, die an beiden Enden der Hauptdrehtrommel
in Lagern gelagert sind.
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Dieses
System enthält
zwei getrennte Auswuchttrommeln, die an beiden Seiten einer Waschtrommel
befestigt sind, wobei sie die gleiche Drehachse (1) wie
die Hauptwaschtrommel (2) der Waschmaschine besitzen. In 1 ist
eine geschnittene Seitenansicht der Waschmaschine genau gezeigt,
wobei eine Auswuchttrommel (3) an dem Ende der Beladungstür (4)
der Waschtrommel und die andere Auswuchttrommel (5) an
dem Ende der hinteren Welle (6) dieser Waschtrommel befestigt
ist. Die Auswuchttrommeln können
unterschiedliche Formen besitzen, vorausgesetzt sie basieren auf
dem gleichen Konzept. Die Auswuchttrommeln sind in Abhängigkeit
von der Kapazität
der Maschine und dem zulässigen
Pegel der Unwucht in kleinere einzelne Auswuchtzellen oder Taschen
unterteilt. In den 2 und 4 sind zwei
unterschiedlich entworfene Anwendungsbeispiele der Auswuchttrommel
gezeigt. In 2 ist eine Auswuchttrommel genau
gezeigt, wobei die Auswuchtzellen oder Taschen mit gestrichelten
Linien an der zugewandten Vorderseite angegeben sind, wobei alle
drei Seiten (8a, 8b, 8c) geschlossen
sind mit Ausnahme der Seite (7), die der Drehachse der
Trommel zugewandt ist, wobei der Fluidübergang zwischen den Zellen
oder Taschen durch die Trennplatten (9) verhindert ist,
die vertikal an der Drehachse befestigt sind. Die geschnittene Seitenansicht
dieser Auswuchttrommel ist in 3 gezeigt. Einer
fest angebrachten Fluideinspritzeinrichtung (10a), die
direkt gegenüber
der Seite angeordnet ist, die der Trommeldrehachse zugewandt ist,
wird mit Druck beaufschlagtes Wasser zugeführt. Ein oder mehrere Ventile
(11a, 12a) sind an diesem mit Druck beaufschlagten
Rohr, das diese Einspritzeinrichtung speist, angebracht. Die feststehenden
Seiten (8) außer
der einen Seite, die der Drehachse zugewandt ist, und die Trennplatten
(9) bilden die Auswuchtzelle oder Tasche. Das in 2 gezeigte
Beispiel ist aus 24 Zellen oder Taschen gebildet. Die Auswuchttrommeln,
die gemäß bestimmter
Entwurfscharakteristiken der Maschinen angebracht werden, können mit geraden
Seiten, die senkrecht (8a) zu der Drehachse der Trommel
sind, oder mit konischen (8b) Oberflächen unter einem Winkel zu
der Drehachse oder ebenso ohne gerade Seiten aufgebaut sein. Um
einen unnötigen
Volumenverlust in dem äußeren Trommelgehäuse zu vermeiden,
können
die Seiten der Auswuchttrommel, die in 1 für die hintere
Auswuchttrommel (5) gezeigt sind, so geformt sein, dass sie
an die Kopplungsseite (8b) der Trommel passen. Die Zellentrennplatten
können
entweder senkrecht oder unter einem Winkel zu der Drehachse angebracht sein.
Wenn die Trennplatten (9) senkrecht zu der Drehachse angebracht
sind, wie in 2 gezeigt ist, dann müssen an
der offenen Seite des Zelleneingangs zusätzliche Flügel (13) unter einem
Winkel zu der Drehrichtung verwendet werden. Es gibt zwei Gründe für zusätzliche
abgewinkelte Flügel
oder eine abgewinkelte Anbringung der Trennplatten. Ein Grund besteht
darin, dass beim Schleudern mit hohen Drehzahlen das mit Druck beaufschlagte
Auswuchtfluid herumspritzen würde,
wenn es auf die Zellwand trifft, und der andere Grund besteht darin, dass
das Waschwasser oder das Auswuchtfluid leicht abgeleitet werden
kann. Wenn diese abgewinkelte Konstruktion vermieden wird, kann
das Fluid, das während
der Drehung der Trommel aus der Zelle oder der Tasche ausläuft, in
die nächste
Zelle oder Tasche gefüllt
werden, wobei es unmöglich
sein wird, das Wasser aus den Auswuchtzellen oder Taschen zu entleeren.
Andererseits wird die abgewinkelte Konstruktion der Trennplatten
oder die Verwendung von zusätzlichen
abgewinkelten Flügelplatten
bewirken, dass ein Teil des Wassers über die Drehachse der Trommel
angehoben wird. Von diesem Punkt wird das von der Zelle oder der
Tasche abgegebene Wasser unter Verwendung der konischen Seitenplatten
(8b) oder bei Bedarf über
die abgewinkelten Flügel
(14), die an der gegenüberliegenden
Seite des Zelleneingangs angebracht sind, abgegeben. Um das Ableiten
des Wassers aus der Auswuchttrommelebene zu unterstützen, ist
außerdem
eine abgewinkelte Oberflächenplatte
an der offenen Seite der Auswuchttrommel befestigt.
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Der
Aufbau der anderen Auswuchttrommel hat eine einfache Konstruktion
im Vergleich zu dem oben beschriebenen Aufbau. Eine derartige Auswuchttrommel
(5) ist in 1 gezeigt, die an der Rückseite
an dem Ende der Welle (6) der Waschtrommel angebracht ist.
In 4 ist eine Vorderansicht dieser Auswuchttrommel
gezeigt, wobei Auswuchtzellen als gestrichelte Linien gezeigt sind,
und in 5 ist eine ähnliche
Auswuchttrommel, die an dem vorderen Ende der Waschtrommel angebracht ist,
gezeigt. Bei dieser Konstruktion der Auswuchttrommel ist die Seite
(16), die der Trommeldrehachse zugewandt ist, verglichen
mit dem zuvor beschriebenen Auswuchttrommelsystem zusätzlich verschlossen.
