EP1525349A2 - Verfahren bestimmen der unwucht einer w schetrommel - Google Patents

Verfahren bestimmen der unwucht einer w schetrommel

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EP1525349A2 EP03766140A EP03766140A EP1525349A2 EP 1525349 A2 EP1525349 A2 EP 1525349A2 EP 03766140 A EP03766140 A EP 03766140A EP 03766140 A EP03766140 A EP 03766140A EP 1525349 A2 EP1525349 A2 EP 1525349A2
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Stefan Zeh
Martin Weinmann
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Diehl AKO Stiftung and Co KG
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F34/00—Details of control systems for washing machines, washer-dryers or laundry dryers
    • D06F34/14—Arrangements for detecting or measuring specific parameters
    • D06F34/16—Imbalance

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
  • the common method for evaluating the unbalance of a loaded washing machine drum is therefore to measure the speed fluctuation caused by the unbalance in the course of a revolution with a soft speed control to a relatively low drum speed. It is disadvantageous, however, that with a high drum filling due to a correspondingly increased mass moment of inertia and with a higher nominal speed, those occurring around the nominal speed
  • the invention is therefore based on the technical problem of specifying a method that promises meaningful and reproducible measured values for the drum imbalance directly before the transition from high to highest drum speeds, despite the basic problems shown.
  • a washing machine 11 is equipped for treating laundry 12 in its tub with a perforated drum 13, which in this case can be set in rotation by a rotating field motor 14 about an approximately horizontal axis 15.
  • the rotating field for this is impressed on the motor 14 by the alternating flow of typically three stator winding systems 16, ' which are each connected to a half-bridge circuit 17 for switching and reversing the polarity of a stator flow.
  • the entirety of the bridge circuits 17 therefore acts as an inverter or inverter 18, the switching paths of which are clocked in a cyclical sequence from a higher-level controller 19 for specifying the direction of rotation and speed of the drum drive motor 14.
  • Control 19 functions as a speed controller if the actual speed 20 is fed back to it in order to compare it with a desired speed 21 specified manually or from a washing program.
  • Inverters 18 take place from the AC household network 22 via a converter 23 with a rectifier circuit, which is buffered towards the load by the large capacitance 25 of a so-called DC intermediate circuit 26.
  • Drum speed (in particular for more effective dehumidification in the high-speed spin cycle) is permitted or prevented by the controller 19.
  • the power measurement takes place according to the present invention, however, not at the connection of the consumer to the AC network 22, but in the DC supply of the inverter 18 behind the DC link 26.
  • the DC 27 and the DC 28 for supplying the motor 14 via the inverter 18 becomes the vectorial Product formed and switched to the controller 19 as a time-dependent fluctuating power 29.
  • This measurement leaves perform even at a very high drum speed 13 and correspondingly high-frequency fluctuating power consumption in a trouble-free and reproducible manner because interfering network influences are reliably kept away from vectorial product formation in the power measurement circuit 30 by the converter 23 and the low-pass effect of the DC link 26.
  • DC output voltage 27 leads and therefore the time-dependent power consumption dP / dt of the washing machine motor 14 is proportional to the current consumption 28 over all three output phases of the inverter 18.
  • a further development according to the invention has proven to be particularly advantageous in that the current measurement is carried out behind the DC link 26 to determine the unbalance at high drum speeds when the motor voltage 27 is temporarily raised, preferably temporarily switched to the greatest value (i.e. to the mains voltage) . Because at higher motor voltages and thus smaller slip, the characteristic curve of the torque and thus the electrical power P or the motor current 28 drops more steeply over the speed; and the steeper the higher the applied motor voltage 27. If the rotational speed fluctuates as a result of imbalance, the resulting fluctuation in the current 28 absorbed by the drive motor 14 of the drum 13 increases the higher the instantaneously applied motor voltage 27 is.
  • the temporary increase in voltage at high speed leads to a clear, reproducibly detectable current fluctuation di / dt despite only a small - but perhaps even more constructively critical for a further increase in speed - imbalance in the drum loading.
  • the given unbalance due to uneven laundry distribution should be determined from the current spin speed 12 checked again in the drum 13 and, if necessary, the spinning program can be terminated if excessive bearing forces threaten to occur.