Die äußere Öffnung der
Auswuchttrommel ist als ein offener geschlitzter Kreis in einer
ovalen Form (17) an der gesamten Vorderseite der Auswuchttrommel
konstruiert. Das Auswuchtwasser wird durch diese geschlitzte Öffnung in
die Auswuchtzellen oder Taschen eingespritzt und die Ableitung des
Wassers erfolgt ebenfalls von der selben Stelle. Die Wasserdüsen (10b)
sind der Seite der Auswuchttrommel gegenüberliegend angeordnet und das
mit Druck beaufschlagte eingespritzte Wasser tritt in die Auswuchtzelle
(18) ein. Die Abführung
des Auswuchtwassers oder des Waschprozesswassers aus diesen Auswuchtzellen
oder Taschen erfolgt dann, wenn die Zellen sich über der horizontalen Ebene
befinden und deshalb besteht keine Möglichkeit, dass abgeleitetes Wasser
in benachbarte Zellen eintritt.
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Die
einfachste Anwendung dieser Erfindung ist für Haushaltswaschmaschinen gezeigt,
wie in 6 dargestellt ist. Bei dieser Anwendung sind die Auswuchttrommeln
(19), die an der Rückseite
und der Vorderseite der Waschtrommel (20) anzubringen sind,
speziell entworfen und als Pressformen ausgebildet, die aus Kunststoff
oder Edelstahl hergestellt sein können. Wenn die Auswuchtaktion
beginnt, beaufschlagen Wasserpumpen (21) das Wasser mit Druck
und konditionieren es, damit es in die Auswuchtzellen oder Taschen
eingespritzt werden kann. Der Zweipunktsteuermechanismus steuert
das Einspritzventil (22) und das Auswuchtwasser, wobei
dieser mit dem flexibel beweglichen Körper des Waschtrommelmechanismus
(25) verbunden ist, der über flexible Befestigungseinrichtungen
(26) mit der Hauptmaschinenkonstruktion verbunden ist.
Die physikalischen Bewegungen, die durch die Unwuchtkräfte an dem
flexibel beweglichen Trommelmechanismus in der gesteuerten Achse
bewirkt werden, lösen den
Steuermechanismus (23) des Einspritzventils aus. Das mit
Druck beaufschlagte Auswuchtwasser wird durch das mechanische Ventil
(22) durch die Wasserdüse
(10), die sehr nahe an den Auswuchttrommelöffnungen
angeordnet ist, in die Auswuchtzellen eingespritzt. Unter der Voraussetzung,
dass das mechanische Ventil, das durch die physikalischen Bewegungen
des flexibel beweglichen Trommelmechanismus unter der Wirkung der
Unwuchtkräfte
gesteuert wird, und die Wassereinspritzdüse in der korrekten Achse und
in dem korrekten Winkel angeordnet sind, ist es möglich, das
System bei der erforderlichen Drehzahl auszuwuchten. Als ein Beispiel,
das in 6 gezeigt ist, ist der Zweipunktsteuermechanismus
des Einspritzventils derart angeordnet, dass es lediglich dann betrieben
wird, wenn die Unwuchtbewegungen in der "y"-Achse
liegen. Das Ventil wird betrieben, wenn die Bewegungen in dem Trommelmechanismus
in der positiven Richtung der "y"-Achse liegen und
größer sind
als 0 oder ein vorgegebener Betrag. Diese Situation zeigt den Moment,
in dem die Unwuchtkraft, die eine Bewegung des Systems bewirkt,
in die "+"y-Richtung zeigt.
In der Figur ist die Bewegung in der (+)y-Richtung des Trommelmechanismus
durch einen Pfeil (27) gezeigt. Die Wassereinspritzdüse muss
an der anderen Seite angeordnet sein, d. h. in (–)y-Richtung, damit Wasser
in die Zellen eingespritzt werden kann, die den Unwuchtkraftvektoren
gegenüberliegen.
Wenn die Unwuchtbewegungen des Trommelmechanismus in der (+)y-Richtung
den zulässigen
Pegel der Bewegung überschreiten,
wird das Ventil öffnen
(o) und wenn sie unter diesem Pegel liegen, wird das Ventil schließen (c).
Auf diese Weise wird das Ausgleichsgewicht gebildet, indem Auswuchtfluid
in der entgegengesetzten Richtung der Unwuchtkraftvektoren, die
den Trommelmechanismus bewegen, eingespritzt wird. Wenn sich die
Unwuchtkraft verringert, beginnt der Betrag der Bewegungen kleiner
zu werden und die Öffnungszeit
des Ventils beginnt, kleiner zu werden und folglich verringert sich
die Anzahl von Zellen, die mit Auswuchtfluid gefüllt werden. Wenn sich der Betrag
des Unwuchtkraftvektors den zulässigen
Pegeln nähert,
wird die Öffnungsdauer
des Ventils so klein sein, dass lediglich die Zelle, die dem Unwuchtkraftvektor
direkt gegenüberliegt,
Auswuchtfluid empfängt.
Die Wassereinspritzung in die Zellen wird vollständig aufhören, wenn die Unwuchtkräfte unter
dem zulässigen
Pegel der Maschine liegen, da die Bewegungen nicht ausreichend sind,
den Ventilmechanismus auszulösen.
Das oben erwähnte
Auswuchtverfahren beginnt zu arbeiten, nachdem die Kleidung in der
Waschtrommel verteilt worden ist, und dauert an, wenn die Trommeldrehzahl über eine eingestellte
Periode gesteuert wird. Während
Wasser aus der in der Trommel befindlichen Kleidung extrahiert wird,
ist das Auswuchtsystem somit aktiv, um die erzeugten Unwuchtkräfte zu kompensieren.
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Wenn
die Kapazität
der Waschmaschinen größer wird,
sollten die Systeme, die zum Erfassen und Steuern der Auswuchtaktion
verwendet werden, genauer werden und wirkungsvoller arbeiten.
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Obwohl
Wasch-/Extraktionsmaschinen mit größerer Kapazität einen
Computercontroller und zugehörige
periphere Einheiten benötigen,
um das intelligente Auswuchtsystem zu steuern, können bei kleineren Maschinen
mit Kapazitäten
zwischen 2 und 25 kg andere Steuervorrichtungen verwendet werden.
Ein Beispiel eines derartigen einfachen Steuersystems besteht darin,
die Fluideinspritzeinrichtung durch einen Mechanismus zu steuern,
der mit dem Trommelmechanismus in der oben beschriebenen Weise direkt
verbunden ist. Eine andere Möglichkeit der
Steuerung des Auswuchtsystems, die auf dem gleichen Konzept basiert,
besteht darin, die Bewegungen der Trommelbaueinheit, die durch die
Unwuchtkraftvektoren bewirkt werden, mittels spezieller Pegelschalter,
Magneteffekt- oder Halleffekt-Schalter oder optischer Sensoren zu
erfassen und die Einspritzung des Auswuchtfluids über elektrische
Signale durch Magnetventile zu steuern. Bei dieser Art von Maschinen
wird die Auswuchtfunktion bei konstanten Drehzahlen ausgeführt, die
von dem Durchmesser der Waschtrommel und der Kapazität der Maschine abhängen. Nach
der Verteilung der Last in der Trommel erhöht das Steuersystem der Maschine
die Drehzahl der Trommel auf einen vorgegebenen Drehzahlpegel und
hält die
Drehzahl konstant. Die Stellung der Einspritzdüse wird berechnet und in Abhängigkeit von
der Winkeldifferenz zwischen dem Auslösemechanismus und der Richtung
des Auswuchtgegengewichts genau in dem Verlauf der Unwuchtkraft-Bewegungsrichtung
angeordnet und wird außerdem
in Bezug auf die Verzögerungen
des Gesamtsystems kompensiert. Wenn lediglich eine Auswuchttrommel verwendet
wird, wobei dies nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird
ein Auslöseschalter,
der gemäß der Düsenposition
genau positioniert ist, an der Vorderseite der Auswuchttrommel der
Maschine angeordnet, wobei die Kontakte gemäß den physikalischen Bewegungen
des Trommelmechanismus betrieben werden können. Die Schalterkontakte
steuern direkt die Ventile für
die Einspritzeinrichtungen. Somit werden die Bewegungen der Unwuchtkräfte zu den direkten
Steuersignalen des Einspritzventils. Das System arbeitet in der
folgenden Weise, wenn Zeitverzögerungen
ignoriert werden: Der Trommelmechanismus folgt auf Grund der Unwuchtkräfte einem sinusförmigen Bewegungsmuster.
Wenn die Unwuchtkraftrichtung dem Auslöseschalter direkt gegenüberliegt,
ist die sinusförmige
Bewegung der Trommel auf ihrem Spitzenwert. Deswegen muss sich die
Wassereinspritzeinrichtung direkt gegenüber der Auslöseschalterposition
befinden. Der Schaltermechanismus besitzt eine Federbetätigungseinrichtung
zwischen dem Trommelmechanismus und dem eigentlichen Schalter, um
große
Stöße des Trommelmechanismus
zu absorbieren. Deswegen kann der Schaltermechanismus sehr nahe
an der Trommelbaueinheit eingestellt werden. Wenn die Drehzahl der
Trommel die geforderte Schleuderdrehzahl erreicht, beginnt sich
der Trommelmechanismus in Abhängigkeit
von dem Betrag der Unwuchtkraftvektoren, die auf das System wirken,
zu bewegen. Wenn das Bewegungsmuster die Richtung des Steuerschalters überstreicht,
wird er das Einspritzventil in Abhängigkeit von dem Abstand von
dem Trommelmechanismus auslösen
und anfangen, beginnend von dieser Position Auswuchtfluid einzuspritzen. Wenn
der Spitzenwert der Sinusbewegung vorüber ist, beginnt sich die Trommel
weg von dem Auslöseschalter
zu bewegen und an einem Punkt ist der Schalter vollständig freigegeben
und das Einspritzventil wird vollständig abgeschaltet. Wenn sich
die Unwucht des Systems verringert, verringert sich der Betrag der
sinusförmigen
Bewegung proportional und die Dauer, während der das Einspritzventil
eingeschaltet bleibt, verringert sich ebenfalls und das wird bewirken,
dass eine geringere Anzahl von Auswuchtzellen gefüllt werden.
Folglich wird die Unwuchtkraft auf einen Grenzwert verringert, bei
dem sie nicht mehr in der Lage ist, den Steuerschalter auszulösen, wobei
die Auswuchtfunktion dann beendet ist. Dann kann die Trommeldrehzahl
problemlos auf den erforderlichen Pegel vergrößert werden. Bei Maschinen mit
kleinerer Kapazität
kann eine Auswuchttrommel, die an einer Seite der Waschtrommel befestigt
ist, ausreichend sein, während
Maschinen mit größerer Kapazität an der
Drehachse der Trommel zwei Auswuchttrommeln benötigen. Die Rippenvolumina in der
Waschtrommel der Waschmaschinen können mit den oben genannten
Auswuchttrommeln verbunden sein, um Auswuchtvolumina zu bilden.
Wenn bei dieser Art der Anwendung eine Auswuchttrommel verwendet
wird, wobei dies nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, sollte
die Anzahl von Auswuchtzellen in der Auswuchttrommel entweder gleich
der Anzahl von Rippen in der Waschtrommel oder doppelt so groß sein.
Wenn die Anzahlen gleich ist, sollten die Rippen in der Mitte jeder
Auswuchtzelle liegen. Bei Bedart können die Rippen über ihre
Länge in
zwei gleiche Volumina geteilt sein, wobei jedes Volumen der Rippe
mit einer entsprechenden Auswuchtzelle verbunden sein kann. Auf
diese Weise können
bei kleinen Maschinen, bei den kein genaues Auswuchten erforderlich
ist, Einsparungen erreicht werden. Wenn zwei Auswuchttrommeln verwendet
werden, können
die Rippen in der gleichen Weise bei Bedarf quer zu ihrer Länge in zwei
Volumina unterteilt sein und können
mit entsprechenden Auswuchtzellen von der Vorderseite und der Rückseite
der Trommel verbunden sein. Wenn dieses System bei den oben erwähnten Rippen
angewendet wird, die längs
ihrer Achse unterteilt sind, werden sie in vier Volumina unterteilt,
wobei zwei Abschnitte quer zu ihrer Achse und weitere zwei Abschnitte
längs ihrer
Achse angeordnet sind.