  • the speed fluctuation in the course of one revolution of the drum 13 is barely measurable and the absorption of the periodic fluctuation of the alternating current power dP / dt consumed by the drum drive 14 from the house network 22 from the network frequency and other network interferences is dominantly superimposed, according to the invention the speed-dependent fluctuation in the current consumption di / dt of the washing machine motor 14 from the DC intermediate circuit 26 before it is fed into the inverter 18 for generating the rotating field in

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Description

Verfahren zum Bestimmen der Unwucht einer Wäschetrommel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der EP 1 045 062 A2 bekannt. Als Maß für die Unwucht wird dort die über der Zeit entsprechend der Trommelumdrehung schwankende Leistungsaufnahme des Antriebsmotors aus dem Netz bei harter
Drehzahlregelung, also auf möglichst konstante Drehzahl eingesetzt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die in der Praxis kleinen Schwankungen der aufgenommenen Netzleistung meßtechnisch sehr schwer reproduzierbar zu erfassen sind, weil den Spannungs- und Strommeßverläufen - insbesondere bei vergleichsweise hoher Leistungsaufnahme wegen gut gefüllter Wäschetrommel - außer der ohnehin schon störenden Netzfrequenz noch weitere Störeinflüsse überlagert sind, welche die Auswertung des eigentlich interessierenden Meßergebnisses unsicher bis unmöglich machen.
Das gängige Verfahren zur Bewertung der Unwucht einer beladenen Waschmaschinen-Trommel besteht deshalb darin, bei weicher Drehzahlregelung auf eine relativ niedrige Trommeldrehzahl die von der Unwucht im Zuge eines Umlaufes hervorgerufene Drehzahlschwankung zu messen. Nachteilig ist allerdings, daß bei hoher Trommelfüllung infolge entsprechend vergrößerten Massenträgheitsmo- mentes sowie bei höherer Nenndrehzahl die um die Nenndrehzahl auftretenden
Drehzahlschwankungen so gering werden, daß sie meßtechnisch kaum noch zu erfassen sind.
Andererseits besteht ein Bedarf an Unwuchtmessung bei relativ hoher Schleuder- drehzahl, weil moderne Waschmaschinen derart hochtourig schleudern, daß vor- sorglich vor Übergang in die höchste Schleuderdrehzahl noch einmal die momentan gegebene Unwucht der Trommel mit der schon angeschleuderten Wäschefüllung kontrolliert werden sollte, um beladungsabhängig gefährliche Betriebszu- stände bei Übergang auf die höchste Schleuderdrehzahl zu vermeiden, also erfor- derlichenfalls auf die höchstmögliche Schleuderdrehzahl zu verzichten.
Der Erfindung liegt deshalb die technische Problemstellung zugrunde, trotz der aufgezeigten grundsätzlichen Probleme ein Verfahren anzugeben, das aussagekräftige und reproduzierbare Meßwerte für die Trommelunwucht direkt vor dem Übergang von hohen zu höchsten Trommeldrehzahlen verspricht.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebene Kombination der wesentlichen Merkmale gelöst. Danach wird direkt aus einer hohen Trommeldrehzahl heraus bei harter Drehzahlregelung, also konstanter Drehzahl die Gleichstromaufnahme des Motors im Stromkreis vom Gleichstromzwischenkreis zum Inverter zugrundegelegt. Dieses Gleichstrom-Meßergebnis ist infolge der Gleichrichterschaltung vor dem Gleichstromzwischenkreis gegenüber dem Netz gut abgeblockt, also praktisch nicht mehr von netzseitigen Störungen überlagert, und erlaubt deshalb auch die reproduzierbare Messung sehr kleiner zeitlicher Schwankungen der unwuchtabhängig aufgenommenen Motorleistung.
Bezüglich weiterer Vorteile sowie zusätzlicher Weiterbildungen und Alternativen zur erfindungsgemäßen Lösung wird auf die weiteren Ansprüche und auf nachstehende Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesent- liehe blockschaltmäßig stark abstrahiert skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung verwiesen. Die einzige Figur der Zeichnung veranschaulicht den Ort der Leistungsmessung im Zuge der Speisung eines Antriebsmotors für eine unwuchtbehaftete Wäschetrommel.