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Die
Trommelstruktur (28), die die Trommellager trägt, ist über schwingungsabsorbierende
Materialien wie Federn, Luftkissen oder Gummiblöcke und mit flexiblen Metallverbindungen
mit der Hauptkörperstruktur
(29) verbunden. 7 zeigt in der Zeichnung A-A
die Konstruktion einer Waschmaschinentrommel auf Luftbälgen und
in der Zeichnung B-B geschnittene Einzelheiten der Trommel. Infolge
der flexiblen Verbindung der Trommel mit der Hauptkörperstruktur
folgt die Trommelbaueinheit infolge der Unwuchtkräfte sinusförmigen physikalischen
Bewegungen. Die Trommelstrukturbaueinheit (28), bei der
die Waschtrommel (2) und das Trommelgehäuse (31) mit dem System
einer Welle (6) und der Wellenaufnahme (33) verbunden
sind, ist mit der Struktur des Hauptmaschinenkörpers verbunden, wobei vier
Bewegungssensoren, wie etwa Beschleunigungsmesser oder Sensoren
(32a, 32b, 32c, 32d), die für ähnliche
Zwecke hergestellt sind, von denen zwei an der Vorderseite und zwei
an der Rückseite
der Trommelstrukturbaueinheit angebracht sind, die Bewegungen dieser
Masse in zwei getrennten Bewegungsachsen senkrecht zu der Drehachse
bestimmen. Diese beiden Achsen sind so gewählt, dass sie zueinander senkrecht
sind, deswegen werden die Bewegungsinformationen in Bezug auf zwei
getrennte Achsen an der Vorderseite und der Rückseite der Trommelstrukturbaueinheit
zu dem Computer geleitet und der Betrag und die Richtung des wirkenden
Unwuchtkraftvektors können
dann bestimmt werden.
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In
dem Steuermechanismus des oben erwähnten Auswuchtsystems werden
Sensoren (32a, 32b, 32c, 32d)
verwendet, um die Schwingungen und die Bewegungen zu bestimmen,
die durch die Unwuchtkraftvektoren an der Maschine bewirkt werden.
Der Schleudervorgang beginnt, nachdem der Waschvorgang in der Waschmaschine
beendet ist. Am Ende des Waschvorgangs wird das in der Maschine
befindliche Abwasser durch das Ablaufsystem (82), das in 1 gezeigt
ist, abgeleitet und nach dem Verteilungsvorgang überwachen die angeschlossenen
Sensoren, während
sich die Trommeldrehzahl erhöht,
die Schwingung des Systems und prüfen ununterbrochen, dass der
Betrag der Bewegungen unter den vorgegebenen Signalpegeln liegt. Eine
weitere Gruppe von Sensoren in dem Auswuchtsystem, die induktiv,
kapazitiv oder optisch sind, bestimmt die Drehzahl der Waschtrommel
gemeinsam mit einem Indexbezugspunkt und gemeinsam mit den Signalen
von Unwuchtbewegungssensoren werden der Betrag und die Richtung
der Gewichtsstörung
als eine Vektoreinheit berechnet. Bei Bedarf wird mit Hilfe eines
Inkremental- oder Absolutcodierers, der über einen Ansteuerungsriemen
oder eine Ansteuerungskette mit der Haupttrommelwelle verbunden
ist, die Position der Waschtrommel bestimmt.
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Jede
Maschine besitzt ihre eigene veränderliche
natürliche
Resonanzfrequenz. Es ist effektiver, wenn die Auswuchtsteuerung
bei unterschiedlichen Resonanzdrehzahlen dann aktiviert wird, wenn
der Betrag der Bewegungen einen Maximalwert besitzt. Die zusätzlichen
Unwuchtpegel während
des Betriebs der Maschine werden im Voraus in die Steuereinheit
programmiert und wenn die Signale von den Sensoren über diese
zulässigen
Pegel ansteigen, beginnt die Steuereinheit, Auswuchtfluide in die
Auswuchtzellen oder Taschen, die den berechneten Unwuchtkraftvektor
direkt gegenüberliegen,
einzuspritzen, wobei diese Aktion fortgesetzt wird, bis der erfasste
Unwuchtkraftvektor eliminiert ist. Da die Auswuchttrommeln direkt
mit der Hauptwaschtrommel verbunden sind, wird der Betrag des Auswuchtgegengewichts
in Bezug auf den ermittelten Winkel des Unwuchtkraftvektors als
Winkel und Betrag bestimmt und die optimale Verteilung dieses Auswuchtgegengewichts über die
Auswuchtzellen wird berechnet. Die Computereinheit, die den Auswuchtprozess
steuert, überwacht
ununterbrochen alle Variablen, die diesen Prozess beeinflussen können (diese
sind die mechanischen Verzögerungen,
die Temperatur und der Druck, das Gewicht des Gesamtsystems oder
die Leergewichte). Wenn der Auswuchtprozess beginnt, spritzt die
Steuereinheit eine gesteuerte Menge des Auswuchtfluids an einer
gesteuerten Position in die Auswuchttrommeln und prüft die Wirkung
dieser Variablen auf den Prozess, und wenn das Ergebnis dieser Diagnoseprüfung gültig ist,
werden die Systemkonstanten als korrekt akzeptiert und diese Parameter
werden verwendet, bis der nächste
Auswuchtprozess beginnt. Wenn diese Ergebnisse bei der nächsten Diagnoseprüfung nicht
gültig
sind, nimmt das Steuersystem eine Störung bei den Systemvariablen an
und beginnt, die peripheren Einheiten und die mechanischen Teile
sowie die Systemvariablen zu prüfen.
Wenn die erfasste Störung
durch das Computersystem eliminiert oder kompensiert werden kann, wird
dieses eliminierte Problem als eine Information an den Operator
gegeben, wenn das Problem jedoch weiterhin besteht, warnt die Steuereinheit
den Operator und liefert Informationen über das vorhandene Problem
an der Anzeige, um die Wartungsdauer zu verringern.
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Wenn
das Steuersystem feststellt, dass der Auswuchtprozess gemäß den vorgegebenen
Bedingungen fortschreitet, wird die Trommeldrehzahl langsam auf
einen im Voraus programmierten Pegel erhöht und gleichzeitig werden
die Signale, die von den Sensoren empfangen werden, überwacht.
Wenn das Auswuchtfluid an der richtigen Position eingespritzt wird,
sollte sich der Betrag des Unwuchtvektors allmählich verringern, wobei das
Steuersystem dieses überwacht.
Der Auswuchtprozess wird fortgesetzt, bis sich der Betrag der Unwuchtkräfte unter
den maximal zulässigen
Pegel der Maschine verringert hat und wenn dieser Punkt erreicht
ist, wird der normale Schleuderprozess fortgesetzt, falls jedoch
die überwachten
Pegel der Unwucht während
der Periode des Auswuchtprozesses nicht unter die ursprünglichen
Werte sinken, entscheidet das Steuersystem, dass in dem System ein
Fehler vorhanden ist und warnt den Operator, bevor die Maschine
abgeschaltet wird.
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Die
Auswuchtfluid-Einspritzeinrichtungen (10a, 10b)
sind möglichst
nahe an der Auswuchttrommel angeordnet. In Abhängigkeit von dem festgestellten Winkel
und dem Betrag des Unwuchtkraftvektors wird die korrekte Menge des
Auswuchtfluids stoßweise
durch die Fluideinspritzeinrichtung (11) oder die Einspritzeinrichtungen
(11, 12) unter der Steuerung der Auswuchtsteuereinheit
eingespritzt. Die Änderung
der Auswuchtung während
der Periode des Auswuchtvorgangs wird über die Signale von den sechs
Sensoren durch die Steuereinheit überwacht. Deswegen werden die
Bewegungen der Trommel an beiden Enden der Drehachse der Trommel,
die durch die Unwuchtkraftvektoren bewirkt werden, durch die Steuereinheit überwacht.
Die Richtung des durch die Sensoren erfassten Unwuchtkraftvektors
verläuft
möglicherweise
nicht unter dem gleichen Winkel wie die Position der Einspritzdüse, deswegen
berechnet die Steuereinheit die Winkeldifferenz, die auszugleichen
ist. Diese Winkeldifferenz wird dann durch den Computer in Abhängigkeit
von der Drehzahl in eine bestimmte Zeitverzögerung umgesetzt. Wenn z. B.
ein Unwuchtvektor an einem Ende der Trommel und unter einem Winkel
von 0° erfasst
wird, ist die korrekte Position der Auswuchtzelle, an der das Auswuchtgegengewicht
hinzugefügt werden
sollte, um 180° phasenversetzt.
Die Position der Einspritzdüse
befindet jedoch bei 90°.
Deswegen muss das Auswuchtwasser mit einer Verzögerung von 90° eingespritzt
werden. Wird angenommen, dass die Drehzahl der Trommel während des
Auswuchtprozesses 100 min–1 ist, beträgt die Dauer
einer Umdrehung 600 ms und die Zeitverzögerung, die 90° entspricht,
beträgt
150 ms, wobei dieser Wert durch die Steuereinheit berechnet wird.
Wenn die Auswuchttrommel 24 Auswuchtzellen besitzt, dann beträgt die Dauer,
während
der die Einspritzeinrichtung offen bleiben muss, um in die richtige
Zelle einzuspritzen, 25 ms. In diesem Fall muss das Ventil mit einer
Verzögerung
von 150 – 12,5
= 137,5 ms öffnen und
muss für
25 ms offen bleiben. Es gibt außerdem elektrische,
physikalische und mechanische Verzögerungen zwischen dem Moment
des Einspritzbefehls und der Fluidabgabe von der Düse. Die
Computereinheit muss diese Verzögerung
berücksichtigen. Die
Verzögerungsperiode
ist für
jedes System verschieden, sie kann jedoch außerdem innerhalb des gleichen
Systems infolge von Temperatur- und Druckschwankungen variieren.
Das Steuersystem überwacht
die Signale der sinusförmigen
Bewegung der Trommelstruktur, die durch die Unwuchtkräfte bewirkt
werden. Das Steuersystem bewirkt den Auswuchtprozess mit einer bestimmten
Verzögerung, nachdem
der zulässige
Schwingungspegel der Maschine überschritten
wurde und dauert während
einer bestimmten Verzögerung
an, nachdem der Schwingungspegel unter den zulässigen Pegel der Maschine verringert
wurde. Die genannte Verzögerungszeit vor
dem Auswuchtprozess ist die Summe der berechneten Systemverzögerungszeit
und der Verzögerung der
Winkelposition zwischen der Sensorrichtung und der Düse. Die
Zeitverzögerung
der Winkeldifferenz ist konstant. Das Steuersystem ist so programmiert, dass
die Verzögerungszeit
des Systems durch Selbstkalibrierung bestimmt werden kann. Die Steuereinheit
bestimmt diese Verzögerung,
indem die Antwort des Systems auf eine Auswuchtwirkung gemessen
wird. Wenn vor der Selbstkalibrierung die Verringerung des Betrags
des Unwuchtvektors bei einer konstanten Winkeldifferenz beobachtet
wird, dann werden die vorherigen Verzögerungswerte als korrekt akzeptiert.
Wenn die Winkeldifferenz trotz der Verringerung des Unwuchtbetrags
nicht konstant ist, muss die Verzögerungskonstante neu kalibriert
werden.
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Die
Steuereinheit beginnt den Auswuchtprozess bei einer konstanten Drehzahl
durch Überwachung
von Betrag und Richtung der Unwucht an beiden Enden der Trommeldrehachse,
nachdem der Verteilungsprozess der Kleidung beendet ist. Zunächst muss
eine grobe Auswuchtung in der möglichst
kurzen Zeit erreicht werden. Zu diesem Zweck werden die größeren Ventile
(12) mit größeren Strömungsraten
verwendet, wobei wegen ihren größeren Reaktionszeiten
Auswuchtfluide in mehr als eine Auswuchtzelle in der entgegengesetzten
Richtung des Unwuchtvektors eingespritzt werden. Bei einer Auswuchttrommel
mit 24 Auswuchtzellen wird das Ventil (11) während einer
ausreichend langen Zeit offen gehalten, um Auswuchtfluid so in die
Auswuchttrommel einzuspritzen, dass die Hälfte der Auswuchttrommel, die
den Unwuchtkraftvektoren gegenüberliegt,
mit einem Auswuchtgegengewicht gefüllt wird, um den Unwuchtbetrag
zu verringern. Durch die Verwendung von mehr als eine Auswuchtzelle
für das Auswuchtgegengewicht
verkürzt
sich die Zeit, die für die
Verringerung der Unwucht benötigt
wird, und außerdem
werden die Auswuchtzellen effektiver verwendet. Deswegen wird ein
bestimmter Auswuchtpegel erreicht, indem bei jeder Trommelumdrehung
etwas Auswuchtfluid in die erforderlichen Auswuchtzellen eingespritzt
wird. Wenn die Unwucht kleiner wird, wird die Anzahl der Zellen
verringert, in die Auswuchtfluid eingespritzt wird. Während des
Auswuchtprozesses erhöht
die Steuereinheit die Drehzahl der Trommel innerhalb der Grenzen
der Unwuchtkräfte, denen
die mechanische Konstruktion der Maschine widerstehen kann. Wenn
die Drehzahl zunimmt, nimmt ebenfalls die Reaktion der restlichen
Unwucht zu. Deswegen wird die Drehzahl gesteuert vergrößert, während die
Unwucht verringert wird. Nachdem ein vorgegebener Drehzahlpegel
erreicht wurde, beginnt der Prozess der genauen Auswuchtung unter Verwendung
der Ventile (11) mit geringeren Strömungsraten und kürzeren Reaktionszeiten.