Eine Waschmaschine 11 ist zur Behandlung von Wäsche 12 in ihrem Laugenbehälter mit einer gelochten Trommel 13 ausgestattet, die in diesem Falle von einem Drehfeld-Motor 14 um eine annähernd horizontale Achse 15 in Drehbewegung versetzbar ist. Das Drehfeld dafür wird dem Motor 14 über die abwechselnde Durchflutung von typischerweise drei Ständerwicklungssystemen 16 eingeprägt,' die jedes an eine Halbbrückenschaltung 17 für das Schalten und Umpolen einer Ständer-Durchflutung angeschlossen sind. Die Gesamtheit der Brückenschaltungen 17 wirkt deshalb als Wechselrichter oder Inverter 18, dessen Schaltstrecken zur Vorgabe von Drehrichtung und Drehzahl des Trommelantriebsmotors 14 aus einer übergeordneten Steuerung 19 in zyklischer Folge getaktet werden. Diese •
Steuerung 19 fungiert als Drehzahlregler, wenn auf sie die Ist-Drehzahl 20 zurückgeführt wird, um sie mit einer manuell oder aus einem Waschprogramm vorgegebenen Soll-Drehzahl 21 zu vergleichen.
Die Speisung des Waschmaschinenmotors 14 und damit des ihm vorgeschalteten
Inverters 18 erfolgt aus dem Wechselstrom-Haushaltsnetz 22 über einen Konverter 23 mit Gleichrichterschaltung, die zur Last hin durch die große Kapazität 25 eines sogenannten Gleichstromzwischenkreises 26 gepuffert ist.
Wenn die vom Motor 14 gedrehte Trommel 13 mit einer Unwucht in Form exzentrisch, also über den Trommelumfang ungleich verteilter Wäsche 12 betrieben wird, dann hat das beim Drehen der Trommel 11 zur Folge, daß während der Aufwärtsbewegung dieser Unwucht vom Motor 14 aus dem Netz 22 eine größere Leistung aufgenommen wird, als eine halbe Umdrehung weiter bei der Abwärts- bewegung der Unwucht - sofern nur diese Rotation hochtourig genug ist, um die
Wäsche 12 zentrifugalbedingt beim Hochfahren nicht in die Trommel zurückfallen zu lassen, sondern zuverlässig gegen die Trommelwandung anzudrücken. So ist diese Schwankung der aufgenommenen Leistung dP über der Zeit dt, nämlich im Zuge eines Trommelumlaufes, ein Maß für die momentane Unwucht der Trommel 13 und damit ein Kriterium dafür, ob eine weitere Steigerung der
Trommeldrehzahl (insbesondere zur effektiveren Entfeuchtung im höhertourigen Schleudergang) von der Steuerung 19 zugelassen oder unterbunden wird.
Die Leistungsmessung erfolgt gemäß vorliegender Erfindung aber nicht am Anschluß des Verbrauchers an das Wechselstromnetz 22, sondern in der Gleichstromversorgung des Inverters 18 hinter dem Gleichstromzwischenkreis 26. Dort wird aus der Gleichspannung 27 und dem Gleichstrom 28 zur Speisung des Motors 14 über den Inverter 18 das vektorielle Produkt gebildet und als zeitabhängig schwankende Leistung 29 auf die Steuerung 19 geschaltet. Diese Messung läßt sich auch noch bei sehr hoher Trommeldrehzahl 13 und entsprechend hochfrequent schwankender Leistungsaufnahme störungsfrei und reproduzierbar durchführen, weil etwa störende Netzeinflüsse durch den Konverter 23 und die Tiefpasswirkung des Gleichstromzwischenkreises 26 zuverlässig von der vektoriellen Produktbildung in der Leistungsmeßschaltung 30 ferngehalten werden.