Die Reaktionszeiten dieser Ventile liegen bei 6–8 ms und die klassischen Magnetventile
werden bei Trommeldrehzahlen bis zu 400 min–1 verwendet.
Wenn die Trommeldrehzahl von 400 min–1 erreicht
ist, können
diese klassischen Magnetventile infolge ihrer langen Reaktionszeiten
beim Ein- und Ausschalten
nicht mehr für den
Auswuchtprozess verwendet werden. Tatsächlich können die nassen Textilien in
der Trommel, die auf Grund ihrer ungleichmäßigen Verteilung ausgewuchtet
werden müssen,
Wasser unproportional zu ihrer anfänglichen Gewichtsverteilung
verlieren. In diesem Fall ist eine Auswuchtkompensation während des
Auswuchtprozesses infolge des Wasserverlustes aus den Textilien
erforderlich. Zwei verschiedene Verfahren können verwendet werden: Wenn
bei dem ersten Verfahren der Betrag der Unwuchtkräfte die zulässigen Grenzwerte
der Maschinenspezifikation überschreitet,
kann die Drehzahl der Trommel auf die Drehzahl verringert werden,
bei der schnellere Ventile den Verlust bei der Auswuchtung kompensieren können, wobei
anschließend
die Drehzahl auf den vorherigen Pegel erhöht wird.
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Bei
dem zweiten Verfahren können
viel schnellere Ventile verwendet werden, die ermöglichen,
dass das Steuersystem die fehlende Auswuchtung bei höheren Trommelgeschwindigkeiten überwachen
und kompensieren kann.
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Die
mechanischen Ventile, die mit der Trommelkörperstruktur verbunden sind
und in der oben beschriebenen Weise für eine Verwendung bei Haushaltswaschmaschinen
geeignet sind, können
dabei in diesem Fall verwendet werden. Ein anderes spezielles Ventil,
das synchron mit der Drehtrommel arbeitet und für das Einspritzen von Auswuchtfluiden
bei hohen Trommeldrehzahlen geeignet ist, besitzt einen speziellen
Aufbau. (8) Das rotationszylindrische Zentrum
(35) des Ventils, das zur Zweipunktsteuerung des Ventils
dient, ist über
ein System aus Ansteuerungsriemen (36) und Riemenscheibe
(42) mit der Trommelwelle (6) direkt verbunden,
wie in 8 gezeigt ist. Wenn die Drehzahl der Trommel vergrößert wird,
müssen
die erforderlichen Perioden für
die Fluideinspritzung verringert werden, und da die eingeschaltete
Periode des Ventils verkürzt
wird, wird dadurch die Auflösung
vergrößert. Dieses
Ventil enthält
einen zylindrischen Außenkörper (39)
und eine gelagerte (38) innere Drehtrommel (35)
mit einer Reihe von Löchern
oder einer Schlitzöffnung
(37) senkrecht zu seiner Drehachse. Der zylindrische Außenkörper besitzt
ebenfalls Löcher
oder eine Schlitzöffnung
(40a, 40b), die den Löchern an der inneren Trommel
entsprechen. Die Innentrommel des Ventils dreht sich, da sie mit
der Hauptwaschtrommelbaueinheit direkt verbunden ist, mit der halben
Drehzahl der Waschtrommel. Um eine Drehzahlverringerung der Ventiltrommel
zu erreichen, ist der Durchmesser der Antriebsriemenscheibe (42)
des Ventils doppelt so groß wie
die Abmessung der Riemenscheibe (41) auf der Waschtrommelwelle.
Da die Löcher
in der inneren Trommel das Ventil bei jeder Umdrehung zwei Mal öffnen und
schließen,
ist ein Einschalten in der gleichen Periode wie die Waschtrommel
gewährleistet.
Das Verhältnis
des Durchmessers der Löcher oder
der Schlitzöffnung
zu dem Umfang der gesamten inneren Trommel des Ventils beträgt 1/(Anzahl der
Auswuchtzellen) × 2.
Deswegen ist die Dauer der Öffnung
des Ventils, wenn die Löcher übereinstimmen,
gleich der Zeit, in der eine Zelle vor der Düse vorbeiläuft. Der Außenzylinder ist außerdem so
hergestellt, dass er sich durch einen Schrittmotor (43) über 360° unter der
Steuerung des Computersteuersystems dreht. Die Bewegung des äußeren Zylinders des
Ventils kann durch einen Riemen (44) und eine Riemenscheibe
(45) sowie eine Kette oder direkt gekoppelte Zahnräder erreicht
werden. Das System verändert
die Position oder den Winkel des äußeren Zylinders und stellt
sie gemäß der Position
der zu füllenden
Auswuchtzelle ein. Es berücksichtigt
außerdem
die Systemverzögerungen.
Wenn sich der äußere Zylinder
in einer korrekten Position befindet, wird der Magnet (46),
der das Wasser in dieses Ventil lässt, geöffnet. Das Fluid, dessen Druck
durch ein spezielles Druckbeaufschlagungssystem auf einen Wert von
10 bis 12 bar angehoben wurde, erreicht die korrekte Auswuchtzelle
bei jeder Drehung der Trommel, die auf die Drehzahl der Haupttrommel
synchronisiert ist. Bei diesem Verfahren kann eine Auswuchtkompensation
während
des Schleuderns der Last bei hohen Trommeldrehzahlen geschaffen
werden. Ein weiteres Verfahren zum Einspritzen von Auswuchtfluid
in die Auswuchtzellen besteht darin, getrennte Wasserkanäle zu verwenden,
wobei dieses Verfahren bisher in vielen Auswuchtsystemen verwendet wurde.
Es ist möglich,
das eingespritzte Fluid mit diesem Verfahren in die erforderliche
Auswuchtzelle durch Kanäle
zu leiten, die in Kreisen ausgebildet sind und irgendwo in dem Rotationssystem
angeordnet sind, wobei die Drehachse die Drehachse der Trommel ist.
Wenn einzelne Wasserkanäle
innerhalb oder außerhalb
des Trommelgehäuses
angeordnet werden mit einer Anzahl, die gleich der Gesamtanzahl
von Auswuchtzellen in der vorderen und in der hinteren Auswuchttrommel,
ist es dann, wenn ein Auswuchtgegengewicht in einer Auswuchtzelle
benötigt
wird, ausreichend, Fluid in den entsprechenden Kanal einzuspritzen.
Diese Kanäle
sind gegen die ihrer Drehachse zugewandten Seiten vollständig abgedichtet
und sind lediglich mit der Auswuchtzelle verbunden, der sie zugeordnet
sind. Deswegen wird das in diese Kanäle eingespritzte Fluid infolge
der Zentrifugalkraft zu der äußeren Oberfläche gedrückt, die
leckdicht ist, und fließt
in die damit verbundene Auswuchtzelle.
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Das
intelligente Auswuchtsystem kann außer bei Maschinen mit einem
einzelnen Lager an einer Seite der Trommel außerdem bei Maschinen verwendet
werden, die an beiden Seiten der Trommel gelagert sind, wobei die
Beladung/Entladung der Kleidung durch die Öffnungen an den gekrümmten Seiten
der Waschtrommel erfolgt. Die Auswuchttrommel kann an beiden Enden
der Waschtrommel angebracht sein oder in der oben beschriebenen
Weise an einer Seite angebracht sein. In 10 ist
eine Anwendung des Systems bei einer Maschine gezeigt, die an beiden
Enden der Trommel gelagert ist. Das Arbeitsprinzip des Systems ist
gleich dem Prinzip der einseitig gelagerten Trommel.
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Ein
weiterer Anwendungsbereich des intelligenten Auswuchtsystems sind
vertikal angeordnete Extraktionsmaschinen. Das Auswuchten ist bei
diesen Maschinen ebenfalls ein ernstes Problem. Deswegen ist diese
Erfindung ebenso eine wichtige Lösung
für diese
Maschinen. Da diese Maschinen vertikal angebracht sind, muss sich
die Anordnung der Auswuchttrommeln von den Maschinen unterscheiden,
die bei horizontal angebrachten Trommelachsen arbeiten. Ein wichtiger
Grund für
den Unterschied besteht darin, das Auswuchtfluid aus der Auswuchttrommel
abzuleiten, ohne die Kleidung zu befeuchten, nachdem der Schleudervorgang
beendet ist. In 11 ist ein Beispiel des dynamischen
Auswuchtsystems gezeigt, das bei der Trommel (49) einer
vertikal angeordnete Extraktionsmaschine (Hochgeschwindigkeitsschleudermaschine)
angewendet ist. Die Belade-/Entladetür (50) der Trommel
weist nach oben. Wenn die Auswuchttrommel an der Haupttrommel angebracht
ist, muss die Auswuchttrommel (47) an dem Belade-/Entladeende
der Trommel angebracht sein. Bei dieser Anwendung ist die Auswuchttrommel
gegen die Waschtrommel nicht vollständig abgedichtet, wie das der
Fall bei Waschmaschinen war. Es ist dazwischen ein geringer Spalt
(51) vorhanden. Das Auswuchtwasser, das während des Auswuchtprozesses
infolge der Zentrifugalkräfte
gemeinsam mit der Auswuchttrommel rotiert, wird dann, wenn die Trommel
nach dem Schleuderprozess beginnt, langsamer zu werden und die Anziehungskraft der
Erde beginnt, die Zentrifugalkräfte
zu übersteigen,
langsam beginnen, an den konischen Seiten (52) der Auswuchttrommel,
die nach unten geneigt sind, zu laufen und von der konischen Oberfläche (53)
der Haupttrommel an der Trommel herabzulaufen und die Auswuchttrommeln
zu leeren. Die Auswuchttrommel ist mit Befestigungseinrichtungen
(54) mit der Haupttrommel verbunden, so dass ein geringer
Spalt bleibt. Während
das dynamische Auswuchtsystem bei Extraktionseinrichtungen mit kleinerer
Kapazität
mit einer einzelnen Auswuchttrommel angewendet werden kann, werden
Extraktionsmaschinen mit größerer Kapazität zwei separate
Auswuchttrommeln benötigen,
die an beiden Enden der Haupttrommel befestigt sind, da es unmöglich wird, das
System infolge der Bildung von unterschiedlichen Unwuchtkraftvektoren
längs der
Drehachse der Trommel auszuwuchten. In diesem Fall ist die zweite Auswuchttrommel
(55) am unteren Ende der Haupttrommel angebracht, so dass
sie mit der Trommeloberfläche
vollständig
verbunden ist. Es ist im Vergleich zu der an der Oberseite der Trommel
befestigten Auswuchttrommel viel einfacher, das Wasser aus dieser
Auswuchttrommel zu entleeren. Die untere Oberfläche der Auswuchttrommel (57)
muss lediglich so konstruiert sein, dass sie am Eingang der Trommelschlitze
etwas konisch ist und wenn die Trommeldrehzahl verringert wird,
wird das Auswuchtwasser über
diese konische Oberfläche
abgeleitet. Abgesehen davon ist der Auswuchtprozess genau der gleiche
wie in den Waschmaschinen.