Zur Vereinfachung dieses auch noch bei hoher Trommeldrehzahl hervorragend funktionierenden Unwuchtmeßverfahrens reicht es sogar aus, allein die Stromaufnahme 28 aus dem Gleichstromzwischenkreis 26 zu messen, weil der aufgrund der Speicherwirkung seiner großen Kapazität 25 eine im Mittel gut konstante
Ausgangsgleichspannung 27 führt und deshalb die zeitabhängige Leistungsaufnahme dP/dt des Waschmaschinenmotors 14 der aktuellen Stromaufnahme 28 über alle drei Ausgangsphasen des Inverters 18 proportional ist.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine erfindungsgemäße Weiterbildung dahingehend erwiesen, daß die Strommessung hinter dem Gleichstromzwischenkreis 26 zur Bestimmung der Unwucht bei hohen Trommeldrehzahlen vorgenommen wird, wenn die Motorspannung 27 dabei vorübergehend angehoben ist, vorzugsweise vorübergehend auf den größten Wert (also auf Netzspannung) geschaltet ist. Denn bei höheren Motorspannungen und somit kleinerem Schlupf fällt die Kennlinie des Drehmomentes und damit die aufgenommene elektrische Leistung P bzw. der Motorstrom 28 über der Drehzahl steiler ab; und das desto steiler, je höher die angelegte Motorspannung 27 ist. Wenn also die Drehzahl unwuchtbedingt schwankt, tritt die davon hervorgerufene Schwankung des vom Antriebsmotor 14 der Trommel 13 aufgenommenen Stromes 28 desto stärker auf, je höher momentan die angelegte Motorspannung 27 ist. So führt die vorübergehende Spannungserhöhung bei hoher Drehzahl zu einer deutlichen, reproduzierbar erfassbaren Stromschwankung di/dt trotz nur geringer - aber für eine weitere Steigerung der Drehzahl vielleicht doch schon konstruktiv kritischer - Unwucht in der Trommel- beladung.
Ehe also im Zuge der Schleuderprogramme einer Waschmaschine 11 auf höchste Schleuderdrehzahl umgeschaltet wird, sollte aus der momentanen Schleuderdrehzahl heraus die gegebene Unwucht aufgrund ungleichmäßiger Wäscheverteilung 12 in der Trommel 13 noch einmal überprüft und gegebenenfalls das Schleuderprogramm abgebrochen werden, wenn zu starke Lagerkräfte aufzutreten drohen. Weil aber bei hoher Drehzahl und bei hoher Masseträgheit infolge hoher Trommelbeladung die Drehzahlschwankung im Zuge einer Umdrehung der Trommel 13 kaum noch meßbar ist und die Aufnahme der periodischen Schwankung der vom Trommelantrieb 14 aus dem Hausnetz 22 aufgenommenen Wechselstromleistung dP/dt von der Netzfrequenz und anderen Netzstöreinflüssen dominierend überlagert ist, wird erfindungsgemäß die drehzahlabhängige Schwankung der Stromaufnahme di/dt des Waschmaschinenmotors 14 aus dem Gleichstromzwi- schenkreis 26, vor der Einspeisung in den Inverter 18 zur Drehfelderzeugung im
Motor 14, vorgenommen, wo die unwuchtabhängige Stromschwankung di/dt Netzstörungen gegenüber durch die hohe Kapazität 25 des Gleichstromzwischenkreises 26 abgeblockt ist. Diese zur Unwuchtbestimmung bei hoher Drehzahl zu messende Stromschwankung di/dt läßt sich noch verdeutlichen, wenn sie bei dafür vorübergehend erhöhter Motorspannung 27 erfaßt wird.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Bestimmen eines Kennwertes für die Unwucht der elektromotorisch um eine wenigstens annähernd horizontale Achse angetriebenen Trommel (13) in einer Waschmaschine (1 1) durch Messen der periodischen Schwankung der elektrischen Leistungsaufnahme (dP/dt) ihres Antriebsmotors (14), dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsaufnahme (dP/dt) zwischen einem Gleichstromzwischenkreis (26) und einem gesteuerten Inverter (18) für das Einprägen eines Drehfeldes in den Motor (14) gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß in einer Leistungsmeßschaltung (30) das Produkt aus Gleichspannung (27) am Ausgang des Gleichstromzwischenkreises (26) und Gleichstrom (28) aus dem Gleichstromzwischenkreis (26) in den Inverter (18) hinein bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß nur das Maß der periodischen Schwankung des vom Motor (14) über den Inverter (18) aus dem Gleichstromzwischenkreis (26) aufgenommenen Gleichstromes (28) als der aufgenommenen elektrischen Gleichstromleistung bei konstanter Gleichspannung (27) proportional erfaßt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschwankung (di/dt) bei vorübergehend angehobener Spannung (27) erfaßt wird.
5. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromschwankung (di/dt) bei vorübergehend auf Netzspannung angehobener Spannung (27) erfaßt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungs- bzw. Strommessung im Schleuderbetrieb bei erhöhter Trommeldrehzahl vor eventuellem Übergang auf maximale Trommeldrehzahl er- folgt.
EP03766140A 2002-07-26 2003-07-09 Verfahren zum bestimmen der unwucht einer wäschetrommel Expired - Lifetime EP1525349B1 (de)

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