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Die
Auswuchttrommeln, die in den Waschmaschinen zu verwenden sind, können in
vielen unterschiedlichen Formen unter Verwendung von vielen verschiedenen
Materialien hergestellt sein. Die Auswuchttrommeln für die Haushaltswaschmaschinen können aus
Kunststoff hergestellt sein, der speziell geformt und an der Waschtrommel
aus Edelstahl befestigt ist, oder sie könnten mit einer Stanzform aus Edelstahl
geformt sein. Wenn die Maschinenkapazitäten größer werden, wird es schwieriger,
einteilige Kunststoff- oder Edelstahlformen unter Verwendung von
Spritzguss anzuwenden. In diesem Fall kann die Auswuchttrommel aus
vielen einzelnen Teilen aufgebaut sein, wobei jedes Teil aus Kunststoff
oder Metall hergestellt ist, und die dann zusammengefügt werden,
um die Auswuchttrommel zu bilden. Für die Herstellung von Auswuchtzellen
können
verschiedene Kunststoffherstellungstechniken verwendet werden. Kunststoffzellen
oder Taschen können
durch Spritzgießen
Expansionsverfahren oder Kunststoffschweißverfahren hergestellt werden
und es können außerdem Metallzellen
oder -taschen hergestellt werden, um die Auswuchttrommel zu bilden.
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Ein
weiteres Anwendungsverfahren des Auswuchtsystems besteht darin,
die Auswuchttrommeln außerhalb
des Waschtrommelgehäuses
anzubringen. Bei Maschinen, bei denen die Trommelbaueinheit an einer
Seite gelagert ist, ist es lediglich möglich, die Auswuchttrommel
außerhalb
des Trommelgehäuses
an dem Wellenende anzubringen, während
bei den Maschinen, bei denen die Trommel an beiden Enden gelagert
ist, beide Auswuchttrommeln außerhalb
des Trommelgehäuses
angebracht werden können.
Da dieses Verfahren die Maschinenkonstruktion erschwert, ist das
geforderte Volumen für diese
Auswuchttrommeln in dem Trommelgehäuse eliminiert und deswegen
wird das Verfahren infolge der Verringerung des Wasserverbrauchs
und somit durch die Verringerung der Waschmittelmenge und der Heizenergie
langfristig wirtschaftlich sein. Ein weiterer Vorteil dieser Anwendungsmöglichkeit
besteht darin, dass der erforderliche Betrag des Auswuchtgegengewichts,
das in den Auswuchtzellen an beiden Enden der Trommel längs der
Drehachse zu verwenden ist, kleiner ist, wenn es von dem Ort der Unwuchtvektorposition weg
verschoben wird. Die Antriebsriemenscheibe der Welle ist an dem
fernen Ende der Trommelwelle befestigt und da die Auswuchttrommel
irgendwo längs
dieser Welle angebracht sein kann, kann sie außerdem die Antriebsriemenscheibe
der Trommel werden. In diesem Fall wird die Größe der Auswuchttrommel, die
an dem fernen Ende der Trommelwelle angeordnet ist, kleiner sein
als die Auswuchttrommel, die in dem Trommelgehäuse an dem Wellenende verwendet
wird.
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12 zeigt
die Verwendung der hinteren Antriebsriemenscheibe (58)
als eine Auswuchttrommel. 24 Auswuchtzellen (59) sind in
der Antriebsriemenscheibe gebildet. Die Auswuchtzellen sind in der Antriebsriemenscheibe
gebildet, indem Trennplatten senkrecht zu der Auswuchttrommel verwendet
werden. Während
das Auswuchtfluid einfach in das Trommelgehäuse abgegeben werden kann,
wenn die Auswuchttrommel in dem Trommelgehäuse als Teil der Trommel befestigt
ist, ist das hintere Ende der Riemenscheibe bei der Anwendung, bei
der die Auswuchttrommel Teil der hinteren Riemenscheibe ist, mit
einem Deckel (61) verschlossen, um das Auswuchtfluid ohne
Verspritzen aus dem System abzuleiten. Ein Flansch an der Antriebsriemenscheibe (62)
dreht sich in einem Kanal in diesem Deckel und verhindert ein Auslaufen
des Wassers. Die Einspritzdüse
(10), die an dem feststehenden Deckel direkt angebracht
ist, liegt den offenen Enden der Auswuchtzellen gegenüber. Das
Wasser, das den Deckel erreicht, wird durch ein Ablaufrohr (63)
aus dem System abgegeben. Da sich diese Auswuchttrommel außerhalb
des Waschtrommelgehäuses
befindet, kann außer
Wasser ein anderes Auswuchtfluid verwendet werden. In diesem Fall
kann das System als ein geschlossenes System verwendet werden. Das
Auswuchtfluid kann aus einem Behälter
gepumpt und für den
Auswuchtprozess verwendet werden, wobei dieses Fluid dann für eine Wiederverwendung
zurück
in den Behälter
geleitet wird. In diesem Fall ist eines der wichtigen Fluide, die
als Auswuchtfluid verwendet werden kann, das (Öl des Hydrauliksystems. Es
besitzt viele Vorteile neben dem Nachteil, dass es eine Dichte kleiner
1 besitzt, was ein Ansteigen der Auswuchtvolumina bedeutet, es ist
jedoch möglich,
dass es in der Hydraulik für
viele Zusatzgeräte
verwendet wird. Die Strömungsrate
des Auswuchtfluids während
des Auswuchtprozesses ist für
kurze Auswuchtzeiten wichtig. Es ist sehr einfach und wirtschaftlich, ein
derartiges System außerhalb
der Maschine zu installieren, die Hydrauliköl, Hochdruck-Hydraulikpumpen,
Abdichtungen und eine große
Auswahl von Ventilen verwendet. Da das Hydrauliköl nicht korrosiv ist, werden
Edelstahl und nicht rostende Materialien nicht mehr für den Systemaufbau
benötigt
und das ist wirtschaftlich. Das Auswuchtsystem, das an die Wellen
angepasst werden kann, kann bei jeder Art von Maschinen mit Lagern
an einem Ende oder an beiden Enden bei veränderlichen Unwuchtproblemen
verwendet werden. Alle Maschinen, bei denen Unwuchtprobleme auftreten,
können
mit zwei Auswuchttrommeln ausgewuchtet werden, die in geeigneter
Weise an beiden Seiten des rotierenden Systems angeordnet sind,
und es ist möglich,
diese Schwingungen zu kompensieren, indem bei Bedarf die Schwingungspegel überwacht
werden.